ОПОРНАЯ СИСТЕМА РОТОРА Российский патент 2002 года по МПК F01D25/16 F04D29/04 

Изобретение относится к подшипниковым опорам роторов роторных машин и может быть использовано в газотурбинных двигателях, компрессорах, насосах.

Известна турбина, в которой с целью изменения нагрузки на подшипники на части окружного периметра лабиринтного уплотнения, разделяющего полости высокого и низкого давлений, выполнено уменьшенное количество гребней, что вызывает изменение давления на одну сторону ротора (RU 2028460 С1, F 04 D 29/04). В таком устройстве направление разгружающего усилия неизменно, а также снижает герметичность уплотнения.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является (SU 605044А, кл. F 04 D 29/04) система разгрузки центробежного насоса, в котором для регулирования радиальной силы выполнены камеры, равномерно расположенные по окружности цилиндрической поверхности, часть которых сообщена каналами с источником высокого давления, а другая диаметрально противоположная часть - с источником низкого давления, причем для регулирования без разборки насоса камеры снабжены двумя коллекторами, один из которых сообщен с источником высокого давления, а другой с системой низкого давления через регулирующий орган.

Недостатком конструкции является низкая герметичность щелевого зазора при значительных перемещениях в высоконапряженных, например, авиационных и транспортных турбомашинах, а также неизменность величины и направления усилия разгрузки от смешения ротора относительно статора.

Изобретение решает задачу эффективного снижения нагрузки на опоры ротора высоконапряженной турбомашины в условиях ее предельного динамического нагружения.

Технический результат достигается в опорной системе ротора, например, турбомашины, состоящей из корпуса, ротора и не менее одной разгрузочной камеры, размещенной на части поперечного периметра между их поверхностями, окруженной и сообщенной с полостями высокого и низкого давления через коммуникационные и дроссельные каналы, при этом каждая разгрузочная камера герметизирована по всему периметру уплотнениями, сообщена закрытым коммуникационным каналом через дроссельный канал регулятора подвода с полостью высокого давления, а через дроссельный канал регулятора дренажа сообщена с полостью низкого давления, при этом дроссельные каналы регуляторов выполнены в виде дросселя типа "сопло-заслонка", заслонками регуляторов подвода являются поверхности ротора, имеющие взаимно-обратные перемещения относительно частей поверхности ротора, образующих разгрузочные камеры, которые могут располагаться, например, в проточке ротора и образовывать дроссельные зазоры с соплами, размещенными в Г-образном выступе корпуса. Заслонкой сопла регулятора подвода, размещенного в корпусе разгрузочной камеры, является поверхность, образованная Г-образным выступом ротора.

Заслонкой сопла регулятора дренажа является часть поверхности ротора, образующая разгрузочную камеру; каждый коммуникационный канал сопла регулятора подвода или дренажа сообщен с распределительным желобом, выполненным на корпусе разгрузочной камеры; каждое сопло регулятора подвода сообщено с распределительным желобом дроссельного канала.

По периметру каждой разгрузочной камеры выполнены бесконтактные уплотнения или контактные уплотнения; при этом дроссельный канал регулятора дренажа или подвода выполнен бесконтактным уплотнением.

По периметру дроссельный канал регулятора подвода или дренажа герметизирован контактным уплотнением; каждая разгрузочная камера регулятора подвода сообщена с источником наибольшего давления, в качестве которого может быть использован процесс центробежного нагнетания в радиальных коммуникационных каналах подвода рабочей среды.

На канале подвода от источника наибольшего давления установлен кран включения, а на коммуникационном канале полости высокого давления установлен обратный клапан.

Разгрузочная камера через регулятор дренажа сообщена с источником наименьшего давления, например, через кран включения, а на коммуникационном канале полости низкого давления установлен обратный клапан.

Сущность изобретения поясняется чертежами фиг.1-23, изображающими:
фиг. 1 - продольный разрез турбомашины с гидравлической схемой опорной системы ротора;
фиг.2 - сечение А-А на фиг.1 турбомашины с опорной системой ротора;
фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.2;
фиг.4 - продольный разрез регулятора расхода типа "сопло-заслонка";
фиг. 5 - сечение Б-Б на фиг.2 регулятора расхода дренажа, совмещенного с уплотнением разгрузочной камеры;
фиг.6 - продольный разрез опорной системы с регулятором подвода, размещенным в Г-образном выступе корпуса;
фиг.7 - продольный разрез опорной системы с регулятором расхода, размещенным во впадине Г-образного выступа ротора;
фиг. 8 - продольный разрез опорной системы с контактными уплотнениями разгрузочной полости и регуляторов расхода, размещенных в Г-образном выступе корпуса;
фиг. 9 - продольный разрез опорной системы с контактными уплотнениями разгрузочной полости и регуляторов расхода, размещенных во впадине Г-образного выступа ротора;
фиг. 10 - продольный разрез турбомашины с гидравлической схемой опорной системы ротора, питаемой от источников наибольшего и наименьшего давлений;
фиг. 11 - продольный разрез опорной системы, сообщенной с источником наибольшего давления через регулятор подвода с бесконтактными уплотнениями, размещенный в Г-образном выступе корпуса;
фиг.12 - сечение А-А на фиг.11;
фиг. 13 - продольный разрез опорной системы, сообщенной с источником наибольшего давления через регулятор подвода с бесконтактными уплотнениями, размещенный во впадине Г-образного выступа ротора;
фиг.14 - сечение А-А на фиг.13;
фиг. 15 - продольный разрез опорной системы, сообщенной с источником наименьшего давления через регулятор дренажа с бесконтактными уплотнениями;
фиг.16 - сечение С-С на фиг.15;
фиг. 17 - продольный разрез опорной системы, сообщенной с источником наименьшего давления через регулятор дренажа, совмещенный с бесконтактным уплотнением разгрузочной камеры;
фиг.18 - сечение Д-Д на фиг.17;
фиг. 19 - вид на разгрузочные камеры с контактными соплами регуляторов подвода и дренажа в продольном сечении Б-Б на фиг.2;
фиг.20 - продольный разрез регулятора дренажа с контактным соплом;
фиг. 21 - вид на регуляторы подвода в Г-образном выступе ротора и контактными соплами разгрузочных камер в сечении Б-Б на фиг.2.

фиг. 22 - вид на регуляторы подвода с контактными соплами разгрузочных камер в сечениях А-А и В-В на фиг.21.

фиг. 23 - вид на регуляторы подвода в Г-образном выступе корпуса с контактными соплами разгрузочных камер.

Опорная система ротора, например турбомашины (фиг.1, 2, 3), состоит из корпуса 1, ротора 2 и не менее одной разгрузочной камеры 3, размещенной между например, в нижней 4 и в верхней 5 частях их окружного периметра и образованной, соответственно, поверхностью 6 корпуса 1 и поверхностью 7 ротора 2, окруженной уплотнениями 8 со стороны полости высокого давления 9 и полости 10 низкого давления по всему периметру и сообщенной с этими полостями коммуникационными каналами 11 и дроссельными каналами 12 регулятора 13 подвода с полостью 9 высокого давления, а через дроссельные каналы 12 регулятора 14 дренажа сообщена с полостью 10 низкого давления; при этом дроссельные каналы регуляторов выполнены в виде дросселей типа "сопло-заслонка" 15 (фиг.4), в которых заслонка 16 образует дроссельный канал 12 с соплом 17 в регуляторах 13 подвода поверхностью 18, имеющей взаимно-обратные перемещения относительно перемещений поверхностей 6 корпуса 1 и 7 ротора 2, образующей разгрузочную камеру 3 фиг.6 и может быть расположена, например, в Г-образном выступе 19 ротора (фиг.7) или в проточке 20 ротора 2; заслонкой 16 регулятора 14 дренажа является часть поверхности 7 ротора 2, образующая разгрузочную камеру или ее продолжение. Регулятор 14 дренажа может быть сообщен с уплотнениями разгрузочной камеры фиг.5, либо выполнен автономно и сообщен с разгрузочной камерой 3 коммуникационным каналом 11 (фиг.3).

Для разгрузочных камер большой протяженности и с высокой динамичностью каждый коммуникационный канал 11 сопла регулятора 13 подвода сообщен с распределительным желобом 22, выполненным на корпусе 1 со стороны поверхности 6 разгрузочной камеры 3 (фиг.7, 8, 9); каждый коммуникационный канал 11 сопла 17 регулятора 14 дренажа сообщен с распределительным желобом 22, выполненным на корпусе 1 разгрузочной камеры 3 фиг.3; каждое сопло регулятора 13 подвода или 14 дренажа сообщено с распределительным желобом 22 дроссельного канала 12 фиг.3, 4, 5.

По периметру каждой разгрузочной камеры 3 выполнены бесконтактные уплотнения 23, например щелевые, сотовые или лабиринтные.

По периметру каждой разгрузочной камеры (фиг.8, 9, 19) выполнены контактные уплотнения 24, например кольцевые, торцевые, браслетные, щеточные.

Дроссельный канал 12 фиг.3, 4, 6, 7 регулятора 13 подвода или регулятора 14 дренажа (фиг.3, 5) выполнен в виде бесконтактного уплотнения 23, например щелевого с гладкими поверхностями впадин и гребней, размещенных поперек потока рабочей среды.

Разгрузочная камеры 3 фиг.10 через регуляторы 13 подвода сообщена с источником 25 наибольшего давления, превышающего высокое давление полости 9, окружающей разгрузочную камеру.

На канале подвода рабочей среды к регулятору 13 подвода в разгрузочную камеру 3 от источника 25 наибольшего давления (фиг.10) установлен кран 26 включения, при этом на коммуникационном канале 11 полости высокого давления установлен обратный клапан 27.

Разгрузочная камера 3 (фиг.11, 12), окруженная полостью 9 высокого давления, сообщена с источником 25 наибольшего давления через коммуникационный канал 11, распределительный желоб 22 с зазором, образованным поверхностями 18 заслонки сопла 16 и Г-образного выступа 21 корпуса 1, установленного в проточке 20 ротора 2 и герметизированным по периметру, например, бесконтактными уплотнениями 8 дроссельного канала 12, выполненного с бесконтактным уплотнением 23 регулятора 13 подвода.

Разгрузочная камера 3 (фиг.13, 14), окруженная полостью 9 высокого давления, сообщена с источником 25 наибольшего давления через коммуникационный канал 11, распределительный желоб 22 с зазором, образованным поверхностями 18 проточки 20 заслонки сопла 16 Г-образного выступа 19 ротора 2 и корпуса 1, и соплом 17 и распределительным желобом 22, герметизированным уплотнениями 8 дроссельного канала 12, выполненного с бесконтактными уплотнениями 23 регулятора подвода 13.

Разгрузочная камера 3 (фиг.3, 15) отделена уплотнениями от полости 10 низкого давления, сообщена с источником 29 наименьшего давления через коммуникационный канал 11 с зазором, образованным поверхностями 7 ротора 2 и корпуса сопла 17, и его дроссельным каналом 12, размещенным между двумя распределительными желобами 22, выполненным с бесконтактными уплотнениями 23 автономно исполненного регулятора 14 дренажа, по всему периметру герметизированного, например, бесконтактными уплотнениями 8.

Разгрузочная камера 3 (фиг.17, 18) сообщена с источником 29 наименьшего давления через коммуникационный канал 11 с зазором регулятора 14 дренажа, образованным поверхностями 7 ротора 2 и корпусом сопла 17 с распределительным желобом 22 и его дроссельным участком 12, герметизированным по периметру, например, выполненным бесконтактным уплотнением 23 разгрузочной камеры и отделенным от полости 10 низкого давления уплотнением 8.

Источником 25 наибольшего давления (фиг.8, 9) является процесс центробежного и инерционного нагнетания, например, в радиальных, а также, например, наклонно расположенных каналах 28, коммуникационных каналах подвода рабочей среды. В регуляторах 13 подвода или дренажа 14 дроссельные каналы 12 с соплами 17 распределительными желобами 22 по периметру герметизированы контактными уплотнениями 24, установленными в проточках корпусов 1 разгрузочных камер 3 или ротора 2.

Контактор 30 сопла 17 регулятора 14 дренажа каждой разгрузочной камеры (фиг. 19, 20) выполнен радиально подвижным в направлении разгрузочной камеры 3 с ограничением перемещения в сторону оси вращения 31 ротора 2, например, до упорного бурта 32 на пружине 33, фиксированным от проворота штифтом 34 и контактирующим с корпусом 1 разгрузочной камеры 3 и частью подвижной поверхности 7 ротора 2, образующей разгрузочную камеру в текущий момент движения поверхностями 35.

Заслонкой сопла 17, размещенного в радиально подвижном контакторе 30 (фиг. 19, 20) регулятора 14 дренажа, является часть поверхности 7 ротора 2, ограничивающая разгрузочную камеру 3 или образующая изменяющийся дроссельный канал 12 с контактной поверхностью 35 контактора 30 при смещении ротора.

Контактор 30 сопла 17 регулятора подвода 13 (фиг.19, 21) каждой разгрузочной камеры выполнен радиально подвижным до упорного бурта 32 на пружине 33 в сторону оси 31 вращения ротора 2, фиксирован от проворота, например, штифтом 34, и контактирует с подвижной поверхностью 18 ротора 2 и герметично с корпусом 1 разгрузочной камеры 3 поверхностями 35.

Заслонкой сопла 17 (фиг.19-23), выполненного в радиально подвижном контакторе 30 регулятора 13 подвода, является поверхность 18, имеющая взаимно-обратные перемещения относительно перемещений поверхностей 6 и 7 разгрузочной камеры 3, образующая дроссельный канал 12 при сближении поверхностей 6 и 7, вызванном смешением оси 31 ротора из центрального положения, но герметизирующая сопло 17 при центральном положении ротора 2 и при удалении поверхностей 6 и 7 разгрузочной камеры 3, вызванном смещением ротора из центрального положения.

Заслонкой сопла 17, размещенного в радиально подвижном контакторе 30 (фиг. 19, 21, 22) регулятора 13 подвода является поверхность 18 Г-образного выступа 19 ротора 2, образующая изменяющийся канал 12 при смещении оси 31 вращения ротора 2 относительно оси корпуса разгрузочной камеры 3.

Заслонкой сопла 17 (фиг.23), размещенного в контакторе 30 регулятора 13 подвода, является поверхность 18 проточки 20 ротора 2 под Г-образный выступ 21 корпуса 1, образующая изменяющийся дроссельный канал 12 при смещении оси 31 вращения ротора 2 относительно оси корпуса 1 разгрузочной камеры 3.

В рабочем состоянии при отсутствии смещения ротора 2 относительно корпуса 1, например, в разгрузочных камерах 3, размещенных в нижней 4 и верхней 5 частях окружного периметра, устанавливается равное давление рабочей среды ввиду равенства радиальных зазоров и гидравлических сопротивлений в уплотнениях 8, окружающих разгрузочные камеры.

Однако при смещении ротора 2 относительно корпуса 1 (фиг.1, 2), например, под действием усилия F на величину Е в сторону разгрузочной камеры 3, расположенной в нижней части 4 окружного периметра (фиг.3), ввиду уменьшения зазоров в уплотнениях 8 разгрузочной камеры и зазоров в дросселирующих каналах 12 регуляторов 14 дренажа (фиг.4, 5), уменьшается сток рабочей среды в полость 10 низкого давления, при этом возрастает приток рабочей среды по коммуникационным каналами 11 из полости высокого давления 9 ввиду увеличения дросселирующего канала 12 в регуляторе подвода 13, выполненного в виде регулятора 15 типа "сопло-заслонка" (фиг.3, 4), поверхность 18 заслонки 16 сопла 17 которого имеет взаимно-обратные перемещения относительно части поверхности 7, ограничивающей в данном положении ротора 2 разгрузочную камеру 3, что приводит к повышению давления в разгрузочной камере. Одновременно в разгрузочной камере, размещенной в верхней части 5 окружного периметра, давление рабочей среды уменьшается ввиду увеличения зазоров в уплотнениях 8, расположенных со стороны полости 10 низкого давления и в регуляторах расхода дренажа 14, а также уменьшения дросселирующих каналов 12 в регуляторе 13 подвода из полости 9 высокого давления; возникающее при этом усилие, слагаясь с усилием нижней разгрузочной полости, уравновешивает усилие F, приложенное к ротору и вызвавшее его смещение.

В зависимости от конструкции, например, турбомашины, заслонкой 16 сопла 17 регулятора 13 подвода (фиг.3, 7), например, может служить поверхность 18, обладающая взаимно-обратными перемещениями и расположенная на Г-образном выступе 19 ротора 2, сопряженного дроссельным каналом 12 с соплом.

При ином направлении сборки турбомашины заслонкой 16 сопла 17 регулятора 13 подвода (фиг.6), размещенного в Г-образном выступе 21 корпуса 1, является поверхность 18, образующая взаимно-обратными перемещениями, но размещенная в проточке 20 ротора 2.

Рабочая среда в регуляторе 13 подвода (фиг.3, 6, 7) поступает с двух сторон из полости высокого давления 9 в изменяющийся в зависимости от смещения ротора 2 относительно оси вращения 31, преодолевая гидравлическое сопротивление, например, щелевого лабиринтного или сотового уплотнения 8, в распределительный желоб 22 сопла 17 и коммуникационный канал 11 (фиг.4) и далее в разгрузочную камеру 3.

Сопряженные сопла 17 с поверхностью 18 заслонки 16, обладающей взаимно-обратным перемещением относительно перемещений поверхностей 6 корпуса 1 и 7 ротора 2, ограничивающей в данном положении ротора 2 разгрузочную камеру 3, позволяет разместить регуляторы подвода рабочей среды в непосредственной близости к ней, что повышает динамические характеристики системы.

Перемещение ротора 2 поверхностью 7 (фиг.5) в сторону ограничиваемой ею разгрузочной камеры 3 и являющейся заслонкой 16 сопла 17 регулятора 14 дренажа, совмещенного с расположенным со стороны полости 10 низкого давления уплотнением 8 разгрузочной камеры, вызывает уменьшение дросселирующего канала 12. Для повышения гидравлических характеристик системы регулятор 14 дренажа (фиг. 3) выполнен автономным и сообщенным с разгрузочной камерой 3 коммуникационным каналом 11.

Для разгрузочных камер 3 с большой протяженностью и высокой динамичностью перемещений каждый коммуникационный канал 11 сопла 17 регулятора подвода сообщен с распределительным желобом 22, выполненным со стороны внутренней поверхности 6 корпуса 1 разгрузочной камеры 3, испытывая малое сопротивление, растекается по распределительным желобам 22 и затем из них - по всему объему разгрузочной камеры 3 в период перемещения ротора.

Каждый коммуникационный канал 11 сопла 17 регулятора 14 дренажа сообщен с распределительным желобом 22, выполненным на корпусе 1 разгрузочной камеры 3 (фиг.3); в конструкции регулятора дренажа, совмещенного с уплотнением разгрузочной камеры, распределительные желоба 22 выполняются до сопла 17, размещенного у входной кромки уплотнения 8 разгрузочной камеры 3 (фиг.5). При перемещении поверхности 7 ротора 2 от разгрузочной камеры 3 к оси вращения 31 рабочая среда, испытывая малое сопротивление, стекает по распределительным желобам 22 и через коммуникационные каналы 11 (фиг.3) и распределительные желоба 22 или непосредственно через сопло 17 (фиг.5) увеличившегося размера в дроссельный канал 12 и в полость 10 низкого давления, причем распределительный желоб 22 (фиг. 3) в регуляторе дренажа увеличивает площадь стока.

Исполнение в регуляторе подвода 13 (фиг.3, 4, 6-9) распределительного желоба 22 позволяет выполнять дроссельный канал 12 на значительной части окружного периметра турбомашины, даже превышающей протяженности разгрузочной камеры, при этом рабочая среда из полости 9 высокого давления с двух сторон, преодолевая сопротивление дроссельного канал 12 на всей длине распределительного желоба, втекает через сопло 17 и коммуникационный канал 11 в разгрузочную камеру 3.

При перемещении ротора под действием внешних нагрузок происходит циклическое изменение давления рабочей среды в разгрузочной полости 3, герметичность которой обеспечивается, например, бесконтактными уплотнениями, выполненными по всему периметру разгрузочной камеры.

В качестве уплотнений используются, например, щелевые уплотнения с гладкими поверхностями либо сотовые и лабиринтные, выполненные в виде чередующихся впадин и гребней, установленных поперек потока рабочей среды.

С целью повышения герметичности системы по всему периметру каждой разгрузочной камеры 3 установлены контактные уплотнения 24 (фиг.11), например составленные из, соответственно, кольцевых уплотнений торцевого периметра и плоских продольных уплотнений, предотвращающих окружной переток рабочей среды.

При относительно малом дроссельном канале 12 (фиг.3, 4, 5, 6, 7) регулятора 13 подвода или дренажа 14 он выполняется в виде бесконтактного щелевого уплотнения с гладкими поверхностями. С целью снижения утечек и обеспечения необходимых гидравлических характеристик на поверхности дроссельного канала 12 выполняются бесконтактные сотовые или лабиринтные уплотнения 23, выполненные в виде чередующихся впадин и гребней.

Рабочая среда в регуляторе 13 подвода (фиг.3, 4, 6, 7) из полости 9 втекает в дроссельный канал 12 с двух сторон, испытывая большое гидравлическое сопротивление при его уменьшении, что приводит к уменьшению давления в канале сопла 17, коммуникационном канале 11 и разгрузочной камере 3.

При смещении ротора в сторону разгрузочной камеры 3 и уменьшении дроссельного канала 12 рабочая среда вытекает через зазор в полость низкого давления 10, испытывая большое гидравлическое сопротивление, что вызывает повышение давления в разгрузочной камере. При увеличении дроссельного канала 12 рабочая среда свободно вытекает из разгрузочной камеры в полость низкого давления 10.

В турбомашинах (фиг.10-23), например, транспортных средств повышение несущей способности опорной системы достигается сообщением постоянно или на определенных режимах разгрузочной камеры 3 через регулятор 13 наддува с источником 25 наибольшего давления, превышающего высокое давление полости 9, окружающей разгрузочную камеру, при этом рабочая среда с наибольшим давлением источника 25 поступает в наиболее нагруженную разгрузочную камеру 3, размещенную в нижней части 4 корпуса 1, повышая ее несущую способность.

Для подвода в разгрузочную камеру 3 (фиг.10) на определенных режимах предельного нагружения рабочей среды от источника 25 наибольшего давления на коммуникационном канале 11, связывающем источник с регулятором 13, установлен кран включения 26, при этом на коммуникационном канале 11, сообщающем регулятор 13 с полостью 9 высокого давления, установлен обратный клапан 27.

Повышение несущей способности опорной системы (фиг.10, 15, 20) достигается сообщением постоянно или на определенных режимах разгрузочной камеры 3 через регулятор 14 дренажа с источником 29 наименьшего давления, более низкого, чем давление полости 10 низкого давления, окружающей разгрузочную камеру, при этом рабочая среда интенсивно стекает в наиболее ненагруженной, например, размещенной в верхней части 5 корпуса 1 разгрузочной камере 3, понижая ее несущую способность, что вызывает увеличение результирующей несущей способности F.

Для отвода из разгрузочной камеры 3 (фиг.10) на определенных режимах предельного нагружения рабочей среды от источника наименьшего давления на коммуникационном канале 11, связывающем источник с регулятором 14 дренажа, установлен кран 26 включения, при этом на коммуникационном канале 11, сообщающем регулятор дренажа 14 с полостью 10 низкого давления, установлен обратный клапан 27.

С целью снижения потерь в системах с подводом от источника 25 наибольшего давления в регуляторах 13 подвода дроссельный канал 12 по периметру герметизирован бесконтактными уплотнениями 8, при этом (фиг.11, 12, 13, 14) рабочая среда от источника 25 по коммуникационному каналу 11, поступив в распределительный желоб 22, частично утекает через уплотнение 8 в проточку 20 ротора 2 с высоким давлением полости 9, а остальная часть, испытывая сопротивление бесконтактного уплотнения 23 дроссельного канала 12, перетекает через распределительный желоб 22, сопло 17, коммуникационный канал 11 в разгрузочную камеру 3, а также преодолевая сопротивление уплотнения 8, стекает в полость 9 высокого давления.

В системах с отводом рабочей среды в источник 29 наименьшего давления в автономных регуляторах дренажа 14 (фиг.15, 16) дроссельный канал 12 по периметру герметизирован бесконтактными уплотнениями 8. Рабочая среда в режиме дренажа втекает в разгрузочную камеру 3 через ее уплотнение 8 из полости 10 низкого давления, а через коммуникационный канал 11 в сопло 17, распределительный желоб 22 и бесконтактное уплотнение 23 дроссельного канала 12 стекает в распределительный желоб 22, в котором, слившись с утечками из полости 10 низкого давления, через уплотнение 8 утекает в коммуникационный канал 11 источника 29 наименьшего давления. В режиме подвода рабочая среда стекает в малом объеме из разгрузочной камеры 3 и полости 10 низкого давления в канал 11 источника 29 наименьшего давления.

В регуляторе 14 дренажа (фиг.17, 18) дроссельный канал 12 совмещен с бесконтактным уплотнением 23 разгрузочной камеры 3; рабочая среда в режиме дренажа вытекает из камеры 3 через канал 12 в распределительный желоб 22, из которого, слившись с утечками из полости 10 низкого давления уплотнения 8, утекает в канал 11 источника 29 наименьшего давления.

В системах разгрузки (фиг.8, 9, 19, 21, 22) источником 25 наибольшего давления является процесс центробежного и инерционного нагнетания в радиально или, например, косо направленных к оси вращения коммуникационных каналах 28 подвода рабочей среды из внутреннего объема ротора 2, например, с высоким давлением полости 9 (фиг.9); рабочая среда из канала 28 поступает с наибольшим давлением в дроссельный канал 12 и далее в разгрузочную камеру 3.

Переток рабочей среды значительно снижается через установленные по периметру дроссельных каналов 12 в проточках корпуса 1 разгрузочных камер 3 контактные уплотнения 24 (фиг.8, 9, 19, 20). Однако поток рабочей среды через регулятор 14 дренажа в цикле подвода и, соответственно, регулятор 13 подвода в цикле дренажа из камеры 3 снижает эффективность.

Герметичность регулятора 14 дренажа (фиг.19, 20) достигнута тем, что сопло 17 в контакторе 30 герметизируется поверхностью 7 ротора при центральном положении ротора и при сближении поверхностей 6 и 7 в разгрузочной камере 3, вызванное отклонением ротора от центрального положения ротора. При центральном положении ротора контактор 30 действием давления среды пружины 33 фиксируется на упорном бурте 32 и только при дальнейшем удалении поверхностей 6,7 через сопло 17 канала 11 рабочая среда из разгрузочной камеры перетекает в полость 10 низкого или 29 наименьшего давления.

В регуляторе 13 подвода поверхность 18 заслонки сопла 17 (фиг.21, 22), выполненного в контакторе 30, имеющая взаимно-обратные перемещения относительно перемещений поверхностей 6, 7 разгрузочной камеры 3, при сближении которых, вызванном смещением оси 31 ротора 2 из центрального положения, образует дроссельный канал 12 перетока рабочей среды из полости 9 высокого или 25 наибольшего давления, например, в разгрузочную камеру 3, расположенную в нижней части 4 турбомашины (фиг.21); при этом поверхность 18 регулятора 13 подвода разгрузочной камеры 3, расположенной в верхней части 5, контактируя герметично с поверхностью 35 контактора 30, предотвращает переток рабочей среды в нее.

В опорной системе (фиг.21, 22) из полости 9 высокого или 25 наибольшего давления по каналу 28 ротора 2, смещенного в нижнюю часть 4 корпуса 1 турбомашины, рабочая среда, понизив в регуляторе 13 подвода до расчетного значения давление в дроссельном канале 12, образованном поверхностью 35 контактора 30 и поверхностью 18 Г-образного выступа 19 ротора, через распределительный желоб 22, сопло 17, коммуникационные каналы 11 герметично сопряженных под действием пружины 33 и давления рабочей среды поверхностей 35 контактора и корпуса 1, поступает в разгрузочную камеру 3, создавая уравновешивающее приложенному к ротору усилию; при этом в регуляторе 13 подвода, верхней части 5 корпуса 1, например при крайнем смещении ротора 2, поверхности 18 и 35 дроссельного канала 12 плотно сопряжены и герметизируют сопло 17 контактора 30, предотвратив проток рабочей среды в разгрузочную камеру 3, что обеспечивает снижение в ней давления до значений, например, полости 9 низкого или 29 наименьшего давления.

В нижней части опорной системы ротора (фиг.23) регулятор 13 подвода выполнен с подвижным контактором 30 и соплом 17, взаимодействующим с поверхностью 18, выполненной в проточке 20 ротора 2 под Г-образный выступ 21, через каналы которого рабочая среда с повышенным давлением поступает в разгрузочную камеру 3 со сближенными поверхностями 6 и 7; поступление рабочей среды, например, в разгрузочную камеру верхней части турбомашины прекращается при центральном положении ротора и его смещении в противоположную сторону, сопровождающемся удалением поверхностей 6, 7.

Опорная система ротора турбомашины обеспечивает необходимое снижение нагружения подшипниковых узлов изменением давления рабочей среды в полостях, окружающих ротор, и может быть использована в паровых, газовых, гидравлических турбомашинах и установках, а также в иных роторных машинах.

Изобретение относится к опорам роторов и может быть использовано в паровых, газовых, гидравлических турбомашинах и установках, а также в роторных машинах. Опорная система ротора содержит корпус, ротор и размещенный на части поперечного периметра между их поверхностями ряд разгрузочных камер. Камеры окружены и сообщены с полостями высокого и низкого давления. Каждая камера сообщена закрытым коммуникационным каналом через дроссельный канал регулятора подвода с полостью высокого давления, а через дроссельный канал регулятора дренажа - с полостью низкого давления. Каждая разгрузочная камера герметизирована по всему периметру уплотнениями. Дроссельные каналы регуляторов выполнены в виде дросселей типа "сопло-заслонка". Изобретение направлено на снижение нагружения подшипниковых узлов изменением давления рабочей среды в полостях, окружающих ротор. 29 з.п. ф-лы, 23 ил.

1. Опорная система ротора, например, турбомашины, содержащая корпус, ротор и размещенный на части поперечного периметра между их поверхностями ряд разгрузочных камер, окруженных и сообщенных с полостями высокого и низкого давлений, при этом каждая разгрузочная камера сообщена закрытым коммуникационным каналом через дроссельный канал регулятора подвода с полостью высокого давления, а через дроссельный канал регулятора дренажа - с полостью низкого давления, отличающаяся тем, что каждая разгрузочная камера герметизирована по всему периметру уплотнениями, а дроссельные каналы регуляторов выполнены в виде дросселей типа "сопло-заслонка". 2. Опорная система ротора по п. 1, отличающаяся тем, что заслонкой сопла регулятора подвода камеры является поверхность ротора, имеющая взаимно обратные перемещения относительно перемещений частей поверхностей ротора и корпуса, образующих разгрузочную камеру. 3. Опорная система ротора по п. 2, отличающаяся тем, что заслонкой сопла регулятора подвода, размещенного в корпусе разгрузочной камеры, является поверхность, например, образованная Г-образным выступом ротора. 4. Опорная система ротора по п. 2, отличающаяся тем, что заслонкой сопла регулятора подвода, размещенного, например, в Г-образном выступе корпуса, является поверхность проточки ротора. 5. Опорная система ротора по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что заслонкой сопла регулятора дренажа является часть поверхности ротора, образующая разгрузочную камеру. 6. Опорная система ротора по любому из пп. 1-5, отличающаяся тем, что каждый коммуникационный канал сопла регулятора подвода сообщен с распределительным желобом, выполненным на корпусе разгрузочной камеры. 7. Опорная система ротора по любому из пп. 1-6, отличающаяся тем, что каждый коммуникационный канал сопла регулятора дренажа сообщен с распределительным желобом, выполненным на корпусе разгрузочной камеры. 8. Опорная система ротора по любому из пп. 1-7, отличающаяся тем, что каждое сопло регулятора подвода или дренажа сообщено с распределительным желобом дроссельного канала. 9. Опорная система ротора по любому из пп. 1-8, отличающаяся тем, что по периметру каждой разгрузочной камеры выполнены бесконтактные уплотнения. 10. Опорная система ротора по любому из пп. 1-9, отличающаяся тем, что по периметру каждой разгрузочной камеры выполнены контактные уплотнения. 11. Опорная система ротора по любому из пп. 1-10, отличающаяся тем, что дроссельный канал регулятора подвода или дренажа выполнен в виде бесконтактного уплотнения. 12. Опорная система ротора по любому из пп. 1-11, отличающаяся тем, что разгрузочная камера через регулятор подвода сообщена с источником наибольшего давления. 13. Опорная система ротора по п. 12, отличающаяся тем, что на канале подвода рабочей среды к регулятору подвода в разгрузочную камеру от источника наибольшего давления установлен кран включения, при этом на коммуникационном канале полости высокого давления установлен обратный клапан. 14. Опорная система ротора по п. 12, отличающаяся тем, что разгрузочная камера через регулятор дренажа сообщена с источником наименьшего давления. 15. Опорная система ротора по п. 12, отличающаяся тем, что на канале дренажа в источник наименьшего давления установлен кран включения, при этом на коммуникационном канале полости низкого давления установлен обратный клапан. 16. Опорная система ротора по любому из пп. 1-15, отличающаяся тем, что по периметру дроссельный канал регуляторов подвода или дренажа герметизирован бесконтактным уплотнением. 17. Опорная система ротора по любому из пп. 1-16, отличающаяся тем, что источником наибольшего давления является процесс центробежного и инерционного нагнетания в радиальных коммуникационных каналах подвода рабочей среды в разгрузочные камеры. 18. Опорная система ротора по любому из пп. 1-17, отличающаяся тем, что по периметру дроссельный канал регулятора подвода или дренажа герметизирован контактным уплотнением. 19. Опорная система ротора по любому из пп. 1-10, 12-18, отличающаяся тем, что сопло регулятора дренажа каждой разгрузочной камеры выполнено в радиально подвижном в сторону разгрузочной камеры контакторе, фиксированном от проворота и контактирующем с корпусом разгрузочной камеры и заслонкой сопла. 20. Опорная система ротора по п. 19, отличающаяся тем, что в регуляторе дренажа заслонкой сопла, выполненного в подвижном контакторе, является часть поверхности ротора, которая образует разгрузочную камеру и герметизирует сопло при центральном положении ротора и при сближении поверхностей в разгрузочной камере, вызванном отклонением ротора от центрального положения, но образует дроссельный зазор при удалении поверхностей разгрузочной камеры, вызванном смещением ротора от центрального положения. 21. Опорная система ротора по любому из пп. 1-10, 12-20, отличающаяся тем, что сопло регулятора подвода каждой разгрузочной камеры выполнено в радиально подвижном контакторе, фиксированном от проворота и контактирующем с корпусом камеры и заслонкой сопла. 22. Опорная система ротора по п. 21, отличающаяся тем, что заслонкой сопла, выполненного в радиально подвижном контакторе регулятора подвода, является поверхность, имеющая взаимно обратное перемещение относительно перемещений поверхностей разгрузочной камеры, и образующая дроссельный зазор при сближении поверхностей разгрузочной камеры, вызванном смешением ротора из центрального положения, но герметизирующая сопло при центральном положении ротора и при удалении поверхностей разгрузочной камеры, вызванном смещением ротора из центрального положения. 23. Опорная система ротора по п. 22, отличающаяся тем, что заслонкой сопла является поверхность, выполненная, например, в Г-образном выступе ротора. 24. Опорная система ротора по п. 22, отличающаяся тем, что заслонкой сопла является поверхность, выполненная, например, в проточке ротора под Г-образный выступ корпуса.