Напрямний апарат гідромашини

1. Напрямний апарат гідромашини, що містить поворотні лопатки з верхніми цапфами, що уста C2 2 (19) 1 3 Відомий також напрямний апарат гідротурбіни [2], що містить поворотні лопатки з верхніми цапфами, що установлені в підшипниках; кришки, що з'єднані з верхніми цапфами лопаток; важелі з виступами, що установлені на корпусах підшипників і закріплені на верхніх цапфах лопаток; накладки, що посаджені на виступах важелів; зрізні пальці, що сполучають важелі з накладками; кріпильні елементи, що розміщені по осях лопаток і призначені для установлення лопаток по висоті, і упори, що установлені в накладках з одного боку важелів. У випадку потрапляння між сусідніми лопатками стороннього предмета при русі напрямного апарата на закриття зрізний палець руйнується і, при наступному проходженні стороннього предмета, лопатка здійснює безладні коливання в бік від упору. Недоліком відомого напрямного апарата гідротурбіни є: - обмеженість безладних коливань лопаток, що появляються при руйнуванні зрізного пальця, тільки з одного боку до упора, при цьому коливання в бік від упору залишаються значними. - відсутність елементів, що дозволяють запобігти безладним коливанням лопатки в обидва боки. Відомий також напрямний апарат гідромашини [3], що містить поворотні лопатки, важелі лопаток, накладки, запобіжні елементи і упори. При цьому поворотні лопатки з верхніми цапфами установлені в підшипниках; кришки з'єднані з верхніми цапфами лопаток; важелі з виступами установлені на корпусах підшипників і закріплені на верхніх цапфах лопаток; накладки посаджені на виступах важелів; запобіжні елементи виконані у вигляді зрізних пальців; кріпильні елементи розміщені по осях лопаток і призначені для установлення лопаток по висоті, а упори установлені на бокових гранях важелів і виконані у вигляді профільованих елементів з можливістю взаємодії з важелями сусідніх лопаток. У випадку потрапляння між сусідніми лопатками стороннього предмета при русі напрямного апарата на закриття зрізний палець руйнується і, при наступному проходженні стороннього предмета, лопатка здійснює незначні коливання, що обмежені упорами. Недоліки відомого напрямного апарата гідротурбіни полягають в наступному: - коливання лопаток, хоч і обмежені, негативно впливають на гідродинамічні характеристики напрямного апарата; - громіздкість конструкції установки упорів. Відомий також напрямний апарат гідротурбіни [4], що містить поворотні лопатки з цапфами, важелі з отворами і закріплені на цапфах лопаток втулки з посадочними ділянками, що розташовані в отворах важелів. При цьому кожна втулка забезпечена закріпленою на ній кришкою, що контактує з важелем; посадочні ділянки втулки і отвори важелів виконані конічними; кожна втулка в нижній частині має радіальний виступ з технологічним радіальним отвором, а кожна кришка з'єднана з цапфою лопатки і підпружинена до важеля. Причому, цапфи лопаток є верхніми і установлені в підшипниках, кожна кришка підпружинена до важеля за допомогою кріпильних (стяжних) елемен 89450 4 тів, що розміщені по колу навколо верхньої цапфи лопатки, кожна втулка установлена на корпусі підшипників, а зрізні пальці відсутні. Наявність поверхней, що труться, і притиснення їх між собою дозволяє зберегти положення лопатки у випадку потрапляння стороннього предмета між лопатками при русі напрямного апарата на закриття і запобігти можливим безладним коливанням лопатки. Недоліки відомого напрямного апарата гідротурбіни полягають в наступному: - трудомісткість виготовлення напрямного апарата, у зв'язку з виконанням посадочних ділянок втулок і отворів у важелі конічними; - імовірність заїдання металевих поверхней, що спілкуються і притискаються між собою, кришки, важеля і накладки, при повороті накладки відносно кришки і важеля, у випадку потрапляння стороннього предмета між лопатками при русі напрямного апарата на закриття; - відсутність елементів, що обмежують діапазон безладних коливань лопатки при у випадку неполадок в з'єднаннях, що труться, або у випадку недостатнього зусилля, що притискає. Найбільш близьким з виявлених аналогів до передбачуваного винаходу є напрямний апарат гідротурбіни (його варіанти) [5], що містить поворотні лопатки з цапфами, на кожній з яких закріплені диск, важіль з циліндровим виступом і вставка, що охоплює виступ важеля, сполучена з важелем за допомогою зрізного пальця і розміщена між диском і важелем; диски і важелі забезпечені кільцевими трапецієвидними канавками і виступами, а вставки - відповідними їм виступами і канавками або канавками, що розташовані концентрично відносно одна одної, з утворенням кільцевих порожнин, в яких розміщені проміжні кільця. При цьому цапфи лопаток є верхніми і установлені в підшипниках, диск є кришкою, а вставка - накладкою; важіль, диск-кришка і вставка-накладка забезпечені кільцевими концентричними трапецієвидними канавками і виступами або канавками, що розташуванні назустріч одна одної, з утворенням кільцевих порожнин, в яких між кришкою і накладкою і між накладкою і важелем розміщені профільні проміжні кільця. Причому, притиснення дискукришки, вставки-накладки, важеля і проміжних кілець між собою здійснюється за допомогою підпружиненого стяжного елемента, що розміщений по осі лопатки, а кожен важіль установлений на корпусі підшипників. Наявність поверхней, що труться, і притиснення їх між собою дозволяє, у випадку потрапляння стороннього предмета між лопатками і руйнування зрізного пальця при русі напрямного апарата на закриття, зберегти положення лопатки і запобігти можливим безладним коливанням лопатки. Недоліки відомого напрямного апарата гідротурбіни полягають в наступному: - неефективність центрального розташування стяжних елементів, у зв'язку з периферійним розташуванням поверхней, що труться; - трудомісткість виготовлення напрямного апарата, у зв'язку з виконанням трапецієвидних виступів і канавок на диску-кришці, важелі і вставці-накладці, також у зв'язку з виготовленням про 5 фільних металевих проміжних кілець, що розміщені між дисками-кришками і вставкаминакладками і між вставками-накладками і важелями; - недостатність зусилля притиснення дискакришки, важеля, вставки-накладки і проміжних кілець між собою за допомогою центрального кріпильного (стяжного) елемента; - імовірність заїдання металевих поверхней, що спілкуються, диска-кришки, важеля, вставкинакладки і проміжних кілець при повороті накладки відносно кришки і важеля, у випадку потрапляння стороннього предмета між лопатками і руйнуванні зрізного пальця при русі напрямного апарата на закриття; - відсутність елементів, що обмежують діапазон безладних коливань лопатки, при руйнуванні зрізного пальця і проходженні стороннього предмета, у випадку неполадок в з'єднаннях, що труться, або в випадку недостатнього зусилля, що притискає. У основу передбачуваного винаходу поставлено завдання створити такий напрямний апарат гідромашини, нове виконання якого дозволило б підвищити надійність його роботи по запобіганню безладним коливанням якої-небудь лопатки у разі руйнування зрізного пальця, уникнути заїдання поверхней елементів напрямного апарата, що труться, також поліпшити технологічність і знизити трудомісткість його виготовлення. Напрямний апарат гідромашини, що заявляється, містить поворотні лопатки з верхніми цапфами, що установлені в підшипниках; кришки, що з'єднані з верхніми цапфами лопаток; важелі з виступами, що установлені на корпусах підшипників і закріплені на верхніх цапфах лопаток; накладки, що посаджені на виступах важелів; зрізні пальці, що сполучають важелі з накладками; проміжні кільця, що розміщені між кришками і накладками і між накладками і важелями, і стяжні елементи, що притискають між собою кришки, накладки, важелі і проміжні кільця. При цьому відмітними ознаками передбачуваного винаходу в порівнянні з прототипом є: - виконання проміжних кілець, що розміщені між кришками і накладками і між накладками і важелями, з бронзи; - розміщення стяжних елементів, що притискають між собою кришки, накладки, важелі і проміжні бронзові кільця, по колу навколо верхніх цапф лопаток; а також: - виконання додатково пазів в опорних фланцях важелів; - установлення додатково упорів, що розміщені в пазах, на корпусах підшипників. Виконання напрямного апарата гідромашини по обмежувальних ознаках дозволяє отримати працездатний напрямний апарат стосовно запобігання безладним коливанням якої-небудь лопатки при руйнуванні зрізного пальця. Виконання проміжних кілець, що розміщені між кришками і накладками і між накладками і важелями, з бронзи дозволяє уникнути заїдання поверхней кришки, важеля, накладки і проміжних кілець, 89450 6 що сполучаються, при повороті накладки відносно кришки і важеля, у випадку потрапляння стороннього предмета між лопатками і руйнування зрізного пальця, внаслідок різних твердості і коефіцієнтів тертя матеріалів, при цьому дозволяє виконати проміжні кільця з плоскими поверхнями, що сполучаються, що дозволяє знизити тудомісткість виготовлення напрямного апарата, у зв'язку з відсутністю виконання будь-яких профільованих канавок і проміжних кілець. Розміщення стяжних елементів, що притискають між собою кришки, накладки, важелі і проміжні бронзові кільця, по колу навколо верхніх цапф лопаток дозволяє безпосередньо і рівномірно притиснути елементи, що контактують, між собою і створити необхідний крутильний момент на лопатках, що перешкоджає безладним коливанням якоїнебудь лопатки при руйнуванні зрізного пальця, що дозволяє підвищити надійність напрямного апарата. Виконання додатково пазів в опорних фланцях важелів і установлення додатково упорів, що розміщені в пазах, на корпусах підшипників дозволяє у випадку неполадок в з'єднанні елементів, що сполучаються, або у випадку недостатнього зусилля, що притискає, обмежити діапазон коливань якої-небудь лопатки при руйнуванні зрізного пальця і проходженні стороннього предмета і підвищити надійність напрямного апарата. При цьому конструкція установки упорів дуже проста. В цілому, сукупність суттєвих ознак передбачуваного винаходу дозволяє підвищити надійність роботи напрямного апарата по запобіганню безладним коливанням якої-небудь лопатки у випадку руйнування зрізного пальця; уникнути заїдання елементів напрямного апарата, що сполучаються і притискаються між собою; поліпшити технологічність і знизити трудомісткість виготовлення напрямного апарата гідромашини; також підвищити надійність роботи напрямного апарата при недостатньому притисненні елементів напрямного апарата, що сполучаються, між собою. Передбачуваний винахід ілюструється кресленнями, на яких показано: Фіг.1 - напрямний апарат гідромашини, загальний вигляд зверху; Фіг.2 - подовжній переріз по напрямному апарату гідромашини (переріз за А-А на Фіг.1); Фіг.3 - вигляд на сполуку обмежувального упора із опорним фланцем важеля (переріз за Б-Б на Фіг.2). Напрямний апарат гідромашини містить (див. Фіг.1 і 2) поворотні лопатки 1 з верхніми цапфами 2, що установлені в підшипниках (не позначено); кришки 3, що з'єднані з верхніми цапфами 2 лопаток 1; важелі 4 з циліндровими виступами, що установлені на корпусах підшипників 5 і закріплені на верхніх цапфах 2 лопаток 1; накладки 6, що розміщені між кришками 3 і важелями 4 і охоплюють виступи важелів 4; зрізні пальці 7, що сполучають важіль 4 з накладкою 6; проміжні бронзові кільця 8 і 9, що розміщені, відповідно, між кришками 3 і накладками 6 і між накладками 6 і важелями 4, і стяжні елементи 10, які притискають кришки 3, важелі 4, накладки 6 і бронзові кільця 8 і 9 між со 7 бою з необхідним зусиллям; при цьому (див. Фіг.2 і 3) в опорних фланцях 11 важелів 4 виконані пази 12, а на корпусах підшипників 5 установлені обмежувальні упори 13, що розміщені в пазах 12. Напрямний апарат гідромашини працює таким чином. При нормальній роботі гідромашини гідравлічний момент на кожній з лопаток 1 менше сумарного моменту сил тертя між кришкою 3, бронзовим кільцем 8 і накладкою 6, також між накладкою 6, бронзовим кільцем 9 і важелем 4, що створені шляхом притиснення їх між собою стяжними елементами 10. Тому при русі напрямного апарата на закриття всі лопатки 1 переміщаються синхронно і напрямний апарат нормально, без руйнування якого-небудь зрізного пальця 7, закривається. Якщо при русі напрямного апарата на закриття між сусідніми лопатками 1 потрапляє сторонній предмет, відбувається перерозподіл гідродинамічних зусиль, і гідравлічний момент на якої-небудь лопатці 1 збільшується, внаслідок чого зрізний палець 7 на одній з лопаток 1, що контактує з стороннім тілом, руйнується, причому, вказана лопатка 1 з важелем 4 втрачає зв'язок з накладкою 6, але виявляється застопореною за допомогою бронзових кілець 8 і 9 і стяжних елементів 10, а накладка 6 переміщається між бронзовими кільцями відповідно до ходу регулюючого кільця (не позначено), і всі лопатки 1, окрім застопореної, приходять в положення закриття. При цьому наявність тертя між кришкою 3, важелем 4, накладкою 6 і 89450 8 бронзовими кільцями 8 і 9, що притиснуті між собою стяжними елементами 10, перешкоджає появі безладних коливань застопореної лопатки 1 під дією гідродинамічних сил. Після останову гідромашини, витягання стороннього предмета і виконання ряду складальних операцій, з установленням нового зрізного пальця 7, напрямний апарат знов готовий до роботи. Причому, при руйнуванні зрізного пальця, у випадку неполадок в з'єднаннях, що труться, або у випадку недостатнього зусилля, що притискає, при проходженні стороннього предмета лопатка 1 з верхньою цапфою 2 разом з важелем 4 може робити незначні коливання відносно упору 12, що обмежені стінками паза 13. Джерела інформації: 1. Н.Н. Ковалев Проектирование гидротурбин. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ие. - 1974. С.117-119, рис. IV.9. 2. Справочник по гидротурбинам /под ред. Н.Н. Ковалева/. - Л.: Машиностроение Ленингр. отд-ие. - 1984. - С.99-101, рис. IV.3. 3. Напрямний апарат гідромашини. Патент України №51842, МПК F03B3/18, опубл.16.12.2002, Бюл. №12. 4. Направляющий аппарат гидротурбины. А.с. СРСР №1239393, МПК F03В3/18., опубл.1986, Бюл. №23. 5. Направляющий аппарат гидротурбины (его варианты). А.с. СРСР №1239394, МПК F03В3/18, опубл.1986, Бюл. №23. - Прототип. 9 89450 10 11 Комп’ютерна верстка В. Мацело 89450 Підписне 12 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601