Устройство для гидрорегулирования ротора ротативной машины
Изобретение относится к области энергомашиностроения , в частности к технике регулирования моментных характеристик роторов ротативных машин. Цель изобретения - повышение эффективности. Цель достигается за счет того, что устройство снабжено узлом формирования дополнительного крутящего момента, выполненного в виде двух блоков сопл, расположенных в полости вала и симметрично разнесенных в радиальном направлении.4 ил.
COI03 СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)з G 05 0 13/ 42
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4694972/24 (22) 25;05.89 (46) 30.10.92, Бюл. bL 40 (71) Комсомольский-на-Амуре политехнический институт (72) Г.Д.Шекун (56) Авторское сьидетельство СССР .
N 909232, кл. F 01 D 21/02, 1979.
Авторское свидетельство СССР
М 1171597, кл. F 01 0 21/02, 1982 (прототип).
Изобретение относится к области энергомашиностроения, в частности, к устройства гидрорегулирования моментных характеристик роторов ротативных машин, преимущественно крутящего момента на валу ротора, Известны конструктивные решения, например, турбин (1), в которых при резком уменьшении нагрузки на валу ротора предельная частота вращения ограничивается использованием специальных конструктивных элементов в и роточной части двигателя, т.е. получением компенсирующего момента, создающего эффект торможения и имитирующего внешнюю нагрузку двигателя.
Компенсирующий момент на валу ротора в этом случае получается за счет энергии самой рабочей среды двигателя и представляет собой фактически дополнительный крутящий момент, противоположно направленный основному крутящему моменту, разви вае мому дви гател ем на валу ротора.
Такие технические решения позволяют частично уменьшить и редел ьную частоту вращения ротора и создать дополнительный нагрузочный момент для двигателя.
„„ЯЦ„„1772791 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГИДРОРЕГУЛИРОВАНИЯ РОТОРА РОТАТИВНОЙ МАШИНЫ (57) Изобретение относится к области энергомашиностроения, в частности к технике регулирования моментных характеристик роторов ротативных машин. Цель изобретения — повышение эффективности. Цель достигается за счет того, что устройство снабжено узлом формирования дополнительного крутящего момента, выполненного в виде двух блоков сопл, расположенных в полости вала и симметрично разнесенных в радиальном направлении. 4 ил.
В отдельных ротативных машинах моментные характеристики роторов изменяются за счет регулирования мощности двигателей независимо оТ потребителя энергии. Такое регулирование возможно при непосредственном изменении располагаемой энергии или расхода рабочей среды, используемой в двигателе, и требует в основном сложной аппаратуры для автоматического регулирования и контроля, так как обычно двигатели при резком сбросе моментной нагрузки со стороны потребителя энергии склонны к резкому увеличению оборотов, называемых угонными, при которых значительно увеличиваются динамические напряжения во вращающихся деталях, которые становятся источниками аварийных ситуаций.
Известно устройство для автоматической защиты турбины при уменьшении нагрузочного момента и резком увеличении оборотов ротора, содержащее датчик, выполненный в аиде охватывающего вал двигателя и подпружиненного груза с центром тяжести, смещенным относительно оси вращения вала, и сервомотор стопорного кла 77?791 пана, импульсная линия KQTopof o падкл1ачена к датчику, С цель1О повышения надежности груз выполнен в виде рамки с двумя боковыми плоскими стенками, снабженными окнами, нз валу снаружи выполнены плоские скосы, прилега Ощие к стенкрм рамки, а внутри нала — каналы, подключенные к импульсной линии и взаимодействующие с окнами.
Недостатки приведенного устройства.
Значительное усложнение конструкции, повышенная стоимость изготовления, недастаточнал надежность на переменных режимах, Цель изабрегения — повышение эффективности гидрорегулированил моментных характеристик ротора ратативной машины путем саздзнил дапалнительнОГО кр,lтлц1его момента на валу за счет энергии жидкости, заполняющей полый вал, при ее це1п робежном истечении через сужающиеся сопла.
Сущность предлагаемого устройства состоит в получении даполнительнага крутящего момента нз налу ротора, совпадающего по направлению с основным крутящим моментам, развиваемым двигатеfleM при достижении ратзтив1 10и маши наи номинальных или расчетных оборатан и, сооТВеТсТВеННо, дапалнительнога КОутяшеГО момента нз валу ротора, противоположно направленнагo относительна основского крутящеГО момента двигателя, Г1ри прснышеййи ротативной машиной номинальной или расчетной частоты вращения, T.å. обеспечивающего торможение ротора.
Отл11чител ьн ыми и ризнзкзми в заявляемом решении явля1атсл;
- использование узла формираванил дополнительного крутящего момента, выполненного н виде двух блоков сопел, расположенных в полости нала, поперечное сечение которых совмещено с продольными сече11илми сопел блоков; — блоки сопел симметрично разнесе11ы в радиальном направлении, чта обеспечивает минимум дисбаланса ротора при вращении; каждый блок сбстОит из Двух r! poTf leo" палажно и тзнгенц11альна направленных сопел, соединенных радиальным каналам, снабженным Отверстием длл подвода жидкОсти, и из атсекзтеля патака жидкости, — огсекатели Оззмеще ы в радиальном канале с возможнасть1О перекрытия Отверстия для подвода жидкости при назврзтнапоступательном движении вдоль радиального ка11злз:
-.— атсекатели патока жидкости блоков связаны ме>,:ду Автору не известны технические решенил для гидрарегулированил ротора путем саздзнил дополнительного крутящего момента на валу, с указанной совокупностью признаков, что позволяет предполагать соответствие предлагаемого изобретения критерию "существенные отличия", Поставленная цель достигается тем, что в полам валу ротора ротативной машины, заполненном жидкостью, расположен узел формиронания дополнительного крутящего момента, выполненного в виде двух блоков сопл, поперечное сечение которого совмещено с продольными сечениями сопл блокОВ, При вращении ротора жидкость, находящаяся в полом валу, пад действием центрабе>кных сил аккумулирует энергию, реакция струи истечения которой из полости сопла за предель. наружной поверхности вала используется в качестве гидрорегулированил ротора. Каждый блок сопл состоит из двух противаполо>кно и тангенциальна направленным сопл и отсекателл Г1отока жидкости, расположенного в радиальном канале, саециняющего сопла. Радиальный канал снабжен отверстием подвод жицкости. При наборе оборотов и выходе двигателл f!a номинальный или расчетныЙ режим работы, атсекатель потока под действием упругой связи, перекрывает канал одного сопла и поток жидкости под действием полл центробежных сил устремляется 0 открь|тый канал другого пративополо>кно направленного сужа1ащегося сопла, Реакция вытекающей из сопла жидкости в этом случае создает дополнительный крутящий момент на валу ротора, совпадающий.по направлени1а с основным крутящим моментом, развиваемым ротативной машиной, и суммарный крутящий момент на валу ротора возрастает, достигал своего максимума при номинальных или расчетных режимах рабат.:1 ротативнай машины с соответствующей номинальной или расчетной частотой вращен и ротора. При увеличении частоты вращенил роГара выше номинальных или расчетных, отсекатель потока под действием центробежных сил, преодолевая сопротивление упругой связи, занимает новое крайfIce полажение в радиальном канале и перекрывает вхадну1о часть второго сопла, радиально распало>кенного дальше от центральной аси вала. Поток жидкости паддействием центробежных сил устремляется в открытый канал сопла, рациально распало>кенного ближе к центральной оси вала. Да1772791 сил преодолевает сопротивление упругой связи 7 и занимает новое крайнее положение, перекрывая при этом входную часть канала сопла 3 (фиг,3). Жидкость 2 под действием центробежных сил устремляется в канал сопла 4, Реакция струи жидкости 2, покидающей сопло 4, создает дополнительный крутящий момент на валу ротора, который противоположно направлен по отношению к основному крутящему моменту, создаваемому ротативной машиной, что приводит к торможению ротора и частота вращения ротативной машины стабилизируется. Отработанная жидкость, скапливающаяся в полости между корпусом 8 и валом 1, возвращается в полость вала 1, как и в первом случае. Энергия, потребляемая лабиринтновинтовым насосом 9, компенсируется энергией центробежного истечения жидкости из сопла 3 в результате действия дополнительного крутящего момента на валу ротора при выходе ротативной машины на номинальный или расчетный режим работы. При увеличении частоты вращения выше номинальной или расчетной лабиринтновинтовой насос 9, потребляя энергию, усиливает дополнительный крутящий момет на валу ротора, который в этом случае противоположно направлен основному крутящему моменту, развиваемому двигателем ротативной машины, и эффективность стабилизации ротора возрастает. Изменение моментных характеристик ротора ротативной машины за счет энергии жидкости, находящейся в полости вала,— основной принцип гидрорегулирования ротора ротативной машины, осуществленный в данном техническом решении для защиты конструкции от угонных оборотов. Формула изобретения Устройство для гидрорегулирования ротора ротативной машины, содержащее неподвижный, корпус с полостью, заполненной жидкостью, упругий элемент, вал с полостью, установленный в полости корпуса с возможностью вращения и заполненный жидкостью, причем полость вала сообщена с полостью корпуса, о т л и ч а ю щ е- е с я тем, что, с целью повышения эффективности, устройство снабженоузлом формированиядополнительного крутящего момента, выполненного в видедвух блоков сопел, расположенных в полости вала, поперечное сечение которого совмещено с продольнымисечениями сопел блоков, причем блоки сопел симметрично разнесены в радиальном направлении, а каждый блок сопел состоит из двух противоположно и тангенциально направленных сопел, соединенных радиальным каналом, снабженным отверстием для полнительный крутящий момент, создаваемый в этом случае истечением жидкости из сопла по направлению будет противоположным основному крутящему моменту, развиваемому ротативной машиной, и сум- 5 мэрный крутящий момент на валу ротора будет уменьшаться, а частота вращения ротора стабилизируется. На фиг.1 изображен схематично продольный разрез предлагаемого устройства 10 для гидрорегулирования ротора ротативной машины; на фиг.2, фиг.3 — вид по.сечению А — А фиг.1, а на фиг.4 — вид по сечению Б - Б фиг. 1. Вращение ротора отсутствует. 15 Устройство для гидрорегулирования ротора ротативной машины состоит из полого вала 1. наполненного жидкостью 2, и содержит узел формирования дополнительного крутящего момента, выполненного в виде 20 двух блоков противополо>кно направленных сопл 3 и 4, отсекателя 5, радиального канала 6 и упругой связи 7. Полый вал 1 с зазором установлен в неподвижном корпусе 8, содержащем лабиринтно-винтовой на- 25 сос 9, наружное уплотнение 10, сборник 11 высоконапорной жидкости и опускные трубы 12. Устройство для гидрорегулирования ротора ротативной машины работает следую- 30 щим образом. При частоте вращения вала 1 не превышающей номинальную или расчетную, отсекатель потока 5 под действием упругой связи 7 занимает в радиальном канале край- 35 нее.поло>кение и перекрывает входную часть канала сопла 4, расположенного на меньшем радиусе (фиг.2). Жидкость 2 под действием центробежных сил аккумулирует энергию, которая расходуется на создание 40 дополнительного крутящего момента на валу ротора в результате центробежного истечения жидкости 2 из сопла 3. Отработанная жидкость выбрасывается в полость между корпусом 8 и валом 1. Дополнительный кру- 45 тящий момент в этом случае суммируется с основным крутящим моментом, развиваемым ротативной машиной, так как оба крутящих момента совпадают по направлению. Скапливающаяся жидкость 2 в полости меж- 50 ду корусом 8 и валом 1 с помощью лабиринтно-винтового насоса 9 перекачивается в сборник 11, выполненный в виде кольцевого коллектора и по опускным трубам 12 нагнетается вновь в полость вала 1. Для предотв- 55 ращения утечек жидкости корпус 8 снабжен наружными уплотнениями 10, При частоте вращения вала 1, превышающей номинальную или расчетную, отсекатель потока 5 под действием центробежных 1772791 подвода жидкости, и из отсекателя потока жидкости, размещенные в радиальном канале с возможностью перекрытия Отверстия для подвода жидкости при возвратно-поступательном движении вдоль радиального канала, причем отсекатели потока жидкости блоков связаны между собой упругим элементом, а торцы сопел каждого блока выведены на наружную поверхность 5 вала. 1772791 1772791 Составитель Г.Шекун Техред M,1Лоргентал Корректор Т.Палий Редактор Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 3846 Тйраж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
