ПОВОРОТНО-ЛОПАСТНОЕ РАБОЧЕЕ КОЛЕСО ГИДРОТУРБИНЫ Российский патент 1997 года по МПК F03B3/14 

Изобретение относится к реактивным гидравлическим турбинам с регулируемыми лопатками, в частности к поворотно-лопастным рабочим колесам гидротурбин, и может быть использовано в при создании и реконструкции гидроагрегатов ГЭС и оборудования водохозяйственных систем.

Известны поворотно-лопастные рабочие колеса гидротурбин, содержащие корпус с установленными в нем штоком и размещенными в отдельных полостях сервомотором, цилиндр которого сообщен с масляной системой, и механизмом поворота лопастей, включающим серьги, рычаги и цапфы лопастей, а также подшипники скольжения указанных деталей и уплотнения упомянутых полостей (Бронштейн Л. Я. и др. Справочник конструктора гидротурбин. -Л. Машиностроение, 1971, с. 166-168, рис.IV.46,47).

Наиболее близким к изобретению является поворотно-лопастное рабочее колесо гидротурбины, содержащее корпус с установленным в нем штоком и размещенными в отдельных полостях, разделенных уплотнением, сервомотором, цилиндр которого сообщен с масляной системой, и механизмом поворота лопастей, включающим серьги, рычаги и цапфы лопастей, а также подшипники скольжения и уплотнения упомянутых полостей (авт. св. СССР N 931936, кл. F O3 B 3/4, 1982).

Однако у известных рабочих колес полости, в которых размещены детали механизмов поворота лопастей, также сообщены с масляной системой гидротурбины и отделены от окружающей среды и от других полостей рабочего колеса уплотнениями. При износе, утрате герметичности или повреждении последних возможны протечки масла в окружающую среду, что значит снижение надежности узлов трения и нанесения экологического ущерба.

Технической задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является обеспечение работы узлов трения механизма поворота лопастей в безмасляной среде.

Ожидаемый технический результат решения указанной задачи заключается в исключении возможности загрязнения окружающей среды, повышении надежности узлов трения и упрощении конструкции уплотнений гидротурбины.

Для решения указанной задачи в поворотно-лопастном рабочем колесе гидротурбины, содержащем корпус с установленным в нем штоком и размещенными в отдельных полостях, разделенных уплотнением, сервомотором, цилиндр которого сообщен с масляной системой, и механизмом поворота лопастей, включающим серьги, рычаги и цапфы лопастей, также подшипники скольжения и уплотнения упомянутых полостей, полость механизма поворота лопастей снабжена устройством стабилизации давления и сообщена с окружающей средой, а подшипники скольжения выполнены с бронзово-фторопластовым антифрикционным слоем.

Устройство стабилизации давления в полости механизма поворота лопастей может быть выполнено в виде пары разнонаправленных предохранительных клапанов, сообщающих данную полость с окружающей средой.

В другом варианте устройство стабилизации давления в полости механизма поворота лопастей может быть выполнено в виде осевого сверления корпуса, сообщающего данную полость с окружающей средой.

Сущностью изобретения является применение в узлах трения механизма поворота лопастей бронзово-фторопластовых подшипников, имеющих высокие нагрузочные и антифрикционные свойства и допускающих сухое трение или смазку водой, в совокупности с допущением заполнения полости механизма поворота лопастей водой из окружающего пространства. При этом указанная полость герметично отделяется уплотнениями и заглушками от полости сервомотора и других полостей масляной системы, а для компенсации изменений объема полости механизма поворота лопастей она устройством стабилизации давления сообщается с окружающей средой.

На чертеже схематически изображено рабочее колесо гидротурбины, продольный разрез.

Поворотно-лопастное рабочее колесо гидротурбины содержит корпус 1 с установленными в полости 2 сервомотора 3 штоком 4 и в полости 5 механизмом поворота лопастей 6, включающим серьги 7, рычаги 8 и цапфы 9 лопастей 6, а также жестко соединенную со штоком 4 и подвижно по шпонке 10 с корпусом 1 крестовину 11. Внутри штока 4 выполнены осевые каналы 12 и 13, попеременно соединяющие соответственно подпоршневую и надпоршневую части полости 2 цилиндра сервомотора 3 с напорной или сливной магистралями масляной системы (не показано). Шток 4 установлен в направляющих подшипниках скольжения 14 и 15. Полости 2 и 5 сервомотора 3 и механизма поворота герметично отделены друг от друга уплотнением 16, причем полость между последним и подшипником 15 постоянно сообщена со сливной магистралью масляной системы осевым каналом 17 штока 4. Направляющие подшипники 14 и 15 штока 4 и все подшипники деталей механизма поворота выполнены с бронзово-фторопластовым антифрикционным слоем. Лопасти 6 снабжены уплотнениями. Таким образом, полость 5 герметично отделена от масляной системы и может сообщаться с окружающей средой посредством, например, пары разнонаправленных предохранительных клапанов 19, являющихся устройством стабилизации давления в полости 5.

Предохранительный клапан, работающий на впуск воды в полость 5, может быть снабжен механическим фильтром 20.

В другом варианте выполнения устройство стабилизации давления может представлять собой осевое сверление корпуса 1 рабочего колеса или штока 4, сообщающее полость 5 с окружающим рабочее колесо водным пространством или атмосферой (не показано), или же иметь иную известную конструкцию.

При работе поворотно-лопастного рабочего колеса одна из частей полости 2 сервомотора заполняется маслом высокого давления, а другая сообщается со сливом. При движении штока 4 усилие поворота лопастей 6 передается крестовиной 11 через серьги 7 и рычаги 8 цапфам 9 лопастей.

Протечки силового масла через направляющий подшипник 15 по каналу 17 отводятся на слив масляной системы, и уплотнение 16 работает при минимальном перепаде давления, исключая попадание масла в полость 5. Последняя заполнена водой и при вдвижении в нее штока 4 изменение объема компенсируется вытеснением соответствующего объема воды через предохранительный клапан 19, настроенный на выпуск при минимальном перепаде давления. При выдвижении штока 4 из полости 5 аналогичным образом работает другой предохранительный клапан 19, настроенный на впуск воды. Таким образом, давление в полости 5 остается практически постоянным и равным давлению окружающей воды. Уплотнения 18 лопастей 6 работают при минимальном перепаде давления и могут иметь упрощенную конструкцию, поскольку их основным назначением является защита воды в полости 5 от загрязнения твердыми частицами.

Бронзово-фторопластовые подшипники 14 и 15 штока 4 и деталей механизма поворота работают под высокими нагрузками в условиях смазки водой, их размеры могут быть сокращены по сравнению с известными конструкциями, что позволяет уменьшить габариты и массу рабочего колеса.

Конструкция рабочего колеса гидротурбины в соответствии с настоящим изобретением исключает возможность протечек масла из масляной системы гидротурбины в окружающую среду и нанесение экологического ущерба. Сокращаются объем масляной системы, износ и усилия в парах трения механизма поворота лопастей, повышается надежность работы подшипников, определяющих надежность, долговечность и экономичность эксплуатации гидротурбины.

Использование: в реактивных гидротурбинах с регулируемыми лопатками, в частности, при создании и реконструкции гидроагрегатов ГЭС и водохозяйственных систем. Сущность изобретения: полость механизма поворота поворотно-лопастного рабочего колеса гидротурбины отделена от масляной системы сервомотора, снабжена устройством стабилизации давления и сообщена с окружающей средой, а подшипники скольжения выполнены с бронзово- фторопластовым антифрикционным слоем, что обеспечивает их эксплуатацию в водной среде и исключает протечки масла в окружающую среду. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Поворотно-лопастное рабочее колесо гидротурбины, содержащее корпус с установленными в нем штоком и размещенными в отдельных полостях, разделенных уплотнением, сервомотором, цилиндр которого сообщен с масляной системой, и механизмом поворота лопастей, включающим серьги, рычаги и цапфы лопастей, а также подшипники скольжения и уплотнения упомянутых полостей, отличающееся тем, что полость механизма поворота лопастей снабжена устройством стабилизации давления и сообщена с окружающей средой, а подшипники скольжения выполнены с бронзово-фторопластовым антифрикционным слоем. 2. Колесо по п.1, отличающееся тем, что устройство стабилизации давления в полости механизма поворота лопастей выполнено в виде пары разнонаправленных предохранительных клапанов, сообщающих данную полость с окружающей средой. 3. Колесо по п.1, отличающееся тем, что устройство стабилизации давления в полости механизма поворота лопастей выполнено в виде осевого сверления корпуса, соообщающего данную полость с окружающей средой.