РАБОЧЕЕ КОЛЕСО ПОВОРОТНО-ЛОПАСТНОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 2003 года по МПК F03B3/14 

Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано в гидротурбинах с поворотно-лопастными рабочими колесами.

Известно поворотно-лопастное рабочее колесо (Бронштейн Л.Я. и др. Справочник конструктора гидротурбин. Л.: Машиностроение, 1971, стр. 171), содержащее корпус, лопасти, состоящие из пера и цапфы, механизм поворота лопастей, штифты и гайки, причем рычаги механизма поворота лопастей, установленные на цапфах лопастей, зафиксированы от вращения относительно цапф заходящими одновременно в тело цапфы и тело рычага штифтами, оси которых параллельны осям соответствующих цапф, лопасти зафиксированы в корпусе в осевом направлении, а рычаги зафиксированы от перемещения вдоль соответствующих цапф гайками, навернутыми на резьбовую часть цапф.

Недостатком такого колеса является увеличенный радиальный размер корпуса из-за необходимости размещения фиксирующих гаек, что влечет за собой ухудшение его гидравлических параметров, увеличение металлоемкости гидротурбины. Кроме того, данный способ фиксации лопасти усложняет технологический цикл сборки рабочего колеса.

В основу настоящего изобретения положено конструктивное решение задачи осевой фиксации лопасти в корпусе рабочего колеса путем изменения ориентации фиксирующих штифтов.

Техническим результатом заявляемого изобретения является соединение лопасти поворотно-лопастного рабочего колеса с рычагом, обеспечивающее крепление лопасти в колесе без элементов, увеличивающих размеры корпуса рабочего колеса, что приводит к упрощению конструкции, улучшению массогабаритных показателей и, таким образом, к повышению технологичности изготовления и сборки колеса.

Технический результат достигается в заявляемом рабочем колесе поворотно-лопастной турбины, содержащем корпус, установленные на нем лопасти, каждая из которых состоит из пера и цапфы, и зафиксирована в корпусе от перемещения в направлении оси цапфы, а также механизм поворота лопастей, рычаги которого, установленные на цапфах лопастей, зафиксированы от перемещения вдоль осей цапф, а штифтами, заходящими одновременно в тело цапфы и тело рычага, зафиксированы от проворота вокруг цапф штифты установлены так, что оси штифтов не параллельны осям цапф и смещены от них. В частном случае выполнения рабочего колеса поворотно-лопастной турбины что штифты могут быть установлены так, что их оси перпендикулярны осям цапф и смещены от них. Кроме того, для оптимизации изгибной прочности цапфы в заявляемом рабочем колесе поворотно-лопастной турбины штифты располагают таким образом, что главная ось инерции минимального по площади поперечного сечения цапфы в месте установки штифтов, относительно которой момент инерции сечения максимален, перпендикулярна вектору равнодействующей гидродинамических сил, действующих на лопасть.

Сущность изобретения поясняется далее примером его использования, иллюстрируемом фиг.1 и 2, на которых показаны соответственно продольный и поперечный разрезы рабочего колеса, где:
1. Корпус.

2. Перо.

3. Цапфа.

4. Рычаг механизма поворота лопасти.

5. Штифт.

Рабочее колесо содержит корпус 1, лопасти, состоящие из пера 2 и цапфы 3, механизм поворота лопастей с рычагами 4 и штифты 5. Рычаги 4, установленные на цапфах 3, зафиксированы от вращения вокруг цапф 3 и осевого перемещения относительно цапф 3, а лопасти зафиксированы в корпусе 1 в осевом направлении заходящими одновременно в тело цапфы 3 и тело рычага 4 штифтами 5, оси которых не параллельны осям цапф 3 и смещены от них, а главная ось инерции минимального поперечного сечения А цапфы 3 в месте установки штифтов 5, относительно которой момент инерции сечения максимален, перпендикулярна вектору равнодействующей гидродинамических сил, действующих на лопасть.

При необходимости поворота лопасти рабочего колеса при работе турбины рабочее усилие от рычага 4 механизма поворота лопасти через штифты 5 передается на лопасть, заставляя ее вращаться вокруг оси цапфы 3, а центробежная сила, действующая на лопасть, через штифты 5 передается на рычаг 4 и на корпус 1 рабочего колеса, что обеспечивает осевую фиксацию лопасти относительно корпуса 1.

В отличие от прототипа в заявляемом рабочем колесе отсутствуют гайки осевой фиксации лопасти относительно корпуса, а штифты не параллельны осям соответствующих цапф, что позволяет снизить радиальный размер корпуса колеса, снизить его металлоемкость и упростить сборку рабочего колеса.

Таким образом, в заявляемом изобретении достигнуто повышение технологичности изготовления и сборки и улучшение массогабаритных показателей за счет уменьшения радиального размера корпуса, упрощения конструкции и сборки рабочего колеса.

Рабочее колесо предназначено для использования в гидротурбинах с поворотно-лопастными рабочими колесами. Рабочее колесо содержит корпус, установленные на нем лопасти, каждая из которых состоит из пера и цапфы, и механизм поворота лопастей, рычаги которого установлены на цапфах лопастей. Лопасти зафиксированы в корпусе от перемещения в направлении оси цапфы, а рычаги зафиксированы от проворота вокруг цапф и от перемещения вдоль осей цапф заходящими одновременно в тело цапфы и тело рычага штифтами, оси которых не параллельны осям цапф и смещены от них, а главная ось инерции минимального поперечного сечения цапфы в месте установки штифтов, относительно которой момент инерции сечения максимален, перпендикулярна вектору равнодействующей гидродинамических сил, действующих на лопасть. Конструкция рабочего колеса позволяет повысить технологичность и улучшить массогабаритные показатели за счет уменьшения радиального размера корпуса, упрощения конструкции и сборки рабочего колеса. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Рабочее колесо поворотно-лопастной турбины, содержащее корпус, установленные на нем лопасти, каждая из которых состоит из пера и цапфы и зафиксирована в корпусе от перемещения в направлении оси цапфы, а также механизм поворота лопастей, рычаги которого, установленные на цапфах лопастей, зафиксированы от перемещения вдоль осей цапф, а штифтами, заходящими одновременно в тело цапфы и тело рычага, зафиксированы от проворота вокруг цапф, отличающееся тем, что штифты установлены так, что оси штифтов не параллельны осям цапф и смещены от них. 2. Рабочее колесо по п.1, отличающееся тем, что штифты установлены так, что их оси перпендикулярны осям цапф и смещены от них. 3. Рабочее колесо по п.1 или 2, отличающееся тем, что штифты расположены таким образом, что главная ось инерции минимального по площади поперечного сечения цапфы в месте установки штифтов, относительно которой момент инерции сечения максимален, перпендикулярна вектору равнодействующей гидродинамических сил, действующих на лопасть.