МАСЛОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ПОВОРОТНО-ЛОПАСТНОЙ ГИДРОМАШИНЫ Российский патент 1997 года по МПК F03B11/00 

Изобретение относится к области гидромашиностроения и может быть использовано в поворотно-лопастных гидротурбинах.

Известно маслораспределительное устройство поворотно-лопастной гидромашины, содержащее маслоприемник, сервомотор рабочего колеса и установленные между ними внутри вала гидромашины штанги, выполненные не менее чем из двух коаксиальных, жестко соединенных между собой труб, наружная из которых снабжена опорой для опирания на вал. В качестве опор применяются подвижные соединения наружной штанги с валом гидромашины, выполненные следующим образом: к наружной трубе привариваются не менее трех радиальных опорных ребер в виде цилиндрических направляющих, скользящих по бронзовой втулке, установленной внутри вала (авт.свид. СССР N 1038535, кл. F 03 B 11/00, 1983).

Штанги, представляющие собой длинные и тонкие трубы, при вращении будут вибрировать. С целью обеспечения вибрационной надежности маслораспределительного устройства, содержащего внутри вала штанги, необходимо обеспечить опирание наружной штанги на вал. Для отстойки штанг от резонанса выполняется расчет критических частот вращения, из которого определяется число и местоположение опор по высоте наружной штанги на внутреннюю поверхность вала (Расчет на прочность деталей гидротурбин, А.Я.Аронсон, А.У.Бугов, В.М. Малышев и др. Под ред. В.М. Малышева. М. -Л. Машиностроение, 1965, с. 200-208).

В процессе эксплуатации маслораспределительных устройств поворотно-лопастных турбин с подвижными соединенными наружной штанги с валом гидромашины неоднократно отмечались случаи износа рабочих поверхностей бронзовых втулок и опорных ребер, приводящие к необходимости шлифовки штанг и замены втулок (Ковалев Н. Н. Гидротурбины Л. Машиностроение, 1971, с. 512). Износ может происходить несмотря на тщательность центровки штанг между собой и с осью вала, тщательность выверки соосности втулок и зазоров между втулками и штангами. Причиной износа может быть попадание абразивных частиц в маслораспределительное устройство. В процессе монтажа гидромашин в недостроенном здании ГЭС (что часто применяется для совмещения строительных и монтажных работ) избежать попадания абразивных частиц в малораспределительное устройство практически невозможно. Износ втулок и ребер штанг может вызвать такое увеличение зазора между опорой штанги и валом, при котором отсутствует опирание штанги на вал, следовательно, возможно снижение вибрационной надежности штанг.

Применение подвижных соединений между валом и штангами требует контроля качества масла маслораспределительного устройства и контроля зазоров как при монтаже, так и при эксплуатации, а также усовершенствования конструкции устройства с тем, чтобы наличие абразивных частиц в масле не влияло на износ втулок и опорных ребер.

В известном маслораспределительном устройстве поворотно-лопастной гидромашины опоры снабжены, по меньшей мере, тремя направляющими втулками, при этом с целью регулировки и контроля зазоров между опорой наружной штанги и валом гидромашины в опорах с втулками выполнены каналы, причем в каждой втулке не менее двух каналов, подключенных с одной стороны к кольцевому зазору и с другой стороны через трубки к полостям труб. При совместном вращении штанг с ротором гидромашины под действием сил инерции одна из втулок прижимается к внутренней поверхности вала, что приводит к росту давления масла под этой втулкой. В остальных контактных зонах зазоры соответственно увеличиваются и давление масла под ними падает, следовательно, обеспечивается центрирование штанги относительно вала за счет дополнительного расхода масла. Маслораспределительное устройство поворотно-лопастной гидромашины с опорами, имеющими регулировку зазором между опорными ребрами штанг и валом, требует дополнительного расхода масла через специально установленные трубки.

Другой недостаток известного устройства сложная конструкция, т.к. она требует выполнения специальных трубок для подвода дополнительного расхода масла из полостей штанг в полости втулок, а также выполнения специальных каналов во втулках опоры.

Задача настоящего изобретения создание устройства более простой конструкции, одновременно обеспечивающего стабильность контакта опоры наружной штанги с валом при нормальной работе гидромашины, а также снижение трудоемкости изготовления.

Эта задача решается в маслораспределительном устройстве поворотнолопасной гидромашины, содержащем маслоприемник, сервомотор рабочего колеса и установленные между ними внутри вала гидромашины штанги, выполненные не менее чем из двух коаксиальных, жестко соединенных между собой труб, наружная из которых снабжена опорой для опирания на вал, в котором в соответствии с сущностью изобретения центр тяжести опоры смещен относительно оси вращения вала, при этом величина зазора между опорой и валом выполнена меньше радиального прогиба наружной штанги в зоне опоры от центробежной силы при номинальной скорости вращения.

Опора с центром тяжести, смешенным относительно оси вращения, является дилансом, который при вращении под действием центробежной силы изгибает штангу и опирается на внутреннюю поверхность вала. Максимальная величина зазора между опорой и внутренней поверхностью вала выбрана меньше прогиба штанги от центробежной силы при номинальной скорости вращения в зоне опоры, при этом величина максимального прогиба ограничена допустимыми по прочности напряжениями штанг (Бигер И. А. и др. Расчет на прочность деталей машин. Справочник М. Машиностроение, 1979, с. 354-365). Масса опоры определяется из величины максимального радиального прогиба штанги по допустимым напряжениям при номинальной скорости вращения. При указанном выборе массы опоры и величины зазора между опорой и внутренней поверхностью вала наружная штанга гарантировано опирается на вал до выхода на номинальную скорость вращения ротора гидромашины. В соответствии с теорией устойчивости колебаний нелинейных систем после опирания наружной штанги на вал биения последней будут проходить с минимальной амплитудой при нормальной работе гидромашины, что приводит к обеспечению вибрационной надежности штанг (Хронин Д.В. Теория и расчет колебаний в двигателях летательных аппаратов. М. Машиностроение, 1970, с. 322).2 При использовании опоры наружной штанги с центром тяжести, смещенным относительно оси вращения, для опирания штанги на вал не требуется регулировка и контроль зазоров между опорой и внутренней поверхностью вала как в процессе сборки, так и в процессе эксплуатации. В результате не требуется выполнение каналов в опора и специальных трубок для подвода дополнительного расхода масла в зазор между опорой и валом, как в известном решении, что упрощает технологию изготовления. Имеющий место износ рабочих поверхностей опоры и вала приводит к увеличению зазора между опорой и валом, однако поскольку в устройстве обеспечено касание опоры на скорости вращения гидромашины ниже номинальной, дальнейшее увеличение скорости вращения до номинальной приводит к росту центробежной силы, которая прижмет опору к валу, несмотря на увеличенный зазор из-за износа.

Таким образом, имеет место постоянная стабильность контакта опоры штанги с валом при нормальной работе гидромашины.

Предложенное маслораспределительное устройство поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен общий вид устройства; на фиг. 2 разрез С-С на фиг. 1.

Маслораспределительное устройство поворотно-лопастной гидрошины содержит маслоприемник 1, сервомотор рабочего колеса 2 и установленные между ними внутри вала 3 гидромашины штанги, выполненные из двух коаксиальных, жестко соединенных между собой посредством крепежных элементов 4 труб. На наружной трубе 5 закреплена опора, выполненная в виде двух радиальных ребер 6 с цилиндрической поверхностью для контакта с внутренней поверхностью вала. Для смещения центра тяжести опоры относительно оси вращения вала ребра 6 установлены под углом друг к другу меньше 180^o, например, 60^o. Опора может быть выполнена с числом ребер 6 больше двух, при этом ребра 6 по углу между ними размещаются неравномерно. Величина зазора между ребрами 6 и валом 3 выполнена меньше радиального прогиба наружной штанги 5 по высоте ребра 6 от центробежной силы при номинальной скорости вращения. Максимальная величина зазора d ограничена допустимыми напряжениями изгиба наружной штанги 5 от центробежной силы при номинальной скорости вращения. Минимальная величина зазора d может быть равна величине зазора подвижного соединения.

С пуском гидромашины рабочее колесо 2, вал 3 и штанги начинают вращаться. Опора наружной штанги, являющаяся дисбалансом под действием центробежной силы, изгибает штангу. С ростом скорости вращения растет центробежная сила и опора совместно со штангой перемещается к внутренней поверхности вала 3 и касается вала 3 при скорости вращения ниже номинальной, в этот момент прогиб штанги равен зазору d. При дальнейшем росте скорости вращения до номинальной увеличение центробежной силы приводит к росту давления опоры на вал 3, последнее обеспечивает стабильность контакта опоры валом 3 при нормальной работе гидромашины.

Использование: в гидромашиностроении. Сущность изобретения: маслораспределительное устройство поворотно-лопастной гидромашины содержит маслоприемник, сервомотор рабочего колеса, между которыми установлены внутри вала штанги. Штанги выполнены из двух коаксиальных, жестко соединенных между собой посредством крепежных элементов труб. На наружной трубе закреплена опора. Центр тяжести опоры смещен относительно оси вала. Величина зазора между ребрами и валом выполнена меньше радиального прогиба наружной штанги в зоне опоры от центробежной силы при номинальной скорости вращения, что обеспечивает гарантированный контакт ребер с валом до выхода на номинальную скорость 2 ил.

Маслораспределительное устройство поворотно-лопастной гидромашины, содержащее маслоприемник, сервомотор рабочего колеса и установленные между ними внутри вала гидромашины штанги, выполненные не менее чем из двух коаксиальных жестко соединенных между собой труб, наружная из которых снабжена опорой для опирания на вал, отличающееся тем, что центр тяжести опоры смещен относительно оси вращения вала, при этом величина зазора между опорой и валом выполнена меньше радиального прогиба наружной штанги в зоне опоры от центробежной силы при номинальной частоте вращения.