МЕХАНИЗМ ПОВОРОТА ЛОПАТОК НАПРАВЛЯЮЩЕГО АППАРАТА ГИДРОТУРБИНЫ Российский патент 1999 года по МПК F03B3/18 

Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано в гидротурбинах, имеющих направляющие аппараты с поворачивающимися лопатками.

Известен механизм поворота лопаток направляющего аппарата гидротурбины [1], применяемый для высоконапорных гидротурбин повышенной мощности.

Конструкция схематично представлена на фиг. 1 и 2, где 1 - цапфа лопатки, 2 - рычаг, 3 - шпонка, 4 - накладка, 5 - срезной палец, 6 - серьга.

На цапфе лопатки расположен рычаг, жестко соединенный с ней при помощи шпонки. На рычаге располагается накладка, соединенная с рычагом через срезной палец, служащий предохранительным элементом для избежания поломки деталей механизма поворота лопатки. Накладка соединена с приводом механизма поворота лопатки серьгой, позволяющей регулировать положение лопатки в процессе ее установки. Из-за того, что величина этого регулирования ограничена размерами серьги, она может быть недостаточна для компенсирования всех неточностей изготовления деталей механизма поворота лопатки, что может быть причиной неодинакового положения лопаток. Кроме того, при использовании такой конструкции механизма поворота лопаток возникают трудности при изготовлении его деталей и при эксплуатации этого механизма из-за сложности удаления шпонки и снятия рычага с цапфы лопатки.

Известен механизм поворота лопаток направляющего аппарата [2].

Конструкция этого механизма схематично представлена на фиг. 3 и 4, где 1 - цапфа лопатки, 2 - втулка, 3 - шпонка, 4 - разрезной рычаг, 5 - болт, 6 - гайка, 7 - серьга.

В отличие от аналога в этой конструкции на цапфе лопатки расположена втулка, жестко соединенная с цапфой лопатки с помощью, например, шпонки. На втулке расположен разрезной рычаг, способный с помощью болта и гайки обтянуть втулку. Рычаг соединен нерегулируемой серьгой с приводом механизма поворота лопаток. Положение лопатки устанавливается независимо от положения механизма ее поворота до затяжки болта и гайки, т.е. до обтягивания рычагом втулки. После завершения установки лопатки в проектное положение осуществляется затяжка болта и гайки, при которой между рычагом и втулкой создается необходимое трение для передачи движения от рычага на втулку. От втулки движение на цапфу лопатки передается через шпонку. Передача движения от рычага на втулку за счет трения служит для предохранения деталей механизма поворота лопатки от поломки, т.е. при повышении усилия происходит проскальзывание рычага относительно втулки. Возможность проскальзывания этих деталей друг относительно друга при повышенных нагрузках ограничивает применение этой конструкции для высоконапорных гидротурбин.

Задачей изобретения является увеличение возможностей механизма поворота лопаток направляющего аппарата, в котором используется разрезной рычаг с промежуточной втулкой, расположенной на цапфе лопатки и жестко соединенной с ней шпонкой.

Эта задача решается в механизме поворота лопаток направляющего аппарата гидротурбины, содержащем разрезной рычаг лопатки, стягиваемый болтом, промежуточную втулку, установленную на цапфе лопатки, и жестко соединенную с ней шпонками или шпонкой, расположенными в вблизи плоскости, перпендикулярной оси болта, стягивающего рычаг, и проходящей через ось лопатки. Отличительными признаками предлагаемого механизма поворота от указанного известного, наиболее близкого к нему, являются выполненные в соединениях промежуточной втулки с цапфой лопатки и рычага с промежуточной втулкой расчетные гарантированные зазоры для получения деформации рычага и промежуточной втулки при обжатии ее рычагом.

Решение задачи достигается за счет того, что используется эффект обеспечиваемой в изобретении деформации втулки при обжатии ее рычагом, так как при этом втулка теряет свою цилиндричность, в результате чего создается дополнительное механическое сцепление деталей для передачи вращения между рычагом и цапфой лопатки.

Изобретение поясняется чертежами, представленными на фиг. 5 - 8.

На фиг. 5 показан общий вид механизма поворота лопаток направляющего аппарата до обжатия рычагом втулки; на фиг. 6 - вид сверху на механизм поворота лопаток направляющего аппарата по фиг. 5 до обжатия рычагом втулки; на фиг. 7 - общий вид механизма поворота лопаток направляющего аппарата после обжатия рычагом втулки; на фиг. 8 - вид сверху на механизм поворота лопаток направляющего аппарата после обжатия рычагом втулки.

Механизм поворота лопаток направляющего аппарата содержит цапфу 1 лопатки направляющего аппарата, установленную на цапфе 1 втулку 2, которая штифтуется с цапфой 1 шпонкой 3. На втулке 2 размещен разрезной рычаг 4 с накладкой 5, которые соединены через срезной палец 8, исключающий поломку деталей механизма поворота лопаток. С помощью болта 6 и гайки 7 рычаг 4 обтягивает втулку 2. Между рычагом 4 и втулкой 2 выполнен зазор a, а между втулкой 2 и цапфой 1 лопатки выполнен зазор b. Величина зазоров a и b выбрана для получения деформации рычага 4 и втулки 2 при обжатии ее рычагом, при этом деформации заданы из условия передачи предельного крутящего момента при срезе пальца. Зазор a выполнен равным или меньшим зазора b. Расположение шпонки 3 не должно препятствовать указанной деформации, поэтому она расположена в или вблизи плоскости, перпендикулярной оси болта 6.

При затяжке болта 6 и гайки 7 размер внутреннего отверстия рычага 4, в котором расположена втулка 2, изменяется только в направлении оси болта, т. е. в этом направлении выбирается зазор a между рычагом 4 и втулкой 2. При окончательной затяжке болта 6 и гайки 7 в этом направлении деформируется не только рычаг 4, но и втулка 2, т.е. выбирается зазор b между втулкой 2 и цапфой 1 лопатки. Установка шпонки 3 между втулкой 2 и цапфой 1 лопатки или сохраняет наружный размер втулки 2 в этом месте, или увеличивает его, что увеличивает разницу в размерах втулки 2 между ее сжатым от рычага 4 участком и тем местом, где расположена шпонка 3. Эта нецилиндричность втулки 2 создает механическое сцепление между втулкой 2 и рычагом 4, устраняющее их проскальзывание друг относительно друга и дополняющее их сцепление за счет трения, что создает возможность передачи между этими деталями повышенного усилия.

Механизм поворота лопаток содержит разрезной рычаг 4 лопатки, стягиваемый болтом 6 и размещенный на промежуточной втулке 2. Втулка 2 установлена на цапфе 7 лопатки и жестко соединена с цапфой 7 шпонкой 3 или шпонками 3, которые размещены вблизи плоскости, перпендикулярной оси болта 6 и проходящей через ось лопатки или вблизи указанной плоскости. При этом в механизме поворота лопаток между промежуточной втулкой 2 и цапфой 7 лопатки и между цапфой 7 лопатки и рычагом /4/ выполнены расчетные гарантированные зазоры для получения заданной деформации рычага 4 и промежуточной втулки 2, обеспечивающей нецилиндричность рычага и втулки, в результате чего создается дополнительное механическое сцепление деталей для передачи вращения между рычагом 4 и цапфой 7 лопатки. 8 ил. ^ ''

Механизм поворота лопаток направляющего аппарата гидротурбины, содержащий разрезной рычаг лопатки, стягиваемый болтом, промежуточную втулку, установленную на цапфе лопатки и жестко соединенную с ней шпонкой или шпонками, расположенными в или вблизи плоскости, перпендикулярной оси болта, стягивающего рычаг, и проходящей через ось лопатки, отличающийся тем, что в соединениях промежуточной втулки с цапфой лопатки и рычага с промежуточной втулкой выполнены расчетные гарантированные зазоры для получения деформации рычага и промежуточной втулки при обжатии ее рычагом.