ПАРОВАЯ ВИНТОВАЯ МАШИНА

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности, к паровым машинам объемного расширения, а именно, к пароводяным винтовым детандерам, предназначенным для преобразования энергии пара в механическую энергию.
Известна винтовая паровая машина [Патент РФ 2118460, опубл. 27.08. 1998], в корпусе которой имеется камера высокого давления с расположенными в ней ведущим и ведомым винтами, находящимися в зацеплении друг с другом, и связанными при помощи синхронизирующих шестерен. Винты закреплены на валах, установленных в опорах. Кроме того, внутри корпуса имеются камеры для циркуляции масла. Камера высокого давления сообщена с впускным патрубком, предназначенным для подачи водяного пара, и выпускным патрубкам. В одной камере для циркуляции масла размещены опоры одних концов валов обоих винтов и выходной редуктор, а в другой камере для циркуляции масла размещены опоры других концов валов и синхронизирующие шестерни. При этом камеры для циркуляции масла и камера высокого давления отделены друг от друга при помощи уплотнений, выполненных в виде колец, установленных группами на каждом валу с обоих концов с образованием между отдельными группами колец полости для отвода теплоносителя, сообщенной с выпускным патрубком и с дренажной полостью, связанной с атмосферой.
Машина снабжена средством разгрузки ведущего винта от осевых усилий, выполненным в виде поршня, установленного в цилиндре, полость которого сообщена с коллектором и, связанного с ведущим валом. Поршень приводится в движение паром или маслом. Машина также снабжена средством разгрузки опор валов от радиальных усилий, представляющим собой полости между каждым валом и корпусом. Полости расположены по разные стороны от вала и сообщены соответственно с патрубками.
В качестве прототипа выбрана паровая машина по патенту РФ 2374455 [Патент на изобретение РФ №2374455, опубл. 27.11.2009], содержащая корпус высокого давления с впускным патрубком для подачи пара высокого давления, корпус низкого давления с выпускным патрубком для отвода пара низкого давления, ведущий и ведомый винтовые роторы, параллельно установленные в попарно размещенных в корпусе высокого давления и корпусе низкого давления подшипниках. Винтовые роторы связаны между собой при помощи синхронизирующих шестерен с прямозубой нарезкой. Роторы находятся в зацеплении и каждый из них снабжен разгрузочными поршнями, размещенными в расточках корпуса высокого давления с образованием разгрузочных полостей, сообщенных с выпускным патрубком. Корпуса высокого и низкого давления соединены между собой при помощи центрирующего днища, расположенного по торцу высокого давления роторов. Выпускной патрубок расположен со стороны нижней части корпуса нижнего давления, а разгрузочные полости сообщены с выпускным патрубком посредством каналов, подсоединенных к разгрузочным полостям в их нижних точках. Основным недостатком прототипа является наличие разгрузочных поршней как для ведущего, так и для ведомого ротора. Это неоправданно увеличивает массо-габаритные показатели машины и снижает ее надежность и эффективность.
В основу полезной модели поставлена задача расширения арсенала средств и создание новой конструкции паровой винтовой машины с уменьшенными массо-габаритными показателями, а соответственно, повышенной надежности.
Поставленная задача решается тем, что паровая винтовая машина имеет в своем составе корпус высокого давления с впускным патрубком для подачи пара высокого давления, корпус низкого давления с выпускным патрубком для отвода пара низкого давления, параллельно установленные ведущий винтовой ротор и ведомый винтовой ротор, связанные между собой парой синхронизирующих цилиндрических косозубых шестерней. При этом роторы установлены в попарно размещенных в корпусе высокого давления и корпусе низкого давления опорных подшипниках и имеют упорные подшипники, размещенные в корпусе низкого давления. Ведущий винтовой ротор дополнительно снабжен разгрузочным поршнем, размещенным в расточке корпуса высокого давления с образованием разгрузочных полостей, сообщающихся с дренажной системой.
В предпочтительном варианте исполнения разгрузочный поршень представляет собой сборную конструкцию, состоящую из первой втулки, установленной на валу ведущего винтового ротора, и имеющей ступенчатую наружную поверхность, а также из второй втулки, охватывающей первую. На внутренней поверхности второй втулки запрессована кольцевая графитовая вставка, взаимодействующая с наружной поверхностью первой втулки.
Для того, чтобы лучше продемонстрировать отличительные особенности полезной модели, в качестве примера, не имеющего какого-либо ограничительного характера, ниже описан предпочтительный вариант реализации.
Пример реализации иллюстрируется Фигурами чертежей, на которых представлено: Фиг.1 - паровая винтовая машина - разрез по горизонтальному разъему, Фиг.2 - то же, продольный разрез по ведущему ротору, Фиг.3 - поперечное сечение А-А (см. Фиг.2)
Предлагаемая паровая винтовая машина содержит корпус высокого давления 1 с впускным патрубком 2 для подачи пара высокого давления, корпус низкого давления 3 с выпускным патрубком 4 для отвода пара низкого давления, ведущий винтовой ротор 5 и ведомый винтовой ротор 6. Роторы 5, 6 параллельно установлены в попарно размещенных в корпусе высокого давления и корпусе низкого давления опорных подшипниках 7, имеют также упорные подшипники 8. Роторы 5 и 6 связаны между собой при помощи синхронизирующих цилиндрических косозубых шестерен 9. Ведущий винтовой ротор 5 снабжен разгрузочным поршнем 10, размещенным в расточке 11 корпуса высокого давления 1 с образованием разгрузочных полостей 12. Выпускной патрубок 4 находиться в нижней части корпуса низкого давления 3, а разгрузочные полости 12 сообщены с дренажной системой.
Разгрузочный поршень 10 представляет собой сборную конструкцию, состоящую из первой втулки 13, установленной на валу ведущего винтового ротора 5, и имеющей ступенчатую наружную поверхность, а также из второй втулки 14, охватывающей первую. На внутренней поверхности второй втулки запрессована кольцевая графитовая вставка 15, взаимодействующая с наружной поверхностью первой втулки 13. Конденсат пара отводиться в конденсатную полость 16. На роторах 5, 6 также установлены радиальнощелевые уплотнения 17. Кроме того, корпус высокого давления 1 и корпус низкого давления 3 имеют общую горизонтальную плоскость 18 разъема, проходящую через оси обоих роторов 5,6.
Работа детандера осуществляется следующим образом.
Пар высокого давления подается во впускной патрубок 2 корпуса 1, поступает в паровую рабочую полость и воздействуя на роторы 5 и 6 приводит их во вращение, то есть совершает механическую работу. После расширения в паровой рабочей полости давление пара понижается, и отработанный пар поступает через выпускной патрубок 4 потребителю.
Продольное усилие, направленное по оси ведущего ротора, против усилия создаваемого поступающим паром, передается на ведомый ротор посредством синхронизирующих цилиндрических косозубых шестерен в Этого усилия достаточно для того, чтобы разгрузить ведомый ротор в осевом наиболее нагруженном направлении, что позволяет отказаться от применения разгрузочного поршня для ведомого винтового ротора
Наличие только одного разгрузочного поршня существенно снижает массо-габаритные характеристики машины, упрощает сборку и регулирование машины а, следовательно, повышаются показатели ее надежности и эффективности.
В процессе работы паровой винтовой машины вторая втулка с запрессованной кольцевой графитовой вставкой 15 остается неподвижной, при этом наружная ступенчатая поверхность первой втулки вырабатывает канавки на внутренней поверхности графитовой вставки. Это приводит к увеличению гидравлического сопротивления разгрузочного поршня, а, следовательно, к уменьшению паропроницаемости из рабочей полости, и повышению продольного усилия противодействия осевым нагрузкам.