Напрямний апарат гідромашини

1 Напрямний апарат гідромашини, що містить регулююче кільце, поворотні лопатки із важелями, зв'язаними із регулюючим кільцем за допомогою серег, які містять фіксовані за допомогою пружини із можливістю ковзання одна відносно другої частини і виконані із попереднім стисненням пружини, і запобіжні елементи, який відрізняється тим, що кожна серга виконана з двох частин у вигляді стакана і штока, з'єднаних між собою з утворенням кільцевої порожнини, у якій розміщено пакет тарілчастих пружин, при цьому у серзі встановлено датчик контролю переміщення штока і виконана демпфірувальна система, що включає дві кільцеві порожнини серги, роз'єднані гребенем штока і заповнені маслом, дроселюючий пристрій, пружну прокладку між гребенем штока і кришкою серги, демпфірувальні кріпильні болти і компенсаційний пристрій 2 Напрямний апарат гідромашини за п 1, який відрізняється тим, що дроселюючий пристрій виконано у гребені штока у вигляді з'єднуючих обидві порожнини серег каналів, у котрих розміщені диференціальні дроселі 3 Напрямний апарат гідромашини за п 1, який відрізняється тим, що компенсаційний пристрій виконано у ТІЛІ штока у вигляді порожнини, з'єднаної каналами із кільцевою порожниною серги, і з розміщеними у порожнині штока рухомим та нерухомим елементами і пружиною між останніми Винахід відноситься до гідромашинобудування і може бути використаним у гідротурбінах, насосах і насос-турбінах пдроспоруджень Для забезпечення щільного закриття напрямного апарата, у випадку неточності виготовлення і монтажу напрямних лопаток, для забезпечення, при попаданні між окремими лопатками сторонніх предметів, закривання решти лопаток і для запобігання застопорених лопаток і елементів механізму повороту від зруйнування, один з елементів механізму повороту, наприклад, сергу, виконують пружньою Відомий напрямний апарат гідротурбіни із удосконаленнями, що стосується захисних серег, [1], котрий містить регулююче кільце, поворотні лопатки із важелями і зрізні (запобіжні) пристрої Зрізній пристрій містить сергу, виконану з 2-х половин, з'єднаних між собою шарнірно пальцем, причому одна з половин з'єднана, із регулюючим кільцем, друга - із важелем лопатки При цьому половини серги обладнанні припливами, причому в одному з припливів шарнірно закріплено болт, на котрий надіто пакет тарільчатих пружин, а у другому установлено зрізний палець, у котрий упирається втулка, у котрій може ковзати кінець болта, причому у торець останнього укручено болт, що проходить крізь зрізний палець і мав на КІНЦІ обмежувальну гайку Недоліками указаного пристрою є - складність і некомпактність конструкції'? - працеємкість складання, - відсутність демпфіруючої системи, - недостатня надійність напрямного апарата Відомий також напрямний апарат гідромашини [2], що містить горішнє та долішнє кільця, котрі обладнані упорними планками для стопоріння поворотних лопаток, що мають важелі, зв'язані із регулюючим кільцем за допомогою серег, кожна з котрих виконана з двох частин, з'єднаних між собою з утворенням поршневої пари, при цьому, наприклад, масло подається до кожної поршневої пари від централізованого джерела Недоліками О о 1^ со Ю 53709 указаного пристрою є - складність конструкції, у зв'язку із наявністю централізованого джерела масла і маслопроводів, приєднаних до кожної серги - недостатня надійність, у зв'язку із можливістю порушення подавання масла, - обмеженість використання пружніх властивостей серги наприклад, тільки у зоні повного відкриття напрямних лопаток, - відсутність пружності системи при посуванні регулюючого кільця у напрямку закриття, - відсутність демпфіруючої системи і контролю за роботою серги, - недостатня надійність напрямного апарата у цілому Найбільш близьким з відомих пристроїв винаходу є напрямний апарат турбомашини [2], що містить регулююче кільце, поворотні лопатки із важелями, зв'язаними is регулюючим кільцем за допомогою серег, котрі містять фіксовані за допомогою пружини і ковзаючі одна відносно другої частини і виконані із попереднім стисненням пружини, і запобіжні елементи При цьому, указаним чином виконана частина серег, котрі виконані "скороченими" у поздовжньому напрямку протилежно напрямку зусилля пружини, причому ковзаючи частини оточені гвинтовою пружиною і установлені одна відносно другої за допомогою останньої, котра впирається у фланці ковзаючих частин При цьому, недоліки відомого напрямного апарата виглядають наступним чином Пружина у "скороченій" (пружній) серзі сприймає значні зусилля при повному закритті напрямного апарата і при попаданні стороннього предмета між напрямними лопатками як при закриванні, так і при відкриванні напрямного апарата При цьому до пружини пред'являються вимоги з застосування гвинтової пружини не забезпечує достатньої надійності напрямного апарата у цілому при впливу значних навантажень Крім того, застосування частини "скорочених" серег також негативно позначається на надійності гвинтової пружини Так, наприклад, при "шахматній" установці пружніх серег навантаження не рівномірно розподіляється між двома сусідніми сергами (одна з котрих - пружня, а друга - жорстка), а сприймається переважно пружньою сергою Особливо це позначається при попаданні стороннього предмета значних розмірів, коли навантаження сприймається, а розмір предмета "вибирається" пружиною пружній серзі, що приводить до більш раннього втомлення гвинтової пружини, до більшої імовірності зруйнування запобіжного елемента і до необхідності збільшення габаритів гвинтової пружини, також габаритів серги При попаданні між сусідніми напрямними лопатками стороннього предмета значних розмірів можливо повне стиснення пружини у пружній серзі, і тоді серга стає жорсткою, запобіжний елемент зруйнується» серга розуз год жується із важелем і лопатко», при цьому пружина різко розпрямляється і із значним ударним зусиллям впливає на елементи серги, що може привести до зруйнування останніх, тому що елементи серги і серга у цілому не жорсткі і, ВІДПОВІДНО, надійність напрямного апарата у цілому недостатня Робота напрямного апарата гідромашини, особливо напрямних лопаток, не забезпечена всестороннім контролем Контроль особливо важливий у випадку зруйнування запобіжного елемента, коли напрямна лопатка розузгоджується із елементами керування, у тому числі, і з пружньою сергою, і починає довільно повертатися у потоці води, що може привезти до ударної взаємодії сусідніх лопаток і до ланцюгової реакції зруйнування запобіжних елементів напрямного апарата, і що, імовірно, можливо було би запобігти при відповідному контролі Тобто, відсутність ВІДПОВІДНОГО надійного контролю за роботою, наприклад, одного з елементів напрямного апарата, відбивається на недостатній надійності напрямного апарата у цілому Таким чином, недоліки відомого пристрою полягають у наступному - некомпактність конструкції, у зв'язку із необхідністю застосування більш жорсткої гвинтової пружини збільшених розмірів і із необхідністю збільшення розмірів елементів серги для підвищення жорсткості, - недостатня надійність конструкції, у зв'язку із використанням гвинтової пружини і у зв'язку із недостатньою МІЦНІСТЮ елементів серги, також у зв'язку із відсутністю демпфуючої системи, також у зв'язку із відсутністю контролю за роботою наприклад, серги В основу винаходу поставлено задачу створити такий напрямний апарат, у котрому нове виконання серги дозволило би забезпечити простоту, компактність і технічну надійність конструкції, запобігти від зруйнування елементи серги при зруйнуванні запобіжного елемента, при цьому зберегти працездатність і надійність серги при перепадах температур - і за счет цього підвищити надійність роботи напрямного апарата Напрямний апарат характеризується тим, що містить регулююче кільце, поворотні лопатки із важелем, зв'язані із регулюючим кільцем за допомогою серег, котрі містять фіксовані за допомогою пружини і ковзаючі одна відносно другої частини, виконані із попереднім стисненням пружини і запобіжні елементи При цьому, ВІДМІТНІ ознаки передбачуваного винаходу у порівнянні із прототипом полягають у наступному, достатні в усіх відношеннях - виконання кожної серги з двох частин у вигляді стакана і штока, з'єднаних між собою із утворенням кільцевої порожнини, - розміщення у кільцевій порожнині серги пакета тарільчатих пружин, - установка у серзі датчика контролю переміщення штока, - виконання у серзі демпфуючої системи, що включає дві кільцеві порожнини серги, роз'єднані гребнем штока і заповнені маслом, дроселюючий пристрій, пружню прокладку між кришкою серги і гребнем штока і спеціальні демпфіруючі кріпильні болти, що характеризують винахід у конкретних формах виконання - виконання дроселюючого пристрою у гребні штока у вигляді Б'єднаючих обидві порожнини серги каналів, у котрих розміщені диференціальні дроселі, 53709 - виконання компенсаційного пристрою у ТІЛІ штока у вигляді порожнини, з'єднаній каналами із кільцевою порожниною, з розміщеними у порожнині штока рухомим і нерухомим елементами і пружиною між останніми Виконання напрямного апарата із "пружньою" сергою по обмежувальним ознакам дозволяє забезпечити щільне закриття напрямного апарата, у випадку неточностей виготовлення і монтажу напрямних лопаток, також, при попаданні між окремими лопатками сторонніх предметів, забезпечити закриття інших лопаток і запобігти застопоренною лопатки і елементів повороту від зруйнування Виконання серги з двох частин у вигляді стакана і штока із утворенням кільцевої порожнини і установка у останньої пакета тарільчастих пружин дозволяють забезпечити простоту, компактність і механічну надійність конструкції Установка датчика контролю переміщення штока дозволяв здійснити контроль за роботою кожної серги і, отже, за роботою напрямного апарата у цілому Виконання у серзі демпфуючої системи дозволяє запобігти від руйнування елементи серги при зруйнуванні запобіжного елемента При цьому, конкретні форми виконання демпфируемо! системи дозволяють - виконання дроселюючого пристрою дозволяє забезпечити працездатність, ефективність і надійність демпфуючої системи, - виконання компенсаційного пристрою, у зв'язку із масляним наповненням, дозволяє резервувати зайвий об'єм масла при підвищенні температури і потім повернути його у порожнину серги при зниженні температури, тим самим запобігти сергу від розриву, що дозволяє зберегти працездатність і забезпечити надійність серги при перепадах температур, - виконання у ТІЛІ штока порожнини, з'єднаній каналами із кільцевою порожниною серги, і розміщення у порожнині штока рухомого і нерухомого елементів та пружини між останніми дозволяє забезпечити функціонування компенсаційного пристрою Таким чином, конкретне виконання демпфуючого пристрою у цілому і, у частковості, дроселюючого та компенсаційного пристроїв, дозволяє забезпечити працездатність і надійність демпфуючої системи і, ВІДПОВІДНО, пружньої серги У цілому, сукупність суттєвих ознак заявляемого винаходу дозволяє досягти технічного результату - одержати напрямний апарат гідромашини, що характеризується механічною надійністю конструкції, працездатністю при попаданні стороннього предмета між напрямними лопатками і при перепадах температур, наявністю системи контролю за роботою, в результаті чого одержати напрямний апарат гідромашини із підвищеною надійністю у роботі Передбачуваний винахід ілюструється кресленням, на котрих показано на фіг 1 -схема з'єднання і взаємодії елементів напрямного апарата при відкритому і закритому положеннях останнього, на фіг 2 - повздожній розріз по пружній серзі, на фіг 3-дроселюючий пристрій Напрямний апарат гідромашини (див фіг 1) містить регулююче кільце і , поворотні лопатки 2 із важелем 3 і, наприклад, накладками 4 (проміжними елементами), з'єднаними між собою за допомогою запобіжних елементів 5 і зв'язаними із регулюючим кільцем 1 за допомогою серег 6, нежна з котрих (див фіг 2) виконана з двох частин у вигляді стакана 7 і штока 8, з'єднаних між собою із утворенням кільцевої порожнини 9, у котрій розміщено пакет тарільчатих пружин 10 (між гребнем штока і стаканом 7), фіксуючих взаємне положення частин 7 і 8) Шток 8 має можливість ковзання у осьовому напрямку відносно стакана 7, наприклад, по направляючим поверхням 12 і 13 Робоче положення штока 8 відносно стакана 7 установлюють за допомогою кришки 14 і кріпленням 15, створюючи попереднє стиснення пакета пружин 10 У серзі 6 установлено (наприклад, в стакані 7) датчик контролю переміщення штока 16 і виконане демпфуюча система (не позначена), що включає дві кільцеві порожнини 9 і 17, розділені гребнем штока 11 і заповнені маслом, дроселюючий пристрій 18, пружню прокладку 19 на кришці серзі 14 (назустріч гребню штока 11) і спеціальні демпфуючі болти 15, і компенсаційний пристрій 20 Компенсаційний пристрій 20 представляє собою виконану у ТІЛІ штока 8 порожнину 21, у котрій розміщено нерухома пробка 22, рухомий поршень 23, пружина 24 між останніми і порожнину 25, з'єднану із кільцевою порожниною 9 серзі 6 каналами 26 Дроселюючий пристрій 18 (див фіг 3) виконано у гребні штока 11 у вигляді з'єднуючих порожнини серги 9 і 17 каналів 27 і розміщених у останніх диференціальних дроселів 28 Напрямний апарат працює наступним чином Наприклад, напрямний апарат знаходиться у положенні повного відкриття (див фіг 1 - показало штрих-пунктирною ЛІНІЄЮ) При виконанні повного закривання напрямного апарата, що здійснюється шляхом повороту регулюючого кільця і, у випадку неточностей виготовлення і монтажу лопаток 2, коли частина лопаток 2 приходитьу взаємне доторкання, а частина - не приходить 5 пружні серзі 6 дозволяють (див фіг 2), за рахунок стиснення пакета пружин 10 і переміщення штока 8 відносно стакана 7 (на вже взаємодіючих лопатках 2), продовжити посування регулюючого кільця 1 у напрямку закривання до повного взаємного прилягання усіх лопаток 2 У зоні, близькій до повного закриття напрямного апарата, при попаданні між окремим! лопатками 2 стороннього предмета розміром у межах величини ходу штока 8, ВІДПОВІДНІ серги 6 пружньо стискуються, дозволяючи зберегти зв'язок застопорених лопаток 2 із регулюючим кільцем і, а решта лопаток 2 провертаються до щільного взаємного доторкання При переміщенні штока 8 відносно стакана 7 у бік стиснення пакета пружин 10 масло з порожнини 9 перетікає у порожнину 17 {див фіг 3) по каналам 27 і диференціальним дроселям 28, що приводить демпфуючу систему у робоче становище Коли при посуванні регулюючого кільця 1 у напрямку закривання напрямного апарата між окремими лопатками 2 потрапляє сторонній предмет, у ВІДПОВІДНИХ сергах 6 пакет пружин 10 стискується 53709 до величини, відповідної величині ходу штока 8, при цьому серга 6 стає жорстким елементом і запобіжний елемент 5 руйнується При зруйнуванні запобіжного елемента 5 серга 6 розузгоджується із важелем 3 напрямної лопатки 2, пакет пружин 10 розпрямляється і гребінь штока 11 зі значною силою прямує до кришки 14, що могло би привести до зруйнування останньої і крепежа 15 Для запобігання від зруйнування указаних елементів спрацьовує демпфуюча система із дроселюючим пристроєм 18 При цьому масло крізь диференціальні -дроселі 28 і канали 27 перетікає з порожнини 17 у порожнину 9, зм'якшуючи силу впливу гребня штока 11 на кришку сєрги 14 Додатково силу впливу гребня штока 11 на кришку 14 сприймають пружня прокладка 19 і демпфуючі болти 15 8 При зниженні температури масла поршень 23 під впливом зусилля пружини 24 витискує масло з порожнини 25 у кільцеву порожнину 9, відновлюючи об'єм масла у останньої При переміщенні штока 8 відносно стакана 7 спрацьовує датчик контролю переміщення штока 16, наприклад, шляхом впливу поверхні штока 13 на шток датчика 16 Таким чином, можна визначити, на яких лопатках 2 і на яких етапах закривання напрямного апарата відбувається стиснення серег 6, що дозволяє судити про можливу причину стиснення останніх Література 1 Удосконалення, що стосуються запобіжних серег для напрямних апаратів гідротурбін Патент Англії № 989828, F06, F2X2, F2K9, 1965 2 Направляющий аппарат гидромашины А с СССР № 688674, F03 ВЗ/18, 1979 3 Регулюємий напрямний апарат гідравлічної турбомашини Патент Швейцарії №675454, F03 В 3/18, 1990 -Прототип. Для збереження працездатності серп 6 у випадку температурного розширення масла, компенсаційний пристрій 20 дозволяє знизити тиск масла у кільцевій порожнині 9 і запобігти розрив серги 6 При цьому масло з кільцевої порожнини 9 по каналам 26 надходить у порожнину 25 і переміщує поршень 23, переборюючи зусилля пружини 24 ФІГ. 1 IS' 2S 36 23 21 24 Фіг. 2 22 ІЗ 53709 Фіг. З ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24 10