Роторная установка с опорой на подушке из текучей среды

 

Изобретение относится к роторным установкам с горизонтальной или вертикальной осью вращения ротора с газостатическими, газодинамическими, гидростатическими и гидродинамическими опорными узлами рабочего органа. Установка содержит корпус, рабочий орган, опорный узел рабочего органа. Последний состоит из вращающейся части, жестко соединенной с рабочим органом с образованием ротора, и неподвижной части, имеющей отверстия для подвода текучего рабочего тела к несущим поверхностям вращающейся и неподвижной частей, соответствующим друг другу по форме. Предусмотрены также устройство для подачи текучего рабочего тела, соединенное с отверстиями неподвижной части опорного узла, привод ротора и устройство релейной защиты установки от аварийных колебаний ротора с источником тока и блоком вторичной аппаратуры. Неподвижная часть опорного узла соединена с корпусом через электроизоляционную прокладку. В устройстве релейной защиты источник тока электрически связан линиями непосредственно с неподвижной частью опорного узла и через блок вторичной аппаратуры - с корпусом. Установка характеризуется повышенной надежностью работы за счет предотвращения ударов ротора о корпус и неподвижную часть опорного узла. 3 ил.

Изобретение относится к роторным установкам с горизонтальной или вертикальной осью вращения ротора с газостатическими, газодинамическими, гидростатическими и гидродинамическими опорными узлами рабочего органа и может найти применение в различных областях машиностроения: центробежная техника (дробилки, мельницы, сепараторы, центрифуги, центробежные литейные машины и др.), электроэнергетика (электрогенераторы), турбостроение, станкостроение, двигателестроение и в других установках с роторным рабочим органом на опорной подушке из текучей среды.

Известна вертикальная роторная установка с газостатической опорой, содержащая корпус, рабочий орган, опорный узел рабочего органа в виде газостатического опорного узла с соответствующими друг другу по форме несущими поверхностями, вращающаяся часть которого жестко соединена с рабочим органом, образуя ротор, а неподвижная часть выполнена с центральным отверстием для подвода рабочего тела к несущим поверхностям опорного узла и жестко соединена с корпусом, устройство для получения газообразного рабочего тела, связанное с центральным отверстием неподвижной части опорного узла, и привод [1].

Однако известная роторная установка обладает низкой надежностью, т.к. не позволяет предупредить повреждение установки вплоть до выхода из строя из-за ударов вращающейся части о неподвижную часть и рабочего органа о корпус, которые могут осуществиться при возникновении режимного дисбаланса в рабочем органе и при прохождении резонансных частот вращения ротора. Данный недостаток связан с тем, что установка не содержит устройство для защиты ее от аварийных колебаний ротора.

Известна также горизонтальная роторная установка с газовыми опорами, содержащая корпус, рабочий орган, опорный узел рабочего органа с соответствующими друг другу по форме несущими поверхностями, вращающаяся часть которого выполнена в виде вала и жестко соединена с рабочим органом, образуя ротор, а неподвижная часть выполнена в виде газостатических радиальных подшипников с отверстиями для подвода газообразного рабочего тела к несущим поверхностям опорного узла, жестко соединенных с корпусом, устройство для подачи газообразного рабочего тела, связанное с отверстиями газостатических радиальных подшипников, привод и устройство для релейной защиты установки от аварийных колебаний ротора, содержащее источник тока, несколько измерительных преобразователей (датчиков) колебаний ротора, закрепленных на корпусе с возможностью взаимодействия с вращающейся частью опорного узла (валом) и электрически связанных с источником тока, и блок вторичной аппаратуры, электрически связанный с источником тока и с измерительными преобразователями колебаний ротора [2].

Однако известная установка не обладает высокой надежностью из-за того, что устройство для защиты установки от аварийных колебаний ротора не позволяет точно определить предаварийное колебание ротора в связи со сложным взаимодействием вращающейся части опорного узла с измерительными преобразователями, вследствие чего возможны ложные срабатывания и неоправданное отключение привода или несрабатывание при колебаниях ротора с аварийными и предаварийными параметрами из-за того, что параметры колебаний ротора определяются только в местах расположения измерительных преобразователей, в то время как касание может произойти в любой точке несущих поверхностей, обладает невысокой надежностью из-за того, что измерительные преобразователи не могут работать в неблагоприятных производственных условиях (запыленность, высокая или низкая температура, высокая влажность, вибрация установки и др.) и при возникновении значительного дисбаланса ротора, характеризуется достаточно высокими энергозатратами из-за того, что выполнено по замкнутой схеме и ток потребляется постоянно, а также достаточной сложностью управления из-за достаточно большого количества измерительных преобразователей.

Данные недостатки связаны с тем, что измерение колебаний ротора осуществляется путем преобразования тока колебаниями ротора в измерительный сигнал, что обуславливает выполнение устройства для релейной защиты по замкнутой схеме и измерение колебаний ротора только в местах расположения измерительных преобразователей [3].

Задача изобретения состоит в повышении надежности работы установки путем предотвращения ударов ротора о корпус и неподвижную часть опорного узла за счет того, что в устройстве для релейной защиты установки от аварийных колебаний ротора обеспечивается повышение точности работы путем достижения срабатывания только при предаварийных колебаниях ротора, повышение надежности работы за счет исключения необходимости в преобразовании колебаний ротора в измерительный сигнал и за счет обеспечения определения предаварийных колебаний ротора при неблагоприятных производственных условиях и при возникновении значительного дисбаланса ротора, снижение энергозатрат за счет уменьшения потребления тока, а также упрощение управления установкой за счет упрощения конструкции устройства для релейной защиты.

Указанная задача решается достижением технического результата, заключающегося в обеспечении определения только предаварийных колебаний ротора и в любой точке соприкосновения несущих поверхностей опорного узла путем достижения выполнения устройства для релейной защиты по разомкнутой схеме и применения опорного узла в качестве выключателя.

Сущность изобретения заключается в том, что для решения поставленной задачи путем достижения указанного технического результата в роторной установке с опорой на подушке из текучей среды, содержащей корпус, рабочий орган, опорный узел рабочего органа с соответствующими друг другу по форме несущими поверхностями, вращающаяся часть которого жестко соединена с рабочим органом, образуя ротор, а неподвижная часть жестко соединена с корпусом и имеет отверстия для подвода текучего рабочего тела к несущим поверхностям опорного узла, устройство для подачи текучего рабочего тела, соединенное с отверстиями неподвижной части опорного узла, привод и устройство для релейной защиты установки от аварийных колебаний ротора, содержащее источник тока и блок вторичной аппаратуры, электрически связанный с источником тока, отличием является то, что неподвижная часть опорного узла соединена с корпусом через электроизоляционную прокладку, источник тока электрически связан с одной из частей опорного узла, а блок вторичной аппаратуры электрически связан со второй частью опорного узла.

Изобретение поясняется чертежами: фиг.1 - общий вид вертикальной роторной установки в разрезе, фиг.2 - то же в состоянии дисбаланса ротора с соприкосновением несущих поверхностей опорного узла, фиг.3 - общий вид горизонтальной роторной установки в разрезе.

Роторная установка с опорой на подушке из текучей среды содержит корпус 1, рабочий орган 2, опорный узел рабочего органа 2 с соответствующими друг другу по форме несущими поверхностями, состоящий из вращающейся части 3, жестко соединенной с рабочим органом 2, образуя ротор, и неподвижной части 4 с отверстием 5 для подвода текучего рабочего тела к несущим поверхностям, жестко соединенной с корпусом 1 через электроизоляционную прокладку 6, устройство 7 для подачи текучего рабочего тела, связанное с отверстием 5 неподвижной части 4 опорного узла, привод 8 и устройство для релейной защиты установки от аварийных колебаний ротора, содержащее источник 9 тока, связанный электрической линией 10, содержащей выключатель 11, непосредственно с неподвижной частью 4 опорного узла, и блок 12 вторичной аппаратуры, связанный электрической линией 13 с источником 9 тока и электрической линией 14 непосредственно с корпусом 1 (в установках с электроприводом - фиг.1 и фиг.2).

Блок 12 вторичной аппаратуры содержит электронное реле 15 времени и источник 16 светового сигнала (и/или звукового сигнала, на чертежах не показан).

Устройство для релейной защиты содержит также электрическую линию 17 с выключателем 18, связывающую корпус 1 установки и неподвижную часть 4 опорного узла и предназначенную для определения работоспособности устройства для релейной защиты.

Несущие поверхности опорного узла могут иметь плоскую, конусообразную, цилиндрическую формы или в виде части сферы.

Вращающаяся часть 3 опорного узла в установках с вертикальной осью вращения ротора выполнена в виде пяты (фиг.1 и фиг.2), а с горизонтальной осью вращения - в виде вала (фиг.3).

Неподвижная часть 4 опорного узла в установках с вертикальной осью вращения ротора выполнена в виде подпятника (фиг.1 и фиг.2), а с горизонтальной осью вращения - в виде радиальных газовых или жидкостных подшипников (фиг.3).

В качестве текучего рабочего тела могут быть использованы газ, сжатый газ, перегретый пар и диэлектрическая жидкость.

В качестве привода установка может содержать электропривод 8 с механической передачей (фиг.1 и фиг.2) или пневмопривод (фиг.3). В установках с пневмоприводом блок 12 вторичной аппаратуры соединен электрической линией 14 непосредственно с вращающейся частью (валом) 3 посредством щеток 19.

Конкретное выполнение частей устройства для релейной защиты установки от аварийных колебаний ротора может быть следующим:

источник 9 тока - трансформатор ОСМ - 0,063 220/24 В;

выключатели 11 и 18 - ПЕ;

электронное реле 15 времени - 3RP 1513 (ФРГ, Сименс).

Конструктивно устройство для релейной защиты установки от аварийных колебаний ротора расположено в блоке управления установкой (на чертежах не показан).

Изобретение работает следующим образом.

Перед введением установки в рабочее состояние определяют работоспособность устройства для релейной защиты установки от аварийных колебаний ротора. Для этого включают выключатели 11 и 18 - при наличии тока на корпусе 1 и неподвижной части 4 опорного узла лампа 16 загорается, что говорит о работоспособности устройства. Выключатель 18 выключают, а выключатель 11 оставляют включенным.

Для введения установки в рабочее состояние к несущим поверхностям опорного узла через отверстие 5 неподвижной части 4 с помощью устройства 7 подают текучее рабочее тело. Так как поступление рабочего тела в опорный узел превышает выход из него, то между несущими поверхностями создается избыточное давление и ротор (вращающаяся часть 3 и рабочий орган 2) “всплывает”, образуя рабочий зазор, в котором создается опорная подушка из текучей среды.

Затем включают привод 8, который приводит во вращение ротор, рабочим органом которого может быть ускоритель ударно-центробежных дробилок и мельниц, барабан центрифуг и сепараторов, электрогенератор и другие роторные рабочие органы.

При возникновении режимного дисбаланса в рабочем органе 2 или при прохождении резонансных частот вращения ротор совершает колебания в радиальном и угловом направлениях. Высокоамплитудные и интенсивные колебания ротора могут привести к сильным ударам рабочего органа 2 о корпус 1 и ударам несущей поверхностью вращающейся части 3 о несущую поверхность неподвижной части 4, их значительному повреждению и выходу установки из строя. Однако при первых касаниях несущих поверхностей друг о друга осуществляется электрический контакт, электрические линии 10 и 14 соединяются и включается электронное реле 15 времени и источник 16 светового сигнала. Реле 15 времени настраивают с учетом технологического процесса, осуществляемого рабочим органом 2, например, для ударно-центробежной дробилки со следующими параметрами:

минимальная пауза между касаниями - 0,1 с (предел регулировки 0,1-5 с), предельное время касаний - 30 с (предел регулировки - 20-120 с). При превышении этих показателей реле 15 срабатывает - выдает управляющий сигнал на выключение для исполнительного органа выключателя (на чертежах не показаны) электропривода 8 или исполнительного органа вентиля (на чертежах не показаны) устройства 7 для подачи текучего рабочего тела.

Литература

1. Патент РФ №2183136, В 02 С 13/14, публ. 10.06.2002.

2. Лучин Г.А., Пешти Ю.В., Снопов А.И. Газовые опоры турбомашин. - М.: Машиностроение, 1989, с.233-234, рис.57. (прототип).

3. Промышленные приборы и средства автоматизации: Справочник/ В.Я.Баранов, Т.Х.Безновская, В.. Бек и др. Под общ. ред. В.В.Черенкова. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1987, с.340-346.

Формула изобретения

Роторная установка с опорой на подушке из текучей среды, содержащая корпус, рабочий орган, опорный узел рабочего органа, состоящий из вращающейся части, жестко соединенной с рабочим органом с образованием ротора, и неподвижной части, имеющей отверстия для подвода текучего рабочего тела к несущим поверхностям вращающейся и неподвижной частей, соответствующим друг другу по форме, устройство для подачи текучего рабочего тела, соединенное с отверстиями неподвижной части опорного узла, привод ротора и устройство релейной защиты установки от аварийных колебаний ротора с источником тока и блоком вторичной аппаратуры, отличающаяся тем, что неподвижная часть опорного узла соединена с корпусом через электроизоляционную прокладку, а в упомянутом устройстве релейной защиты источник тока электрически связан линиями непосредственно с неподвижной частью опорного узла и через блок вторичной аппаратуры - с корпусом.

РИСУНКИ