СИСТЕМА РАЗГРУЗКИ ДАВЛЕНИЯ В ПОДШИПНИКОВОМ УЗЛЕ РОТОРА ОСЕВОЙ ТУРБОМАШИНЫ

Область техники
Полезная модель относится к горному машиностроению, а именно к шахтным вентиляторным установкам главного проветривания, и может быть использована в системах разгрузки давления в подшипниковом узле ротора осевой турбомашины.
Предшествующий уровень техники
В качестве ближайшего аналога системы разгрузки давления в подшипниковом узле ротора осевой турбомашины выбраны технические решения, представленные в источниках [1] и [2]. В аналоге [1] представлена шахтная осевая турбомашина, в корпусе которой установлены обтекатель и ротор. Ротор осевой турбомашины представлен в виде вала с рабочим колесом, установленного в подшипниковых узлах, которые размещены в обтекателе.
В рабочем режиме турбомашины при вращении рабочего колеса возникают воздушные потоки, которые движутся в корпусе турбомашины, облегают обтекатель, и создают в зазоре между обтекателем и вращающимся рабочим колесом отрицательное давление, в результате чего в полости обтекателя возникает разреженная атмосфера. При вращении рабочего колеса подшипниковый узел нагревается и в его полости образуется паромасляная смесь, которая под действием разрежения в обтекателе и положительном давлении в полости подшипникового узла вытекает из подшипникового узла через его уплотнения наружу - в полость обтекателя.
Интенсивность процесса утечки смазки подшипника частично снижает наличие отдушины [2] сопряженной трубопроводом с подшипниковым узлом осевой турбомашины. Отдушина содержит корпус, в котором выполнены расширительная камера с фильтром, лыски (выходной канал), центральный (входной) канал. Центральный (входной) канал через трубопровод соединяет расширительную камеру с полостью подшипникового узла. Высокотемпературная паромасляная смесь под давлением через входной канал трубопровода поступает в расширительную камеру, где происходит частичный сброс давления в полости подшипникового узла. Часть паромасляной смеси частично задерживается фильтром и через лыски (выходные каналы) выводится наружу корпуса турбомашины в атмосферу, тем самым понижая избыточное высокое положительное давление в полости подшипникового узла.
Наличие в конструкции отдушины [2] частично решает проблему утечки смазочного материала через уплотнения наружу подшипникового узла, т.к. выходные каналы расширительной камеры сообщены с атмосферой.
Положительное давления атмосферы противодействует интенсивному выходу под давлением нагретой паромасляной смеси из выходного канала отдушины, что уменьшает интенсивность снижения давления на уплотнения в полости подшипникового узла и не устраняет утечку смазки в полость обтекателя.
Недостатками приведенной системы являются:
- высокие эксплуатационные затраты, связанные с повышенным расходом смазочного материала подшипников, из-за его утечки и разбрызгивания внутри турбомашины, а также поступление в атмосферу через отдушину паромасляной смеси;
- нагрев подшипников свыше допустимой температуры в результате уменьшения количества смазочного материала в них, что может привести к аварии по причине уменьшения величины натяга внутреннего кольца подшипника на валу турбомашины.
В основу полезной модели поставлена задача:
- устранить утечку смазочного материала из подшипникового узла;
- увеличить интенсивность охлаждения подшипников.
В результате решения данной задачи может быть получен технический результат, который заключается в устранении утечек смазочных материалов из подшипниковых узлов исключительно за счет использования воздушных потоков, которые возникают внутри турбомашины в процессе ее работы.
Достижение заявленного технического результата обеспечивает полезной модели потребительские свойства: повышение эксплуатационной надежности подшипников, снижение эксплуатационных затрат и уменьшение времени на обслуживание и ремонт.
Раскрытие полезной модели
Заявленный технический результат достигается за счет того, что в систему разгрузки давления в подшипниковом узле ротора осевой турбомашины, которая содержит, расширительную камеру (1) с входным (1.2) и выходным (1.3) каналами, сообщенную входным каналом (1.2) с полостью (4.2) корпуса (4.1) подшипникового узла (4), установленного внутри обтекателя (5) турбомашины, и выполненную с возможностью отвода тепла из полости (4.2) корпуса (4.1) подшипникового узла (4) в выходной канал (1.3), предлагается, дополнительно ввести эжектор (2),который устанавливается в турбомашине снаружи ее обтекателя (5), при этом расширительную камеру (1) выполнить сообщенной выходным каналом (1.3) с полостью эжектора (2) и установить между подшипниковым узлом (4) и эжектором (2).
Перечисленные выше признаки, отличные от прототипа, необходимы и достаточны во всех случаях, на которые распространяется объем правовой охраны полезной модели.
Кроме того предлагается:
- расширительную камеру (1) установить в полости (5.2) обтекателя (5) турбомашины;
- расширительную камеру (1) выполнить с радиаторами (1.1);
- выходной канал (1.3) расширительной камеры (1) выполнить оснащенным запорно-регулировочной арматурой (6);
2
1
1
1
1
1
1
- площадь поперечного сечения (S) расширительной камеры (1) определить зависимостью: 25S≤S2≤200S, где S - площадь поперечного сечения входного канала (1.2), а длину (L) расширительной камеры (1) определить зависимостью: 5d≤L≤20d, где d - диаметр входного канала (1.2);
- эжектор (2) выполнить в виде закрепленного на трубопроводе (2.6), в котором выполнен выходной канал (1.3), трубчатого элемента (2.1) с эжекторным каналом (2.3), при этом одну концевую часть трубопровода (2.6) с выпускным отверстием (2.2) разместить в полости эжекторного канала (2.3), который через выпускное отверстие (2.2) трубопровода (2.6) сообщается с выходным каналом (1.3), а другую концевую часть трубопровода (2.6) выполнить сопряженной с расширительной камерой (1);
- эжекторный канал (2.3) трубчатого элемента (2.1) выполнить конфузорным, а концевую часть трубопровода (2.6) с выпускным отверстием (2.2), выполнить в виде сопла (2.5) направленного в сторону сужения эжекторного канала (2.3);
- эжекторный канал (2.3) трубчатого элемента (2.1) выполнить конфузорно-диффузорным, а выпускное отверстие (2.2) выполнить в трубопроводе (2.6) перпендикулярно продольной оси эжекторного канала (2.3).
Техническое решение поясняется примером, выполнение которого не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения технического результата предложенной новой совокупностью существенных признаков.
Суть полезной модели поясняется чертежами, в которых:
- на фиг. 1 показан продольный разрез осевой турбомашины;
- на фиг. 2 показан увеличенный узел «А»;
- на фиг. 3 показан эжектор (2) с конфузорным эжекторным каналом (2.3);
- на фиг. 4 показан поперечный разрез В-В фиг. 3;
- на фиг. 5 показан эжектор (2) с конфузорно-диффузорным эжекторным каналом (2.3);
- на фиг. 6 показаны векторы распределения паромасляной смеси на потоки после введения в систему эжектора (2).
Краткое описание чертежей
1 - расширительная камера;
1.1 - радиатор;
1.2 - входной канал;
1.3 - выходной канал;
2 - эжектор;
2.1 - трубчатый элемент;
2.2 - выпускное отверстие;
2.3 - эжекторный канал;
2.4 - элемент крепления (трубчатого элемента);
2.5 - сопло;
2.6 - трубопровод;
3 - ротор;
3.1 - рабочее колесо;
3.2 - вал;
4 - подшипниковый узел;
4.1 - корпус;
4.2 - полость корпуса;
5 - обтекатель;
5.1 - корпус обтекателя;
5.2 - полость обтекателя;
5.3 - зазор между обтекателем и рабочим колесом;
6 - запорно-регулировочная арматура;
7 - корпус турбомашины;
8 - воздушный канал.
Предлагаемая система разгрузки давления в подшипниковом узле ротора осевой турбомашины показана на примере подшипникового узла (4) (фиг. 1), который подвержен интенсивному нагреву и потере смазочного материала. Вал (3.2) ротора (3) установлен в подшипниковом узле (4), который установлен внутри обтекателя (5). Обтекатель (5) установлен в корпусе (7) турбомашины. В воздушном канале (8), который образован обтекателем (5) и корпусом (7) турбомашины, рабочим колесом (3.1) создается скоростной воздушный поток . Между обтекателем (5), установленным стационарно внутри корпуса (7) турбомашины, и рабочим колесом (3.1) ротора (3), конструктивно установлен зазор (5.3) (фиг. 2). К подшипниковому узлу (4) присоединена система разгрузки давления в нем, которая содержит расширительную камеру (1) с входным (1.2) и выходным (1.3) каналами, выполненную с радиаторами (1.1) в виде металлических пластин, установленных на ее боковых стенках с целью увеличения площади теплообмена (фиг. 5). Входным каналом (1.3) расширительная камера (1) сообщена с полостью (4.2) корпуса (4.1) подшипникового узла (4), а выходным каналом (1.3), который снабжен запорно-регулировочной арматурой (6), с дополнительно введенным в систему эжектором (2) через трубопровод (2.6) (фиг. 2). Расширительная камера (1) установлена в разряженной атмосфере, в примере - внутри полости (5.2) обтекателя (5), а вся система разгрузки давления в подшипниковом узле (4) установлена внутри турбомашины (фиг. 1 и фиг. 2).
Для достижения максимального требуемого эффекта параметры расширительной камеры (1) предлагаются в пределах:
2
1
1
1
- площадь поперечного сечения (S) расширительной камеры (1): 25S≤S2≤200S, где S - площадь поперечного сечения входного канала (1.2);
1
1
1
- длина (L) расширительной камеры: 5d≤L≤20d, где d - диаметр входного канала (1.2).
В заявляемом техническом решении эжектор (2) представлен в 2-х исполнениях (фиг. 3, фиг. 4 и фиг. 5).
В исполнении трубчатого элемента (2.1) с конфузорным эжекторным каналом (2.3) (фиг. 3 и фиг. 4), широкая сторона которого установлена навстречу скоростному воздушному потоку .
В исполнении трубчатого элемента (2.1) с конфузорно-диффузорным эжекторным каналом (2.3) (фиг. 5), выпускное отверстие (2.2) сопла (2.5) выполнено на его боковой поверхности, например, сверху на границе (Y) перехода конфузорной части эжекторного канала (2.3) в диффузорную. Данное исполнение позволяет выполнить жесткое закрепление эжектора на корпусе (5.1) обтекателя (5), и при реверсивном режиме работы турбомашины скоростной воздушный поток  будет создавать эжекторный эффект на границе (Y) перехода конфузорной части эжекторного канала (2.3) в диффузорную.
Для любого исполнения эжектора (2) взаимное расположение сопла (2.5) и трубчатого элемента (2.1) достигается их фиксацией элементами крепления (2.4).
Запорно-регулировочная арматура (6) регулирует величину разрежения (отрицательного давления) в расширительной камере (1) (фиг. 2).
Промышленная применимость
В рабочем режиме осевой турбомашины часть скоростного воздушного потока  проходит через эжекторный канал (2.3) трубчатого элемента (2.1), при этом в зоне сопряжения выпускного отверстия (2.2) трубопровода (2.6) с полостью эжекторного канала (2.3) создается отрицательное давление, в результате чего возникает эжекторный эффект (фиг. 6). Эжекторный эффект позволяет увеличить интенсивность отвода тепла  из подшипникового узла (4) и вывода паромасляной смеси  в расширительную камеру (1) через входной канал (1.2), в результате чего выравнивается положительное давление в полости (4.2) корпуса (4.1) подшипникового узла (4) с отрицательным давлением разряженной атмосферы в полости (5.2) обтекателя (5), что устраняет потерю смазки  через уплотнения подшипникового узла (4) в полость (5.2) обтекателя (5).
Кроме того, благодаря наличию радиаторов (1.1) паромасляная смесь  в расширительной камере (1) наиболее эффективно охлаждается, и таким образом отводит тепло  из корпуса (4.1) подшипникового узла (4), а далее тепло  через зазор (5.3) попадает в воздушный канал (8) отрицательным давлением скоростного воздушного потока . Благодаря охлаждению на стенках расширительной камеры (1) происходит конденсация смазки , которая стекает через входной канал (1.2) в полость (4.2) корпуса (4.1) подшипникового узла (4), в результате чего устраняется потеря смазки  через выходной канал (1.3).
Достижение технического результата, который заключается в устранении утечек смазочных материалов из подшипниковых узлов исключительно за счет использования воздушных потоков, которые возникают внутри турбомашины в процессе ее работы, происходит путем выравнивания давлений в полости корпуса подшипникового узла и в полости обтекателя и увеличении интенсивности отвода тепла от расширительной камеры благодаря введенному в конструкцию эжектору.
Источники информации:
1. «Шахтные вентиляторные установки главного проветривания» Авторы: Бабак Г.А, Бочаров К.П., Волохов А.Т. и др. Москва, «Недра» 1982 ст. 86-95.
2. Авторское свидетельство СССР №1805261, бюл. №12 от 30.03.93.