Робоче колесо радіально-осьової гідромашини

Изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано для рабочих колес гидротурбин, обратимых гидромашин и насосов. Известно, что неуравновешенность элементов рабочего колеса вызывает вибрацию гидроагрегата, приводящую к снижению мощности, преждевременному износу и поломкам. Причиной неуравновешенности является несимметричное расположение масс ротора, возникающее вследствие погрешностей механической обработки и невозможности обеспечения геометрической симметрии при сборке и сварке деталей, имеющих необрабатываемые поверхности. Поэтому все изготавливаемые рабочие колеса радиально-осевых гидромашин подвергают статической балансировке. Выявленная при балансировке статическая неуравновешенность рабочего колеса компенсируется созданием уравновешивающего усилия, направленного в сторону, противоположную действию сил от небаланса. Известно рабочее колесо радиально-осевой гидромашины [1], содержащее обод, лопасти и ступицу с закрепленным на ней конусомобтекателем, После балансировки рабочего колеса уравновешивающий гр уз крепят при помощи электросварки к ободу и закрывают облицовкой. Статистические данные[2] показывают, что в радиально-осевых рабочих колесах, в зависимости от конструкции и способа изготовления, уравновешивающий груз составляет от 0,07 до 0,99% от массы рабочего колеса, а физическая масса уравновешивающего груза может составлять более 1т.с. Расположение" груза такой массы на ободе рабочего колеса довольно сложно. Кроме того, при работе гидромашины на груз воздействуют значительные центробежные силы, для противодействия которым необходимо предусматривать надежное крепление, что не всегда возможно из-за ограниченности места на ободе. Недостатки рабочего колеса [1] состоят в следующем: - вращение груза в воде влечет за собой возникновение гидродинамических сил, п ульсаций потока и вибрационных явлений; - кожух, закрывающий груз, сам по себе является элементом ненадежности, т.к. известны случаи аварий в гидромашинах из-за отрыва кожуха. Известно также рабочее колесо радиальноосевой гидромашины [3], содержащее обод, лопасти и ступицу с закрепленным на ней конусомобтекателем. После балансировки устранение небаланса осуществляют высверливанием металла рабочего колеса и заполнением образовавшихся полостей металлом большей плотности, например, свинцом. Недостатком рабочего колеса [3] является невозможность использования такой конструкции для крупных рабочих колес диаметром более 5 метров, т.к. последняя позволяет устранить лишь незначительный небаланс. Известно также рабочее колесо [4] и способ компенсации статической неуравновешенности рабочего колеса радиально-осевой гидротурбины. Согласно указанным устройству и способу, уравновешивающее усилие создают со стороны неуравновешенной массы, выполняя на цилиндрических поверхностях рабочего колеса эксцентричную проточку. Недостатком таких устройства и способа является возможность устранения лишь небольшого небаланса и необходимость дополнительной загрузки уникального оборудования (крупных карусельных станков) для выполнения эксцентричной проточки. Наиболее близким из выделенных аналогов к предлагаемому изобретению является рабочее колесо радиально-осевой гидромашины [5], содержащее обод, лопасти и ступицу с закрепленным на ней конусом-обтекателем, имеющим смещенный относительно оси вращения колеса центр массы. Смещение центра массы конуса-обтекателя достигнуто тем, что участки конуса-обтекателя, его обечайки, фланцы и ребра, расположенные по разные стороны от вертикальной плоскости симметрии, имеют различную толщину. Недостатками рабочего колеса радиальноосевой гидромашины [5] являются: - недостаточная надежность, так как наличие на цельном конусе-обтекателе значительного статического небаланса (от 0,07 до 0,99% от массы рабочего колеса) на достаточно большом плече (до 0,5 ... 0,7м для крупных рабочих колес) создает момент, могущий привести к отрыву конусаобтекателя; -на существующих балансировочных стендах невозможна балансировка рабочих колес в сборе с конусом-обтекателем, поэтому после определения небаланса в рабочем колесе необходимо точное определение уравновешивающего небаланса конуса-обтекателя на другом балансировочном устройстве. Кроме того, отсутствует возможность проверки уравновешивания рабочего колеса в сборе с конусом-обтекателем. В основу предлагаемого изобретения была поставлена задача создать такое рабочее колесо радиально-осевой гидромашины, новое выполнение конструкции которого позволило бы упростить его уравновешивание, ликвидировать элементы ненадежности, обеспечить точную балансировку элементов колеса в сборе на существующем технологическом оборудовании (балансировочных станках). Заявляемое рабочее колесо характеризуется тем, что содержит обод, лопасти и ступицу с закрепленным на ней конусом-обтекателем, имеющим смещенный относительно оси вращения колеса центр массы. При этом отличительные признаки предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом: - выполнение конуса-обтекателя из двух концентричных частей: центральная часть симметрична относительно оси вращения рабочего колеса; - выполнение в наружной части обтекателя внутренней эксцентричной полости; каждая из частей конуса-обтекателя самостоятельно закреплена на ступице. Выполнение рабочего колеса по ограничительным признакам позволяет создать условия для повышения надежности работы и упрощения балансировки. Выполнение конуса-обтекателя из двух концентричных частей и выполнение центральной части симметричной относительно оси вращения рабочего колеса позволяет исключить возможность отрыва конуса-обтекателя, т.к. центральная часть конструктивно сбалансирована, а наружная часть охватывается ступицей рабочего колеса и находится вне зоны интенсивного вихреобразования. Выполнение наружной части конуса с внутренней эксцентричной полостью позволяет производить корректировку уравновешивающей массы со стороны последней и при необходимости удалить часть металла на имеющемся оборудовании, т.к. размеры наружной части конуса невелики. Выполнение самостоятельного крепления каждой из частей конуса-обтекателя на ступице позволяет производить балансировку рабочего колеса на существующи х балансировочных стендах с наружной частью конуса при снятой сбалансированной центральной части, а также позволяет снять отдельную наружную часть конуса, например, для удаления части металла. В целом, совокупность существенных признаков предлагаемого изобретения позволяет достигнуть те хнический результат -получить рабочее колесо, конструкция которого позволяет упростить его уравновешивание, повысить точность и надежность его балансировки, повысить надежность работы рабочего колеса. На фиг.1 показан схематический продольный разрез по рабочему колесу радиально-осевой гидромашины; на фиг.2 - разрез II - II на фиг.1. Рабочее колесо (фиг.1) радиально-осевой гидромашины содержит обод 1, лопасти 2 и ступицу 3. На ступице 3 закреплен конусобтекатель, который составлен из двух концентричных частей: центральной 4 и наружной 5. Центральная часть конуса-обтекателя симметрична оси вращения рабочего колеса 6 и полностью сбалансирована. Центральная часть 4 конуса-обтекателя закреплена на ступице 3 рабочего колеса болтами 7. Наружная часть 5 конуса-обтекателя концентрична центральной части 4 и представляет в сечении кольцо (см. фиг.2), вн утренний диаметр которого охватывает центральную часть 4, а наружный помещен в расточку 8 ступицы 3 рабочего колеса. С внутренней стороны в теле части 5 выполнена эксцентричная полость 9. За счет выполнения эксцентричной полости 9 центр масс наружной части 5 конуса-обтекателя смещен относительно оси 6 вращения рабочего колеса в направлении, диаметрально противоположном смещению центра масс узла: обод 1 - лопасти 2 - ступица 3, относительно той же оси 6. Наружная часть 5 конуса-обтекателя закреплена на ступице 3 болтами 10. После завершения изготовления рабочего колеса радиально-осевой гидромашины осуществляют его балансировку. Для этого рабочее колесо со снятым конусом-обтекателем помещают на балансировочный стенд любой известной конструкции, на котором определяют смещение центра масс и величину небаланса относительно оси 6 вращения рабочего колеса. На основании полученных данных путем несложных вычислений определяют смещение центра масс и величину небаланса наружной части 5 конуса-обтекателя. Исходя из результатов вычислений, определяют корректировку уравновешивающей массы и величину небаланса наружной части 5 конуса-обтекателя путем выполнения эксцентричной проточки полости 9. Затем закрепляют болтами 10 наружную часть конуса-обтекателя (при неустановленной центральной части 4) так, чтобы центр масс наружной части конуса-обтекателя был смещен относительно оси 6 вращения рабочего колеса в диаметрально противоположном направлении, определенном при балансировке, смещению центра масс рабочего колеса, и повторной балансировкой проверяют правильность выполненной корректировки. После чего устанавливают центральную часть 4 конусаобтекателя и закрепляют болтами 7 на ступице 3, завершая изготовление рабочего колеса. Отсутствие смещения центра масс рабочего колеса относительно оси его вращения существенно повышает надежность и долговечность деталей и узлов гидромашины, благоприятно сказывается на работе подшипников, увеличивает межремонтный период. Предлагаемое изобретение позволяет наиболее просто и надежно без дополнительных затрат осуществить балансировку рабочего колеса, устранив неуравновешенность масс.