Система розвантаження тиску в підшипниковому вузлі ротора осьової турбомашини

Реферат: Система розвантаження тиску в підшипниковому вузлі ротора осьової турбомашини містить розширювальну камеру (1) з вхідним (1.2) і вихідним (1.3) каналами, яка сполучена вхідним каналом (1.2) з порожниною (4.2) корпусу (4.1) підшипникового вузла (4), встановленого всередині обтічника (5) турбомашини, і виконана з можливістю відводу тепла V t з порожнини (4.2) корпусу (4.1) підшипникового вузла (4) у вихідний канал (1.3). Додатково в систему введено ежектор (2), який встановлений в турбомашині зовні її обтічника (5). Розширювальна камера (1) вихідним каналом (1.3) сполучена з ежектором (2) і встановлена між ним та підшипниковим вузлом (4). UA 101027 U (12) UA 101027 U UA 101027 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до гірничого машинобудування, а саме до шахтних вентиляторних установок головного провітрювання, і може бути використана в системах розвантаження тиску в підшипниковому вузлі ротора осьової турбомашини. Як найближчий аналог системи розвантаження тиску в підшипниковому вузлі ротора осьової турбомашини вибрані технічні рішення, представлені в джерелах [1] і [2]. У аналогу [1] представлена шахтна осьова турбомашина, в корпусі якої встановлені обтічник і ротор. Ротор осьової турбомашини представлений у вигляді вала з робочим колесом, встановленого в підшипникових вузлах, які розміщені в обтічнику. У робочому режимі турбомашини при обертанні робочого колеса виникають повітряні потоки, які рухаються в корпусі турбомашини, охоплюють обтічник і створюють в зазорі між обтічником і робочим колесом негативний тиск, в результаті чого в порожнині обтічника виникає розріджена атмосфера. При обертанні робочого колеса підшипниковий вузол нагрівається і в його порожнині утворюється паромасляна суміш, яка під дією розрідження в обтічнику і позитивному тиску в порожнині підшипникового вузла виходить з підшипникового вузла назовні через його ущільнення - в порожнину обтічника. Інтенсивність процесу витоку мастила з підшипника частково знижує наявність віддушини [2] спряженої трубопроводом з підшипниковий вузлом осьової турбомашини. Віддушина містить корпус, в якому виконані розширювальна камера з фільтром, лиски (вихідний канал), центральний (вхідний) канал. Центральний (вхідний) канал через трубопровід з'єднує розширювальну камеру з порожниною підшипникового вузла. Високотемпературна паромасляна суміш під тиском через вхідний канал трубопроводу надходить в розширювальну камеру, де відбувається частковий скид тиску в порожнині підшипникового вузла. Частина паромасляної суміші частково затримується фільтром і через лиски (вихідні канали) виводиться назовні корпуса турбомашини в атмосферу, тим самим знижуючи надмірний позитивний тиск в порожнині підшипникового вузла. Наявність в конструкції віддушини [2] частково вирішує проблему витоку мастильного матеріалу через ущільнення назовні підшипникового вузла за рахунок того, що вихідні канали розширювальної камери сполучені з атмосферою. Позитивний тиск атмосфери протидіє інтенсивному виходу під тиском нагрітої паромасляної суміші з вихідного каналу віддушини, що зменшує інтенсивність зниження тиску на ущільнення в порожнині підшипникового вузла та не усуває витік мастила в порожнину обтічника. Недоліками наведеної системи є: - високі експлуатаційні витрати, пов'язані з підвищеною витратою мастильного матеріалу підшипників, через його виток та розбризкування всередині турбомашини, а також надходження в атмосферу через віддушину паромасляної суміші; - нагрів підшипників понад допустиму температуру в результаті зменшення кількості мастильного матеріалу в них, що може призвести до аварії через зменшення величини натягу внутрішнього кільця підшипника на валу турбомашини. В основу корисної моделі поставлена задача: - усунути витік мастильного матеріалу з підшипникового вузла; - збільшити інтенсивність охолодження підшипників. В результаті рішення даної задачі може бути отриманий технічний результат, який полягає в усуненні витоків мастильних матеріалів з підшипникових вузлів виключно за рахунок використання повітряних потоків, які виникають всередині турбомашини в процесі її роботи. Досягнення заявленого технічного результату забезпечує корисній моделі споживчі властивості: підвищення експлуатаційної надійності підшипників, зниження експлуатаційних витрат і зменшення часу на обслуговування і ремонт. Розкриття корисної моделі Заявлений технічний результат досягається за рахунок того, що в систему розвантаження тиску в підшипниковому вузлі ротора осьової турбомашини, яка містить розширювальну камеру (1) з вхідним (1.2) і вихідним (1.3) каналами, сполучену вхідним каналом (1.2) з порожниною (4.2) корпусу (4.1) підшипникового вузла (4), встановленого всередині обтічника (5) турбомашини, і виконану з можливістю відводу тепла з порожнини (4.2) корпусу (4.1) підшипникового вузла (4) у вихідний канал (1.3), пропонується додатково ввести ежектор (2), який встановлюється в турбомашині зовні її обтічника (5), при цьому розширювальну камеру (1) виконати сполученою вихідним каналом (1.3) з порожниною ежектора (2) і встановити між підшипниковий вузлом (4) і ежектором (2). Перераховані вище ознаки, відмінні від прототипу, необхідні і достатні у всіх випадках, на які поширюється обсяг правової охорони корисної моделі. Крім того пропонується: 1 UA 101027 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 - розширювальну камеру (1) встановити в порожнині (5.2) обтічника (5) турбомашини; - розширювальну камеру (1) виконати з радіаторами (1.1); - вихідний канал (1.3) розширювальної камери (1) виконати оснащеним запірнорегулювальною арматурою (6); - площу поперечного перерізу (S2) розширювальної камери (1) визначити залежністю: 25S1 ≤ S2 ≤ 200S1, де S1 - площа поперечного перерізу вхідного каналу (1.2), а довжину (L) розширювальної камери (1) визначити залежністю: 5 d1 ≤ L ≤ 20d1, де d1 - діаметр вхідного каналу (1.2); - ежектор (2) виконати у вигляді закріпленого на трубопроводі (2.6), в якому виконаний вихідний канал (1.3), трубчастого елемента (2.1) з ежекторним каналом (2.3), при цьому одну кінцеву частину трубопроводу (2.6) з випускним отвором (2.2) розмістити в порожнині ежекторного каналу (2.3), який через випускний отвір (2.2) трубопроводу (2.6) сполучується з вихідним каналом (1.3), а іншу кінцеву частину трубопроводу (2.6) виконати спряженою з розширювальною камерою (1); - ежекторний канал (2.3) трубчастого елемента (2.1) виконати конфузорно, а кінцеву частину трубопроводу (2.6) з випускним отвором (2.2), виконати у вигляді сопла (2.5) спрямованого в бік звуження ежекторного каналу (2.3); - ежекторний канал (2.3) трубчастого елемента (2.1) виконати конфузорно-дифузорним, а випускний отвір (2.2) виконати в трубопроводі (2.6) перпендикулярно-поздовжній осі ежекторного каналу (2.3). Технічне рішення пояснюється прикладом, виконання якого не є єдино можливим, але наочно демонструє можливість досягнення технічного результату запропонованою новою сукупністю суттєвих ознак. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, в яких: - на фіг. 1 показано поздовжній переріз осьової турбомашини; - на фіг. 2 показано збільшено вузол "А" фіг. 1; - на фіг. 3 показано ежектор (2) з конфузорним ежекторним каналом (2.3); - на фіг. 4 показано поперечний переріз В-В фіг. 3; - на фіг. 5 показано ежектор (2) з конфузорно-дифузорним ежекторним каналом (2.3); - на фіг. 6 показано вектори розподілу паромасляної суміші на потоки після введення в систему ежектора (2). Короткий опис креслень: 1 - розширювальна камера; 1.1 - радіатор; 1.2 - вхідний канал; 1.3 - вихідний канал; 2 - ежектор; 2.1 - трубчастий елемент; 2.2 - випускний отвір; 2.3 - ежекторний канал; 2.4 - елемент кріплення (трубчастого елемента); 2.5 - сопло; 2.6 - трубопровід; 3 - ротор; 3.1 - робоче колесо; 3.2 - вал; 4 - підшипниковий вузол; 4.1 - корпус; 4.2 - порожнина корпусу; 5 - обтічник; 5.1 - корпус обтічника; 5.2 - порожнина обтічника; 5.3 - зазор між обтічником і робочим колесом; 6 - запірно-регулювальна арматура; 7 - корпус турбомашини; 8 - повітряний канал. Пропонована система розвантаження тиску в підшипниковому вузлі ротора осьової турбомашини показана на прикладі підшипникового вузла (4) (фіг. 1), який схильний до інтенсивного нагріву і втрати мастильного матеріалу. Вал (3.2) ротора (3) встановлений в підшипниковому вузлі (4), який встановлений всередині обтічника (5). Обтічник (5) встановлений 2 UA 101027 U в корпусі (7) турбомашини. У повітряному каналі (8), який утворений обтічником (5) і корпусом 5 10 15 20 25 (7) турбомашини, робочим колесом (3.1) створюється швидкісний повітряний потік V a . Між обтічником (5), встановленим стаціонарно всередині корпусу (7) турбомашини, і робочим колесом (3.1) ротора (3), конструктивно забезпечено зазор (5.3) (фіг. 2). До підшипникового вузла (4) приєднана система розвантаження тиску в ньому, яка містить розширювальну камеру (1) з вхідним (1.2) і вихідним (1.3) каналами, виконану з радіаторами (1.1) у вигляді металевих пластин, встановлених на її бічних стінках, з метою збільшення площі теплообміну (фіг. 5). Вхідним каналом (1.3) розширювальна камера (1) сполучена з порожниною (4.2) корпусу (4.1) підшипникового вузла (4), а вихідним каналом (1.3), який забезпечений запірно-регулювальної арматурою (6), з додатково введеним в систему ежектором (2) через трубопровід (2.6) (фіг. 2). Розширювальна камера (1) встановлена у розрідженій атмосфері, у прикладі - усередині порожнини (5.2) обтічника (5), а вся система розвантаження тиску в підшипниковому вузлі (4) встановлена усередині турбомашини (фіг. 1 і фіг. 2). Для досягнення максимального необхідного ефекту параметри розширювальної камери (1) пропонуються в межах: - площа поперечного перерізу (S2) розширювальної камери (1): 25S1 ≤ S2 ≤ 200S1, де S1 площа поперечного перерізу вхідного каналу (1.2); - довжина (L) розширювальної камери: 5d1 ≤ L ≤ 20d1, де d1 - діаметр вхідного каналу (1.2). У технічному рішенні, що заявляється, ежектор (2) представлений у 2-х виконаннях (фіг. 3, фіг. 4 і фіг. 5). У виконанні трубчастого елемента (2.1) з конфузорно ежекторним каналом (2.3) (фіг. 3 і фіг. 4), широка сторона якого встановлена назустріч швидкісному повітряному потокові V a . У виконанні трубчастого елемента (2.1) з конфузорно-дифузорним ежекторним каналом (2.3) (фіг. 5), випускний отвір (2.2) сопла (2.5) виконано на його бічній поверхні, наприклад зверху на межі (Y) переходу конфузорної частини ежекторного каналу (2.3) в дифузорну. Дане виконання дозволяє жорстко закріпити ежектор на корпусі (5.1) обтічника (5), і у реверсивному 30 режимі роботи турбомашини швидкісний повітряний потік V a буде створювати ежекторний ефект на межі (Y) переходу конфузорної частини ежекторного каналу (2.3) в дифузорну. Для будь-якого виконання ежектора (2) взаємне розташування сопла (2.5) і трубчастого елемента (2.1) досягається їх фіксацією елементами кріплення (2.4). Запірно-регулювальна арматура (6) регулює величину розрідження (негативного тиску) в розширювальній камері (1) (фіг. 2). Промислова придатність 35 У робочому режимі осьової турбомашини частина швидкісного повітряного потоку V a проходить через ежекторний канал (2.3) трубчастого елемента (2.1), при цьому в зоні сполучення випускного отвору (2.2) трубопроводу (2.6) з порожниною ежекторного каналу (2.3) утворюється негативний тиск (розрідження), внаслідок чого виникає ежекторний ефект (фіг. 6). Ежекторний ефект дозволяє збільшити інтенсивність відводу тепла V t з підшипникового вузла 40 (4) і виведення паромасляної суміші V t o в розширювальну камеру (1) через вхідний канал (1.2), в результаті чого вирівнюється позитивний тиск в порожнині (4.2) корпусу (4.1) підшипникового вузла (4) з негативним тиском розрядженою атмосфери в порожнині (5.2) обтічника (5), що усуває втрату мастила V o через ущільнення підшипникового вузла (4) в порожнину (5.2) обтічника (5). Крім того, завдяки наявності радіаторів (1.1), паромасляна суміш V t o у розширювальній 45 камері (1) найбільш ефективно охолоджується, і таким чином відводить тепло V t з корпусу (4.1) підшипникового вузла (4), а далі тепло V t через зазор (5.3) потрапляє у повітряний канал (8) з негативним тиском швидкісного повітряного потоку V a . Завдяки охолодженню на стінках розширювальної камери (1) відбувається конденсація мастила V o , яке стікає через вхідний канал (1.2) в порожнину (4.2) корпусу (4.1) підшипникового вузла (4), в результаті чого 50 усувається втрата мастила V o через вихідний канал (1.3). 3 UA 101027 U 5 Досягнення технічного результату, який полягає в усуненні витоків мастильних матеріалів з підшипникового вузла виключно за рахунок використання повітряних потоків, які виникають всередині турбомашини в процесі її роботи, відбувається шляхом вирівнювання тисків в порожнині корпусу підшипникового вузла та в порожнині обтічника і збільшенні інтенсивності відводу тепла від розширювальної камери завдяки введеному в конструкцію ежекторові. Джерела інформації: 1. Бабак Г.А., Бочаров К.П., Волохов А.Т. и др. Шахтные вентиляторные установки главного проветривания. - Москва: Недра, 1982. - С. 86-95. 2. Авторское свидетельство СССР № 1805261, бюл. № 12 от 30.03.93. 10 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 25 30 35 40 1. Система розвантаження тиску в підшипниковому вузлі ротора осьової турбомашини, яка містить розширювальну камеру (1) з вхідним (1.2) і вихідним (1.3) каналами, яка сполучена вхідним каналом (1.2) з порожниною (4.2) корпусу (4.1) підшипникового вузла (4), встановленого всередині обтічника (5) турбомашини, і виконана з можливістю відводу тепла V t з порожнини (4.2) корпусу (4.1) підшипникового вузла (4) у вихідний канал (1.3), яка відрізняється тим, що додатково в систему введено ежектор (2), який встановлений в турбомашині зовні її обтічника (5), при цьому розширювальна камера (1) вихідним каналом (1.3) сполучена з ежектором (2) і встановлена між ним та підшипниковим вузлом (4). 2. Система за п. 1, яка відрізняється тим, що розширювальна камера (1) встановлена усередині обтічника (5) турбомашини. 3. Система за одним з пунктів 1 або 2, яка відрізняється тим, що розширювальна камера (1) виконана з радіаторами (1.1). 4. Система за одним з пунктів 1 або 2, яка відрізняється тим, що вихідний канал (1.3) розширювальної камери (1) оснащено запірно-регулювальною арматурою (6). 5. Система за одним з пунктів 1 або 2, яка відрізняється тим, що площа поперечного перерізу (S2) розширювальної камери (1) визначається залежністю: 25S1 ≤ S2 ≤ 200S1 де S1 - площа поперечного перерізу вхідного каналу (1.2), а довжина (L) розширювальної камери (1) визначається залежністю: 5d1 ≤ L ≤ 20d1, де d1 - діаметр вхідного каналу (1.2). 6. Система за одним з пунктів 1 або 2, яка відрізняється тим, що ежектор (2) виконаний у вигляді закріпленого на трубопроводі (2.6), в якому виконаний вихідний канал (1.3), трубчастого елемента (2.1) з ежекторним каналом (2.3), при цьому одна кінцева частина трубопроводу (2.6) з випускним отвором (2.2) розміщена в порожнині ежекторного каналу (2.3), а протилежна кінцева частина трубопроводу (2.6) сполучена з розширювальною камерою (1). 7. Система за п. 6, яка відрізняється тим, що ежекторний канал (2.3) трубчастого елемента (2.1) виконаний конфузорно, а кінцева частина трубопроводу (2.6) з випускним отвором (2.2) виконана у вигляді сопла (2.5), спрямованого в бік звуження ежекторного каналу (2.3). 8. Система за п. 6, яка відрізняється тим, що ежекторний канал (2.3) трубчастого елемента (2.1) виконаний конфузорно-дифузорним, а випускний отвір (2.2) виконано в трубопроводі (2.6) перпендикулярним поздовжній осі ежекторного каналу (2.3). 4 UA 101027 U 5 UA 101027 U 6 UA 101027 U 7 UA 101027 U 8 UA 101027 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 9