ПАРОВАЯ ВИНТОВАЯ МАШИНА

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к паровым расширительным машинам объемного вытеснения, а именно к паровым винтовым машинам, предназначенным для преобразования энергии пара в механическую энергию.
Известен пароводяной детандер, содержащий корпус с впускным и выпускным патрубками, в корпусе детандера размещены основной паровой объем с расположенными в нем ведущим и ведомым винтами, паровой объем цилиндра с поршнем для осевой разгрузки ведущего винта, пояса разгрузки опор роторов от радиальных усилий, передний масляный объем и задний масляный объем, причем передний масляный объем содержит передние подшипниковые опоры обоих винтов и выходной редуктор, задний масляный объем содержит задние подшипниковые опоры винтов и расположенные на валах винтов синхронизирующие шестерни, паровые и масляные объемы разделены между собой при помощи уплотнений, уплотнения выполнены в виде связанных с корпусом и установленных на валах винтов наборов из уплотнительных колец (патент РФ №2076246, публикация 1997 г).
Известна паровая винтовая машина, содержащая корпус, в котором расположены находящиеся в зацеплении ведущий и ведомый винты, установленные в подшипниковых узлах, впускной и выпускной патрубки, цилиндр для компенсации осевых усилий, средства разгрузки опор от радиальных усилий, а также выходная и синхронизирующая передачи и система смазки подшипниковых узлов и упомянутых передач, при этом
посредством выходной передачи ведущий винт связан с выходным валом, посредством синхронизирующей передачи ведущий и ведомый винты связаны между собой, подвижная деталь цилиндра для компенсации осевых усилий связана с валом ведущего винта, выходная и синхронизирующая передачи расположены по разные стороны от упомянутых винтов, впускной патрубок и цилиндр сообщены с источником пара. Паровая машина снабжена разделителями пара и масла, установленными на валах между винтами и подшипниковыми узлами, и снабженными элементами отвода пара и/или масла, причем каждый разделитель пара и масла выполнен в виде противоположно расположенных уплотнительных колец, между кольцами расположены элементы отвода пара и/или масла (патент РФ №2168023, публикация 2001 г).
Недостатком известных устройств является сложность конструкции поясов разгрузки, обеспечивающих радиальную разгрузку сил, действующих на опоры роторов, а также ненадежность разделения паровых полостей с высоким и низким давлением пара выступами и дросселирующими каналами. Между тем, обеспечение необходимого гарантированного перепада давлений в полостях является основным условием, определяющим моторесурс опорных узлов машины.
В известных устройствах для уплотнения водяного пара и предотвращения его попадания в масляную систему используются стандартные радиально-щелевые уплотнения по каскадной схеме с промежуточным отбором из полости после 1-го каскада уплотнений, соединенной с выпускным патрубком, и выходом пара из дренажной полости после 2-го каскада, соединенной с атмосферой. Такие устройства обычно применяются в воздушных машинах, где не требуется осевая герметичность вдоль вращающихся валов по радиально-кольцевой щели. Расположение в дренажной полости дополнительного устройства,
состоящего из диафрагмы с винтовыми канавками, не повышает герметичность уплотняющего устройства, так как канавки не могут обеспечить подсос воздуха из атмосферы через канал и создать необходимый напор, ввиду большого гидравлического сопротивления системы. Кроме того, соединение полости отбора пара с выходным патрубком и, вследствие этого, высокое противодавление в полости, значительно снижает эффективность промежуточного отбора.
Задачей создания предлагаемой полезной модели является повышение эффективности уплотнительного устройства паровой винтовой машины, содержащей радиально-щелевые уплотнения по каскадной схеме с промежуточным отбором пара в коллекторную систему низкого давления и из дренажной полости в атмосферу.
Указанная цель достигается путем создания дополнительного сопротивления на пути протечек вдоль вращающихся валов напрямую по радиальной кольцевой щели. При этом в коллекторе отбора пара устанавливается низкое давление близкое к атмосферному и превышающее его на величину сопротивления в коллекторной системе.
Кроме того, для получения высоких энергетических показателей при эксплуатации паровой машины необходимо не только точное выставление при сборке требуемых зазоров между торцами винтов и корпусом машины на стороне высокого давления, но и создание возможности оперативного контроля и регулирования величины торцевых зазоров. Они могут существенно изменяться как в сторону уменьшения, например, при недостаточной чистоте пара и снижении эффективности работы фильтра, и, вследствие чего, налипания инородных частиц на торцы винтов, что может привести к задиру, так и в сторону увеличения, например, в случае изменения осевого зазора в радиально-упорном подшипнике при выработке моторесурса.
Таким образом, еще одной задачей создания полезной модели является повышение надежности работы паровой винтовой машины и снижение затрат при ее эксплуатации путем обеспечения возможности контроля и регулирования торцевых зазоров и замены выработавших моторесурс радиально-упорных подшипников без разборки машины и съема верхних корпусов.
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в следующем.
Паровая машина содержит корпус с впускным и выпускным патрубками. В корпусе расположены ведущий и ведомый винты, валы которых установлены в подшипниковых опорах, выходная передача и синхронизирующая передача, цилиндр для компенсации осевых усилий, система смазки подшипниковых узлов и упомянутых передач. Выходная и синхронизирующая передачи расположены по разные стороны от винтов, впускной патрубок сообщен с источником пара высокого давления, а между подшипниковыми узлами и винтами на валах расположены разделители пара и масла, содержащие уплотнительные кольца, между которыми образованы промежуточные полости для отвода пара. Уплотнительные кольца разделителей пара и масла размещены в цилиндрических обоймах и установлены на втулках, закрепленных на валах винтов, при этом на каждой втулке выполнен наружный кольцевой бурт, входящий в одну из промежуточных полостей между кольцами. На внешней цилиндрической стороне поверхности обоймы выполнен кольцевой выступ, входящий в ответный кольцевой паз, образованный в корпусе машины.
В части корпуса машины, примыкающей к впускному патрубку в зоне расположения торцов винтов, выполнены сквозные отверстия для замера величины зазоров, образованных между торцами винтов и корпусом машины, а на верхнем участке корпуса машины на стороне высокого давления в зоне расположения радиально-упорных подшипников
установлена съемная крышка для обеспечения возможности регулирования величины осевых зазоров.
Заявляемая полезная модель представлена на чертежах, где на фиг.1 изображен общий вид паровой винтовой машины со снятым верхним корпусом; на фиг.2 - сечение АА на фиг.1, повернуто; на фиг.3 - узел разделителей пара и масла между подшипниковыми узлами и винтами на стороне высокого давления машины, вертикальный разрез; на фиг.4 - узел Б на фиг.3.
Паровая винтовая машина содержит корпус 1, в камере высокого давления 2 которого расположены находящиеся в зацеплении ведущий 3 и ведомый 4 винты, валы 5 и 6 которых установлены в опорных подшипниках скольжения 7 и радиально-упорных подшипниках 8. Винты связаны между собой синхронизирующей передачей 9, шестерни которой установлены на валах 5 и 6 с одной стороны винтов 3 и 4. С другой стороны винтов расположена выходная передача - встроенный редуктор 10.
Корпус 1 машины содержит впускной 11 и выпускной 12 патрубки. Впускной патрубок 11 сообщен с камерой высокого давления 2 и с источником пара (не показан). Смазку подшипниковых узлов, а также синхронизирующей передачи 9 и шестерен редуктора 10 обеспечивает встроенный масляный насос 13 с приводом от выходного вала.
Радиальные силы, действующие на винты, воспринимаются опорными подшипниками скольжения 7. Осевые усилия, возникающие на винтах 3 и 4, воспринимаются радиально-упорными подшипниками качения 8. В корпусе машины расположен цилиндр 14, в котором установлен поршень 15, связанный с валом 5 ведущего винта 3. Полости цилиндра 14 сообщены с источниками пара высокого и низкого давления.
На валах 5 и 6 винтов 3 и 4 между подшипниковыми узлами и винтами расположены разделители пара и масла. Они содержат
уплотнительные кольца 16, которые размещены в цилиндрических обоймах 17 и сжаты вдоль оси пружинами 18. Уплотнительные кольца 16 установлены на втулках 19, закрепленных на валах 5 и 6. Уплотнительные кольца образуют два каскада уплотнений, между которыми расположены промежуточные полости 20 для отвода пара в коллектор низкого давления и дренажные полости 21, связанные непосредственно с атмосферой.
На каждой втулке 19 выполнен наружный кольцевой бурт 22, входящий в каждую промежуточную полость 20 между кольцами.
На внешней цилиндрической поверхности обоймы 17 выполнен кольцевой выступ 23, входящий в ответный кольцевой паз 24, выполненный в корпусе 1 машины. По обе стороны выступа 23 в пазу 24 установлены регулировочные кольца 25, 26.
В корпусе 1 машины на стороне, примыкающей к впускному патрубку 11, выполнены сквозные отверстия 27 для возможности доступа в зазоры «б» между торцами обоих винтов и корпуса машины для их контроля и регулирования.
На участке корпуса машины на стороне высокого давления в зоне расположения радиально-упорных подшипников 8 установлена съемная крышка 28, обеспечивающая доступ к регулирующим кольцам 29.
Работа паровой машины осуществляется следующим образом. Пар под высоким давлением поступает во впускной патрубок 11 и приводит во вращение винты 3 и 4. Отработанный пар выходит через выпускной патрубок 12 под давлением, превышающим атмосферное. Одновременно пар под высоким давление поступает в цилиндр 14 и воздействуя на поршень 15, связанный с валом 5 ведущего винта 3, формирует усилие, противодействующее осевым усилиям, возникающим на винтах 3 и 4.
Для предотвращения протечек пара в зону работы подшипниковых узлов, между подшипниковыми узлами 7 и винтами 3 и 4 расположены разделители пара и масла, содержащие уплотнительные кольца 16.
По мере износа уплотнительных колец в процессе работы, протечки по кольцевому зазору между ними и втулкой 19 возрастают, что ведет к повышению давления в коллекторной системе промежуточного отбора пара и в промежуточной полости 20 после 1-го каскада уплотнений, и к увеличению протечек по кольцевому зазору вдоль вращающихся валов прямо в дренажную полость 21, сообщенную с атмосферой, и, как следствие, может привести к попаданию пара в масляную систему.
Для создания дополнительного сопротивления между полостями на втулке 19 выполнен кольцевой бурт 22, входящий в промежуточную полость 20 и препятствующий протечек пара напрямую вдоль вращающихся валов по кольцевой щели в дренажную полость. Это позволит снизить перетечки пара и снизить давление в дренажной полости, соединенной с атмосферой, и предотвратить протечки пара в масляную полость.
Необходимый монтажный зазор «а» между торцами бурта 22 и уплотнительного кольца обеспечивается регулировочными разрезными кольцами 25, 26, расположенными по обе стороны выступа 23 в кольцевом пазу 24.
Так как в процессе эксплуатации паровой машины существует вероятность изменения торцевого зазора «б» между торцами винтов и корпусом на стороне высокого давления, то возникает необходимость обеспечения возможности контрольных замеров и одновременно возможность выставки требуемого торцевого зазора, и, при необходимости, замены радиально-упорных подшипников 8, выработавших свой моторесурс, без разборки машины со съемом верхних корпусов.
Для этого в корпусе машины на стороне, примыкающей к впускному патрубку, выполнены сквозные отверстия 27, через которые обеспечивается доступ к зазорам «б».
Для возможности регулирования зазоров «б» в конструкции предусмотрена технологическая съемная крышка 28, которая обеспечивает прямой доступ к регулировочным разъемным кольцам 29. Регулирование зазоров производится путем изменения толщины колец 29.
При замене радиально-упорных подшипников 8 используются штатные стаканы 30. Съем подшипников осуществляется отжимными винтами, при этом предварительно для подшипника ведомого винта отдается только крепеж, а для подшипника ведущего винта отсоединяется шлицевой валик 31 и снимается шлицевая втулка 32. Установка подшипников производится в обратном порядке. Выставка торцевых зазоров «б» осуществляется с использование отверстий 27 в той же последовательности, что и при штатной сборке.
Предлагаемая полезная модель может быть использована в энергетических установках.