ПАРОВАЯ ВИНТОВАЯ МАШИНА
SCREW-TYPE STEAM ENGINE

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, конкретно к устройству паровых винтовых машин (ПВМ), работающих на паре и применяющихся для привода, например электрогенераторов.
Известна паровая винтовая машина, содержащая корпус высокого давления (КВД) с впускным патрубком для подачи пара высокого давления, корпус низкого давления (КНД) с выпускным патрубком для отвода пара низкого давления, ведущий и ведомый винтовые роторы, параллельно установленные в попарно размещенных в КВД и КНД подшипниках, связанные между собой при помощи синхронизирующих шестерен, находящиеся в зацеплении и снабженные разгрузочными поршнями, размещенными в расточках КВД с образованием разгрузочных полостей, сообщенных с выпускным патрубком, причем КВД и КНД соединены между собой при помощи центрирующего днища, расположенного по торцу высокого давления роторов, при этом выпускной патрубок прикреплен к нижней части КНД, а разгрузочные полости сообщены с выпускным патрубком посредством каналов, подсоединенных к разгрузочным полостям в их нижних точках (патент РФ №2374455, МПК F16C 1/16, публикация 2009 г.).
Наиболее близким к предложенному техническому решению является паровая винтовая машина, содержащая корпус высокого давления (КВД) с впускным патрубком для подачи пара высокого давления, корпус низкого давления (КНД) с выпускным патрубком для отвода отработавшего пара низкого давления, ведущий и ведомый роторы, параллельно установленные на попарно размещенных в КВД и КНД опорных подшипниках, связанные между собой при помощи синхронизирующих шестерен, имеющие в своей средней части винтовые зубья, находящиеся в зацеплении, и снабженные парными торцовыми уплотнениями и размещенными в КВД разгрузочными поршнями, причем торцы поршней, обращенные к винтовым зубьям, сообщены с впускным патрубком, а противоположные торцы - с выпускным патрубком (патент РФ №2319840, МПК F01C 1/16, публикация 2008 г.).
Недостатком известной винтовой машины является возможность попадания затворной жидкости, просачивающейся из торцовых уплотнений в масляную полость опорных подшипников, смешивания жидкости с маслом и тем самым ухудшения свойств масла.
Задачей изобретения является устранение указанного недостатка и повышение эксплуатационных качеств машины.
Сущность предложенного технического решения заключается в следующем.
Паровая винтовая машина содержит корпус высокого давления (КВД) с впускным патрубком для подачи пара высокого давления, корпус низкого давления (КНД) с выпускным патрубком для отвода отработавшего пара низкого давления, ведущий и ведомый роторы, параллельно установленные на попарно размещенных в КВД и КНД опорных подшипниках, связанные между собой при помощи синхронизирующих шестерен, имеющие в своей средней части винтовые зубья, находящиеся в зацеплении, и снабженные парными торцовыми уплотнениями и размещенными в КВД разгрузочными поршнями. Торцы поршней, обращенные к винтовым зубьям, сообщены с впускным патрубком, а противоположные торцы - с выпускным патрубком. Согласно изобретению в КВД и КНД между опорными подшипниками и торцовыми уплотнениями дополнительно установлены разделительные диафрагмы с образованием с роторами зазоров и с торцовыми уплотнениями полостей, сообщенных с атмосферой при помощи сливных патрубков.
Указанная задача решается также тем, что по краям внутренней цилиндрической поверхности каждой разделительной диафрагмы могут быть выполнены две противоположно направленные маслоотгонная и водоотгонная резьбы, разделенные цилиндрическим пояском.
Указанная задача решается также тем, что на роторах под каждой разделительной диафрагмой могут быть выполнены две противоположно направленные маслоотгонная и водоотгонная резьбы, разделенные цилиндрическим пояском.
Указанная задача решается также тем, что каждое торцовое уплотнение может быть образовано установленным в КВД или КНД корпусным элементом с расположенными в нем с двух сторон подпружиненными аксиально подвижными элементами с уплотнительными кольцами и закрепленной на роторе гильзой с уплотнительными кольцами, размещенными между кольцами аксиально подвижных элементов и контактирующими с ними, и снабжено каналом входа воды и каналом выхода воды.
Конструкция предлагаемой паровой винтовой машины представлена на фиг.1, 2, 3, 4, где:
на фиг.1 изображен разрез по вертикальной плоскости, проходящей через ось ведущего ротора;
на фиг.2 изображен разрез по горизонтальной плоскости разъема, проходящей через оси обоих роторов;
на фиг.3 изображена конструкция разделительной диафрагмы;
на фиг.4 изображен узел ПВМ, включающий торцовое уплотнение и разделительную диафрагму.
Предлагаемая паровая винтовая машина (фиг.1, 2) содержит КВД 1 с впускным патрубком 2 для подачи пара высокого давления, корпус низкого давления (КНД) 3 с выпускным патрубком 4 для отвода отработавшего пара низкого давления, ведущий и ведомый роторы 5,6. Роторы 5,6 параллельно установлены на попарно размещенных в КВД 1 и КНД 3 опорных подшипниках 7, имеют также упорные подшипники 8, воспринимающие осевую нагрузку на роторы 5,6, и связаны между собой при помощи синхронизирующих шестерен 9. В своей средней части роторы 5,6 имеют винтовые зубья 10, находящиеся в зацеплении. Кроме того, роторы 5,6 снабжены парными двойными торцовыми уплотнениями 11 и размещенными в КВД 1 разгрузочными поршнями 12.
Торцы поршней 12, обращенные к винтовым зубьям 10, сообщены с впускным патрубком 2, а противоположные торцы - с выпускным патрубком 4 при помощи канала 13. Наличие поршней 12 на роторах 5, 6 позволяет значительно уменьшить осевые усилия на упорные подшипники 8.
В вертикальной плоскости разъема КВД 1 и КНД 3 установлено центрирующее днище 14, сопрягающееся с КВД 1 и КНД 3. В днище 14 выполнены отверстия 15 для роторов 5,6 и впускное окно 16 для подачи пара высокого давления из впускного патрубка 2 к винтовым зубьям 10 роторов 5,6. Наличие центрирующего днища 14 обеспечивает при сборке машины абсолютно точную центровку (соосность) расточек КВД 1 и КНД 3.
В результате качество сборки машины повышается, а следовательно, улучшаются показатели ее эффективности и надежности. КВД 1, КНД 3 и днище 14 имеют общую горизонтальную плоскость 17 разъема, проходящую через оси обоих роторов 5,6. Наличие общей горизонтальной плоскости 17 разъема позволяет при сборке контролировать зазоры между роторами 5,6, что облегчает процесс сборки и улучшает тем самым ремонтопригодность машины.
В КВД 1 и КНД 3 между опорными подшипниками 7 и торцовыми уплотнениями 11 дополнительно установлены разделительные диафрагмы 18 (фиг.3) с образованием с роторами 5,6 небольших радиальных зазоров, (например, 0,1 мм) и с торцовыми уплотнениями 11 полостей 19, сообщенных с атмосферой при помощи сливных патрубков 20. Полости 21 на другом конце уплотнений 11 сообщены с выпускным патрубком 4 либо непосредственно (для уплотнений 11, находящихся в КНД 3), либо с помощью канала 13 (для уплотнений 11, находящихся в КВД 1).
По краям внутренней цилиндрической поверхности каждой разделительной диафрагмы 18 могут быть выполнены две противоположно направленные маслоотгонная и водоотгонная резьбы 22 и 23, разделенные цилиндрическим пояском 24. В другом варианте на роторах 5,6 под каждой разделительной диафрагмой 18 могут быть выполнены две противоположно направленные маслоотгонная и водоотгонная резьбы, разделенные цилиндрическим пояском (не показаны). В этом случае внутренняя цилиндрическая поверхность диафрагмы 18 является гладкой.
Каждое торцовое уплотнение 11 (фиг.4) может быть образовано установленным в КВД 1 или КНД 3 корпусным элементом 25 с расположенными в нем с двух сторон подпружиненными аксиально подвижными элементами 26,27 с уплотнительными кольцами 28,29 и закрепленной на роторе 5 или 6 гильзой 30 с уплотнительными кольцами 31,32, размещенными между кольцами 28,29 аксиально подвижных элементов 26,27 и контактирующими с ними, и снабжено каналом 33 входа воды и каналом 34 выхода воды. Пружины 35 обеспечивают предварительное поджатие уплотнительных колец 28 и 31, а пружины 36 обеспечивают поджатие колец 29 и 32. Гильза 30 крепится к ротору 5 или 6 при помощи крепежного кольца 37. Уплотнительные кольца 28,29,31,32 выполнены из износостойкого материала, например из карбида кремния.
Описываемая машина работает следующим образом.
Пар высокого давления через впускной патрубок 2 и впускное окно 16 поступает к винтовым зубьям 10 роторов 5,6 и расширяется между ними, совершая механическую работу. Выходная мощность машины передается внешнему потребителю, например электрогенератору, через выводной конец ведущего ротора 5. Отработанный пар низкого давления удаляется из машины через выпускной патрубок 4. При поступлении пара высокого давления к винтовым зубьям 10 на их торцах возникает осевое усилие, действующее на каждый ротор 5, 6 в сторону КНД 1.
Пар высокого давления воздействует также на разгрузочные поршни 12 с усилием, направленным в сторону КВД 1. В результате суммарные осевые усилия на роторы 5, 6, воспринимаемые упорными подшипниками 8, уменьшаются, что благоприятно с точки зрения повышения ресурса машины. При работе машины внутрь торцовых уплотнений 11 через канал 33 под давлением подается вода, являющаяся затворной жидкостью. Эта вода находится под давлением, превышающим давление пара в полости 21, а следовательно, в выпускном патрубке 4. Вода охлаждает уплотнения 11 и сливается через канал 34. Малая часть воды, просачивающаяся через уплотнительные кольца 28 и 31 в полость 21, попадает в пар и испаряется. Другая малая часть воды, просачивающаяся через уплотнительные кольца 29 и 32 в полость 19, сливается в дренаж через сливной патрубок 20.
Однако часть воды в виде пленки распространяется по поверхности ротора 5 или 6 по направлению к разделительной диафрагме 18. В радиальном зазоре между вращающимся ротором 5 или 6 и диафрагмой 18 водоотгонная резьба 23 останавливает движение водяной пленки. Аналогичным образом на другом торце диафрагмы 18 маслоотгонная резьба 22 останавливает движение масляной пленки, движущейся по поверхности ротора 5 или 6 от подшипника 7 к диафрагме 18.
Таким образом, предотвращается соприкосновение и смешивание воды и масла в машине, что существенно улучшает эксплуатационные свойства ПВМ.