СОПЛО КОВШОВОЙ ГИДРОТУРБИНЫ Российский патент 1997 года по МПК F03B1/04 

Изобретение относится к области гидротурбостроения и может быть использовано в ковшовых гидротурбинах.

Известно сопло ковшовой гидротурбины, содержащее капсулу, размещенный в капсуле сервомотор с подвижным поршнем и штоком, иглу, закрепленную на штоке сервомотора, стержень обратной связи сервомотора с регулятором скорости вращения, связанный посредством рычагов с поршнем сервомотора [1]
Недостатком этой конструкции является недостаточная величина хода стержня обратной связи из-за ограниченных размеров рычажной передачи, размещенной в полости капсулы. Для обеспечения заданного хода обратной связи необходимо использование дополнительного рычага или системы роликов, связывающих стержень обратной связи с тросом золотника регулятора скорости вращения, что понижает точность обратной связи из-за наличия люфтов в месте крепления оси рычага во втулке.

Известно сопло ковшовой гидротурбины, принятое за наиболее близкий аналог изобретения, содержащее корпус, в котором размещена капсула с встроенным в нее сервомотором с поршнем и подвижным штоком, на котором закреплена игла [2] В этом сопле обратная связь сервомотора с регулятором частоты вращения содержит контактную пару: конус, закрепленный на штоке сервомотора, и стержень обратной связи, соприкасающийся с конусом штока сервомотора и выполненный в виде толкателя с роликом.

Недостатком этой конструкции является также малая (20 30 мм) величина перемещения толкателя, ограниченная наружным диаметром конуса, расположенного внутри капсулы сопла. Для преобразования хода толкателя до хода обратной связи (200 мл) также необходимо вводить рычаг или систему роликов, соединяющих толкатель с тросом золотника регулятора, что понижает точность обратной связи.

Кроме того, недостатком этой конструкции является низкая надежность обратной связи, обусловленная, во0первых, наличием силы, действующей на толкатель в направлении, перпендикулярном его движению при взаимодействии толкателя и конуса, в результате которой появляются изгибные напряжения в толкателе, приводящие к его поломке;
во-вторых, наличием дополнительных элементов (оси и ролика) на конце толкателя, необходимых для уменьшения трения при перемещении толкателя на образующей конуса, которая из-за своих малых размеров имеет малый ресурс работы.

Изобретение направлено на повышение надежности контактной пары: штока сервомотора и стержня обратной связи сервомотора с золотником регулятора.

Эти технические результаты обеспечены в сопле ковшовой гидротурбины, содержащем корпус, размещенную внутри него капсулу с встроенным в нее сервомотором с поршнем и подвижным штоком, иглу, закрепленную на подвижном штоке сервомотора, стержень обратной связи штока сервомотора с регулятором частоты вращения, размещенный с возможностью контакта со штоком сервомотора.

Для получения указанных технических результатов сопло снабжено зубчатой передачей, служащей средством контакта стержня обратной связи со штоком сервомотора, при этом зубчатая рейка указанной передачи закреплена на штоке сервомотора вдоль его оси, а зубчатое колесо насажано на стержень обратной связи. Кроме того, для исключения ухудшения условий обтекания элементов крепления капсулы в корпусе сопла (колонн) шток снабжен кронштейном, на внутренней поверхности которого закреплена зубчатая рейка, а ось зубчатого колеса пересекает ось штока сервомотора.

Наличие в заявленном сопле зубчатой передачи типа: рейка зубчатое колесо в качестве средства контакта стержня обратной связи со штоком сервомотора исключает изгибные напряжения в этом стержне, что повышает его надежность, соответственно надежность обратной связи в сравнении с ближайшим аналогом.

Использование кронштейна для крепления зубчатой рейки позволяет разместить зубчатое колесо и стержень обратной связи так, что их ось пересекает шток и тем самым сохранить, как в ближайшем аналоге, радиальное равномерное по окружности размещение колонн в проточной части сопла, в результате не ухудшаются условия обтекания этих колонн в сравнении с этим аналогом.

Сопло ковшовой гидротурбины (фиг.1,2 содержит корпус 1, закрепленную в корпусе 1 посредством колонн 2 капсулу 3 с размещенными в ней подвижным штоком 4 и поршнем 5 сервомотора сопла. На штоке 4 закреплена игла 6. Стержень 7 обратной связи штока 4 сервомотора с золотником (не показан) регулятор скорости вращения помещен через отверстие в верхней вертикальной колонне 2 в сливную полость 8 сервомотора сопла. На стержень 7 установлено зубчатое колесо 9, контактирующее с зубчатой рейкой 10, жестко связанной со штоком 4 сервомотора, размещенной вдоль его оси. Шток 4 может быть снабжен кронштейном 11, а рейка 10 закреплена на его внутренней стороне, смещенной относительно оси штока 4 сервомотора, при этом зубчатое колесо размещено таким образом, что его ось пересекает ось штока 4 и соответственно стержень 7 размещен радиально. Кронштейн 11 зафиксирован от проворота в капсуле 3. При подаче сигнала на открытие, масло под давлением подается в полость 12 открытия сопла. Поршень 5 и шток 4 перемещаются, при этом игла 6 перемещается на открытие. Зубчатое колесо, взаимодействуя с рейкой 10 и поворачивает стержень 7 в направлении открытия (по часовой стрелке).

При подаче сигнала на закрытие масло под давлением подается в полость 13 закрытия сопла. Поршень 5 и шток 4 перемещаются в обратном направлении, стержень 7 поворачивается в направлении закрытия (против часовой стрелки).

Максимальная величина поворота стержня 7 обеспечена достаточной для преобразования его в заданный ход (200 мм) обратной связи сервомотора сопла с регулятором скорости вращения и не ограничена, как в ближайшем аналоге, конструктивными размерами капсулы сопла.

Использование: в гидротурбостроении, в частности, в ковшовых гидротурбинах, сущность изобретения: сопло содержит корпус 1, в котором закреплена капсула с размещенными в ней штоком и поршнем 5 сервомотора. На штоке 4 закреплена игла 6 сопла. Сопло содержит стержень 7 обратной связи штока сервомотора с золотником регулятора частоты вращения, который взаимодействует со штоком 4 сервомотора через зубчатую передачу, состоящую из зубчатой рейки 10, закрепленной га штоке 4, и зубчатого колеса, насажанного на стержень 7 обратной связи. Такое выполнение позволяет исключить изгибные напряжения в стержне 7 обратной связи и тем самым повысить надежность обратной связи штока сервомотора с золотником регулятора скорости вращения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Сопло ковшовой гидротурбины, содержащее корпус, размещенную внутри корпуса капсулу с встроенным в нее сервомотором с поршнем и подвижным штоком, иглу, закрепленную на подвижном штоке сервомотора, стержень обратной связи штока сервомотора с регулятором частоты вращения, размещенный с возможностью контакта со штоком сервомотора, отличающееся тем, что сопло снабжено зубчатой передачей, служащей средством контакта стержня обратной связи со штоком сервомотора и выполненной в виде зубчатого колеса и зубчатой рейки, при этом зубчатая рейка закреплена на штоке сервомотора вдоль его оси, а зубчатое колесо насажено на стержень обратной связи. 2. Сопло по п.1, отличающееся тем, что зубчатая рейка закреплена на штоке посредством кронштейна, а ось зубчатого колеса пересекает ось штока сервомотора.