Маслоприёмник поворотно-лопастной гидротурбины

Полезная модель относится к области энергомашиностроения, конкретно, гидротурбостроения, в частности к маслоприемнику поворотно-лопастной гидротурбины.
Для подвода масла к сервомотору рабочего колеса поворотно-лопастной гидротурбины используют маслоприемники, расположенные в верхней части гидроагрегата над генератором, и связанные с сервомотором рабочего колеса посредством вращающихся вместе с ротором штанг, расположенных внутри вала гидроагрегата. Штанги представляют собой длинные трубы, одна из которых большего диаметра, в которые вставлены трубы меньшего диаметра, образующие в совокупности две полости, по которым подается масло под давлением от штанг маслоприемника к сервомотору рабочего колеса. Штанги установлены в корпусе маслоприемника во втулках. Между опорными поверхностями втулок и штангой маслоприемника присутствует радиальный зазор, через который при работе происходит переток масла между полостями штанг. Радиальный зазор обеспечивает протекание турбинного масла через втулки, обеспечивая их смазку и отвод тепла, выделяющегося вследствие контактных нагрузок штанги маслоприемника об опорные поверхности втулок маслоприемника. Штанга маслоприемника должна вращаться в одной оси с валом гидротурбины соосно со втулками маслоприемника. Конструктивные особенности маслоприемника таковы, что штанга маслоприемника вращается концентрично, и вследствие этого увеличивается радиальный зазор, и, соответственно увеличиваются протечки масла, приводящие к его повышенному расходу. Конструкция маслоприемника должна обладать требуемой эксплуатационной надежностью для обеспечения установленного нормативного межремонтного периода.
Известно изобретение «Маслоприемник гидромашины» (Авторское свидетельство СССР №1737147; F03B 11/00; дата публикации 30.05.1992 г.).
Согласно изобретению, маслоприемник содержит основание, корпус с закрепленными в нем направляющими втулками с цилиндрической внутренней поверхностью и размещенную во втулках цилиндрическую головку распределительной штанги, жестко соединенную со штангой, размещенной во внутренней полости вала. Головка распределительной штанги выполнена с постоянным наружным диаметром, а направляющие втулки выполнены с одинаковым внутренним диаметром.
Радиальные зазоры между опорными поверхностями втулок и распределительной штангой при такой конструкции должны обеспечивать отсутствие касания штанги о втулки при смещении штанги, расположенной во внутренней полости вала при работе гидромашины. Это обеспечивается увеличенными радиальными зазорами между втулками и распределительной штангой маслоприемника.
Недостатком данного решения является то, что увеличенные протечки масла приводят к необходимости более интенсивной его подачи в маслоприемник от системы регулирования и повышенному расходу масла, а конструктивное уменьшение зазоров при такой схеме работы, снижает надежность и ресурс работы втулок. Недостаточное центрирование распределительной штанги со штангой, размещенной во внутренней полости вала, приводит к износу втулок и снижению эксплуатационной надежности работы маслоприемника за счет неравномерных зазоров и возможного касания распределительной штанги за втулки маслоприемника.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому техническому решению по совокупности существенных признаков и выбранным в качестве прототипа, является изобретение «Маслоприемник гидротурбины с поворотными лопастями» (патент РФ №2107833; F03B3/14; дата публикации 27.03.1998 г. ). Согласно изобретению, маслоприемник гидротурбины с поворотными лопастями содержит корпус, шток (штангу) маслоприемника с внутренней полостью, установленный с радиальным зазором во втулках, жестко закрепленных в корпусе маслоприемника и штангу гидротурбины с внутренней полостью. Штанги соединены между собой фланцевым соединением. Между полостями корпуса установлена втулка. Радиальный зазор между корпусом и втулкой уплотнен эластичным уплотнением, позволяющим перемещаться втулке в радиальном направлении. Такая конструкция позволяет втулкам маслоприемника перемещаться в пределах зазора между ними и корпусом маслоприемника, отслеживая положение штока маслоприемника, жестко соединенного со штангой гидротурбины.
Недостатками данного решения является то, что эксцентричное вращение штанги маслоприемника с ее смещением относительно оси турбины (оси вращения вала) приводит к износу втулок маслоприемника и его вибрации. Эластичное уплотнение не исключает постоянного контакта поверхности штока маслоприемника с поверхностью втулок, что приводит к их износу в процессе работы и увеличению зазоров между поверхностями втулок и штока, что как следствие приводит к увеличению протечек масла. Указанные недостатки снижают эксплуатационную надежность работы маслоприемника и влияют на межремонтный период его работы.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в повышении эксплуатационной надежности и увеличении межремонтного периода работы маслоприемника.
Для достижения указанного выше технического результата маслоприемник поворотно-лопастной гидротурбины содержит корпус, штангу маслоприемника с внутренней полостью, установленную с радиальным зазором во втулках, жестко закрепленных в корпусе маслоприемника и штангу гидротурбины с внутренней полостью. Штанги соединены между собой фланцевым соединением.
При этом, согласно заявляемой полезной модели, внутренняя полость штанги маслоприемника соединена с внутренней полостью штанги гидротурбины компенсационным патрубком, установленным одним концом в расточку, выполненную во внутренней полости штанги маслоприемника, а другим концом в расточку, выполненную во внутренней полости штанги гидротурбины со стороны ее верхнего торца. Компенсационный патрубок снабжен с обоих концов профильными проточками, в которых размещены уплотнительные элементы.
Установка компенсационного патрубка, соединяющего внутреннюю полость штанги маслоприемника с внутренней полостью штанги гидротурбины, вращающейся концентрично оси гидротурбины, позволяет снизить нагрузки, воспринимаемые втулками маслоприемника для снижения их износа за счет более точного и оптимального центрирования штанги маслоприемника относительно оси вращения гидротурбины, а также компенсировать радиальное биение (вибрацию) штанг и радиальные смещения штанг. Таким образом, установка компенсационного патрубка позволяет уменьшить радиальные зазоры между опорными поверхностями втулок и штангой маслоприемника, и, тем самым, уменьшить протечки и снизить интенсивность подачи масла на смазку втулок маслоприемника, в целом снизить расход масла, необходимого для работы маслоприемника в штатном режиме, повысить надежность и ресурс работы втулок и штанги маслоприемника. Соответственно повышается эксплуатационная надежность работы маслоприемника и увеличивается межремонтный период его работы.
Размещение уплотнительных элементов в профильных проточках обоих концов компенсационного патрубка обеспечивает уменьшение зазоров и надежное уплотнение полостей штанг маслоприемника и гидротурбины от перетечек масла между ними, что повышает эксплуатационную надежность работы маслоприемника.
Представленные графические материалы содержат пример конкретного выполнения маслоприемника поворотно-лопастной гидротурбины.
На фиг. 1 представлен разрез маслоприемника поворотно-лопастной гидротурбины; на фиг. 2 - вид А компенсационного патрубка, установленного между штангой маслоприемника и штангой гидротурбины; на фиг. 3 - компенсационный патрубок с уплотнительными элементами.
Маслоприемник поворотно-лопастной гидротурбины содержит корпус 1, штангу маслоприемника 2 с внутренней полостью 3, установленную с радиальным зазором во втулках 4, жестко закрепленных в корпусе 1 маслоприемника и штангу гидротурбины 5 с внутренней полостью 6. Штанга маслоприемника 2 и штанга гидротурбины 5 соединены между собой фланцевым соединением 7 посредством крепежных элементов, например, болтов 8. Штанга гидротурбины 5 расположена внутри вала 9 гидротурбины. Втулки 4 выполняют функцию подшипников скольжения и уплотнительных элементов (щелевых уплотнений), разделяющих наружную 10 и внутреннюю 3 полости штанг 2 и 5.
Внутренняя полость 3 штанги маслоприемника 2 соединена с внутренней полостью 6 штанги гидротурбины 5 компенсационным патрубком 11, установленным одним концом в расточку 12, выполненную во внутренней полости 3 штанги маслоприемника 2, а другим концом в расточку 13, выполненную во внутренней полости 6 штанги гидротурбины 5 со стороны ее верхнего торца. Компенсационный патрубок 11 снабжен с обоих концов профильными проточками 14, в которых размещены уплотнительные элементы 15. Геометрические характеристики профильных проточек 14 определяются геометрией уплотнительных элементов 15. В качестве уплотнительных элементов 15 применяются уплотнительные кольца, например, стандартные уплотнительные кольца фирмы simrit. Размеры компенсационного патрубка 11 выбираются, исходя из его пропускной способности, в зависимости от давления рабочей жидкости и скорости ее протекания через минимальное сечение образованных компенсационным патрубком 11 полостей. Уплотнительные элементы 15 размещены также во фланцевом соединении 7 для обеспечения его герметичности.
Предлагаемая конструкция собирается следующим образом.
Маслоприемник поворотно-лопастной гидротурбины устанавливается корпусом 1 на неподвижную часть генератора (на фиг. не показан). Штанга маслоприемника 2 крепится к штанге гидротурбины 5 при помощи болтов 8. Компенсационный патрубок 11 устанавливается одним концом в расточку 12, выполненную во внутренней полости 3 штанги маслоприемника 2, а другим концом в расточку 13, выполненную во внутренней полости 6 штанги гидротурбины 5 со стороны ее верхнего торца. Компенсационный патрубок 11 позволяет произвести центровку штанги маслоприемника 2 относительно оси вращения гидротурбины (совмещение геометрической оси штанги маслоприемника 2 и оси вращения вала 9 гидротурбины). После выполнения центровки штанги маслоприемника 2 ее положение фиксируется установкой болтов 8 и штифтов 16.
Предлагаемая конструкция работает следующим образом.
При работе гидротурбины штанга гидротурбины 5 совершает вращательные или вращательно-поступательные движения в зависимости от конструкции рабочего колеса (на фиг. не показано). Положение геометрической оси штанги гидротурбины 5 при этом не совпадает с осью вращения вала 9 гидротурбины, из-за чего вращение верхнего торца штанги гидротурбины 5 получается концентричным. Компенсацию радиальных биений (вибраций) и радиальные смещения (несоосности) штанг 2 и 5, возникающих при работе гидротурбины, обеспечивает компенсационный патрубок 11. Тем самым, снижается радиальная нагрузка на втулки 4 маслоприемника, что увеличивает эксплуатационную надежность работы и межремонтный период работы маслоприемника.