ШАРНИРНЫЙ УЗЕЛ МЕХАНИЗМА ПОВОРОТА ЛОПАСТЕЙ ГИДРОМАШИНЫ Российский патент 1996 года по МПК F03B3/06 

Изобретение относится к области гидравлических машин и двигателей, которые содержат регулируемые лопасти и предназначены для работы в водной среде. При этом объектом изобретения является шарнирный узел механизма поворота гидромашин, преимущественно гидротурбин и гидронасосов или обратимых гидромашин большой мощности, в которых механизмы поворота лопастей должны обеспечивать передачу больших усилий с высокой точностью кинематики.

Широко известны шарнирные узлы механизмов поворота лопастей гидромашины, включающие рычажную или тяговую вилку с проушинами, серьгу или другое передаточное звено и палец для соединения вилки с серьгой. В таких известных узлах для механизмов поворота лопастей гидромашин соединение серьги с пальцем выполнено в виде подшипника скольжения с антифрикционным слоем в виде втулки или покрытия в отверстии серьги, а палец установлен своими концами в отверстиях проушин по неподвижной посадке, в частности прессовой, и в некоторых механизмах еще дополнительно зафиксирован шпонкой [1] Механизмы с такими шарнирными узлами показали себя надежными и долговечными при работе в масляной ванне, в которую традиционно помещали механизмы поворота лопастей гидромашин.

Однако современные экологические проблемы привели к потребности создания гидромашин, механизмы которых не загрязняли бы водную среду смазочными маслами. Решения, связанные с повышением степени герметизации, по отношению к механизмам поворота лопастей гидромашин не обеспечивают полного устранения утечек масла в водную среду. Поэтому наиболее радикальным направлением является создание механизмов поворота лопастей гидромашин, которые были бы способны работать без смазки.

Подобные механизмы поворота лопаток используются в направляющих аппаратах гидротурбин, в которых соединение серьги в виде накладки с пальцем выполнено с помощью антифрикционной водостойкой втулки из полимерного материала в отверстии серьги [2] В последних моделях гидротурбин вместо втулок стали использовать антифрикционные покрытия из водостойких материалов, в частности металлофторопластиков.

Такого типа шарнирный узел, содержащий вилку с проушинами, передаточное звено и палец, установленный концами в отверстиях проушин и связанный соединением типа подшипника скольжения с передаточным звеном, отверстие которого облицовано антифрикционным водостойким материалом, является ближайшим аналогом настоящего изобретения. Были созданы гидротурбины, в которых такой шарнирный узел был использован для механизма поворота рабочих лопастей ротора. Однако, как показали результаты эксплуатации, отверстия под пальцем в проушинах шарнирного узла этого механизма быстро разрушались. В результате теоретического и инструментального анализа было установлено, что эти разрушения были вызваны вихревой кавитацией, возникающей в зазоре между пальцем и отверстиями проушин в процессе работы в результате больших удельных нагрузок. Вместе с тем возможности увеличения натяга в подобном соединении ограничены монтажными условиями. Решение указанной проблемы явилось предметом настоящего изобретения
В основу изобретения поставлена задача создания такого шарнирного узла для механизма поворота лопастей гидромашины, в котором соединения деталей были бы выполнены таким образом, чтобы обеспечивалась высокая надежность и долговечность работы шарнирного узла с сохранением относительной простоты и технологичности в изготовлении.

Эта задача решена в шарнирном узле механизма поворота лопастей гидромашины, содержащем вилку с проушинами, передаточное звено и палец, установленный своими концами в отверстиях проушин, в котором в соответствии с сущностью настоящего изобретения соединения концов пальца с проушинами выполнено по типу подшипника скольжения с облицовкой отверстий проушин антифрикционным водостойким слоем, и при этом шарнирный узел оснащен средством для фиксации пальца в осевом направлении.

Благодаря такому решению в соединении пальца с проушинами создаются такие же условия работы, как и в создании пальца с передаточным звеном и кавитационные явления устраняются. Это подтверждено экспериментальными исследованиями. Предотвращение кавитационного разрушения шарнирного узла в соответствии с изобретением значительно увеличивает его долговечность и надежность в работе. При этом благодаря исключению использования посадки для неподвижного соединения пальца с проушинами существенно упрощается технологический процесс изготовления шарнирного узла.

На фиг. 1 показан шарнирный узел в продольном разрезе; фиг.2 механизм поворота лопастей турбины с шарнирным узлом по фиг.1.

Шарнирный узел, изображенный на фиг.1, предназначен для механизма поворота рабочих лопастей гидротурбины и состоит из вилки 1 с проушинами 2, серьги 3 и пальца 4. Соединения пальца 4 с проушинами 2 и серьгой 3 выполнены по типу подшипников скольжения. При этом палец 4 выполнен из нержавеющей стали, а отверстия под палец в проушинах и серьге облицованы покрытиями 5 и 6 из антифрикционного водостойкого материала, в частности типа металлфторопластов. Для осевой фиксации пальца 4 один из его концов выполнен с меньшим диаметром для упора образовавшимся кольцевым выступом в щеку одной из проушин 2. При этом на противоположной проушине закреплен упорный диск 7 для осевой фиксации пальца 4 в противоположном направлении.

На фиг. 2 показано место расположения описанного шарнирного узла в механизме поворота рабочих лопастей 8 гидротурбины. Как видно из фиг.2, вилка 1 является частью тяги 9, связанной с штоком 10 приводного сервомотора 11, а серьга 3 связана с пальцем 12 кольцевого рычага 13, скрепленного с рабочей лопастью 8.

В лабораторных условиях были проведены экспериментальные исследования работы описанного механизма в условиях естественной водной среды. В результате длительного цикла испытаний установлено, что характер происходящих изменений в соединениях пальца с проушинами и с серьгой не отличаются при любых интенсивностях нагрузок, а механизм с шарнирным узлом согласно изобретению функционирует надежно и обеспечивает точную передачу установочных движений.

Использование: в гидроэнергетике, в частности в машинах и двигателях с регулируемыми лопастями. Сущность изобретения: в шарнирный узел входят вилка (1) с проушинами (2), передаточное звено (3) и палец (4). Отверстия как в передаточном звене, так и в проушинах облицованы антифрикционными водостойкими слоями (6,5) и при этом соединения пальца (4) с проушинами (2) и передаточным звеном (3) образованы по типу подшипника скольжения. Фиксация пальца (4) в осевом направлении обеспечивается кольцевым уступом на пальце и крышкой (7). Такое исполнение шарнирного узла позволяет устранить кавитационные разрушения, которые возникают при неподвижной посадке пальца (4) в отверстиях проушин (2) во время работы механизма с шарнирным узлом в водной среде. 2 ил.

Шарнирный узел механизма поворота лопастей гидромашины, содержащий вилку с проушинами, передаточное звено и палец, установленный концами в отверстиях проушин и связанный соединением типа подшипника скольжения с передаточным звеном, отверстие которого облицовано антифрикционным водостойким материалом, отличающийся тем, что соединение концов пальца с проушинами выполнено как и его соединение с передаточным звеном по типу подшипника скольжения с облицовкой отверстий проушин антифрикционным водостойким слоем, при этом шарнирный узел оснащен средством для фиксации пальца в осевом направлении.