УПЛОТНЕНИЕ ЛОПАСТИ РАБОЧЕГО КОЛЕСА ПОВОРОТНО-ЛОПАСТНОЙ ГИДРОТУРБИНЫ Российский патент 2003 года по МПК F16J15/00 F03B3/00 

Изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано в конструкциях уплотнений лопастей рабочих колес поворотно-лопастных гидромашин.

Известна конструкция рабочего колеса гидромашины (а.с. 473846, МПК F 03 В 3/06, опубл. 14.06.75г., БИ 22), уплотнение лопасти которого состоит из наружного и внутреннего кольцевых эластичных элементов, отделяющих друг от друга полости, заполненные маслом и водой. Между эластичными элементами расположено состоящее из отдельных секторов (именуемых в описании изобретения сегментами) плоское металлическое кольцо, совместно с эластичными элементами образующее в районе уплотняемого фланца лопасти сливную полость. При этом эластичные элементы и сектора разделительного кольца закреплены неподвижно на корпусе втулки рабочего колеса и прижаты к нему со стороны воды прижимным кольцом.

Недостатком устройства является недостаточно продолжительный срок службы уплотнений полостей рабочего колеса гидромашины, т.к. материал эластичных элементов уплотнений со временем стареет. При этом контактирующий с маслом эластичный элемент со временем размягчается и вытягивается, контактирующий с водой - становится жестче и охрупчивается. К тому же со временем в эластичных элементах накапливаются остаточные деформации, что приводит к постепенному снижению контактных напряжений на уплотняемых поверхностях, следствием чего является нарушение герметичности уплотнения, и часть масла из сливной полости может попасть в воду. Со временем происходит и значительное уменьшение радиуса изгиба испытывающего давление масла эластичного элемента на переходе "разделительное кольцо - фланец лопасти", что может привести к отслоению торцевой части эластичного элемента от уплотняемой поверхности с образованием сквозного масляного клина между охватывающим фланец лопасти участком эластичного элемента и поверхностью фланца. При этом протечки масла могут иметь место, практически, по всему уплотняемому периметру лопасти, что приведет к попаданию масла в воду и загрязнению водотока.

Наиболее близким к предлагаемому решению является уплотнение лопасти рабочего колеса поворотно-лопастной гидромашины (а.с. 1259731, МПК F 03 В 3/00, опубл. 23.06.1990г., БИ 23), содержащее размещенные в расточке корпуса прижимную втулку и пару манжет с отогнутыми в противоположные стороны кольцевыми участками, охватывающими фланец лопасти, а также эластичный элемент, охватывающий фланец между кольцевыми участками манжет. При этом стенка расточки корпуса и втулка имеют со стороны фланца обращенные один к другому скосы, манжеты вне зоны последних соединены между собой, а в зоне скосов контактируют с ними и с кольцевым эластичным элементом.

Недостатком данного уплотнения является непродолжительный срок службы, поскольку кольцевой эластичный элемент, зажатый между манжетами и фланцем лопасти, в условиях возвратно-вращательного движения последнего подвержен воздействию значительных знакопеременных нагрузок, что быстро приводит к его разрыву, в результате чего уплотнение выходит из строя.

Поставлена задача - разработать такую конструкцию уплотнения, которая позволит значительно увеличить межремонтный срок его службы.

Данная задача решается за счет того, что в уплотнении лопасти рабочего колеса поворотно-лопастной гидротурбины, содержащем в расточке корпуса прижимную втулку и пару эластичных манжет, имеющих отогнутые в противоположные стороны кольцевые участки, охватывающие уплотняемую поверхность фланца лопасти, согласно изобретению манжеты отделены друг от друга жестким разделительным кольцом, неподвижно закрепленным на корпусе рабочего колеса, а разделительное кольцо снабжено направляющими втулками и выполнено двояковыпуклым в зоне контакта манжет со скошенными в разные стороны поверхностями расточки корпуса и прижимной втулки.

Кроме того, манжеты снабжены упругими элементами, выполненными, например, из намагничивающегося материала.

Кроме того, охватывающие уплотняемую поверхность фланца лопасти участки манжет снабжены постоянными магнитами, ориентированными одноименными полюсами относительно магнитов, установленных в расточке корпуса и на прижимной втулке, и ориентированными разноименными полюсами относительно магнитов, установленных на фланце лопасти под его уплотняемой поверхностью.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображено уплотнение лопасти рабочего колеса поворотно-лопастной турбины, продольный разрез;
На фиг.2 - то же, поперечный разрез.

Устройство состоит из эластичных манжет 1 и 2, имеющих отогнутые в противоположные стороны кольцевые участки 3 и 4, охватывающие уплотняемую поверхность фланца лопасти 5. Между эластичными манжетами 1 и 2 установлено жесткое разделительное кольцо 6, неподвижно закрепленное на корпусе рабочего колеса 7. Разделительное кольцо 6 имеет двояковыпуклый профиль в зоне контакта манжет 1 и 2 со скошенными в разные стороны поверхностями прижимной втулки 8 и расточки корпуса 9. Разделительное кольцо 6 снабжено направляющими втулками 10, которые обеспечивают соосность установки разделительного кольца 6 и прижимной втулки 8 при монтаже узла уплотнения.

Для обеспечения гарантированного прижима кольцевых участков 3 и 4 манжет 1 и 2 к уплотняемой поверхности фланца лопасти 5 манжеты снабжены упругими элементами 11.

С целью усиления прижима участков 3 и 4 манжет 1 и 2 к уплотняемой поверхности лопасти 5 при длительной эксплуатации уплотнения упругие элементы 11 выполнены из намагничивающегося материала, а в торцевой части манжет 1 и 2 расположены постоянные магниты 12, при этом на прижимной втулке 8 и в упорной части расточки корпуса 9, а также на фланце лопасти 5 в специальных пазах расположены постоянные магниты 13 и 14, причем магниты 12 и 13 обращены друг к другу одноименными полюсами, а 12 и 14 разноименными.

При сборке узла уплотнения корневые участки эластичных манжет 1 и 2 оказываются надежно защемленными соответственно между корпусом рабочего колеса 7 и жестким разделительным кольцом 6, а также между жестким разделительным кольцом 6 и прижимной втулкой 8. При этом кольцевые участки 3 и 4 манжет 1 и 2, охватывая уплотняемую поверхность фланца лопасти 5, за счет упругих сил, возникающих при изгибе манжет и упругих элементов 11, надежно прижимаются к уплотняемой поверхности. Направляющие втулки 10 гарантируют соосность совмещения прижимной втулки 8 и разделительного кольца 6 при сборке узла уплотнения, обеспечивая равномерное обжатие манжет 1 и 2 по периметру уплотнения.

Расположенные на фланце лопасти 5 магниты 14 и магниты 12, расположенные в торцевой части манжет 1 и 2, обращены друг к другу разноименными полюсами, что обусловливает их взаимное притяжение и, как следствие, дополнительное поджатие кольцевых участков 3 и 4 манжет 1 и 2 к уплотняемой поверхности. Магниты 14 намагничивают и упругие элементы 11, обеспечивая дополнительное поджатие манжет к уплотняемой поверхности фланца 5.

Расположенные в упорной части расточки корпуса 9 и на прижимной втулке 8 магниты 13 и магниты 12 обращены друг к другу одноименными полюсами, что обусловливает их взаимное отталкивание и, как следствие, дополнительное поджатие кольцевых участков 3 и 4 манжет 1 и 2 к уплотняемой поверхности фланца лопасти 5.

При работе гидротурбины кольцевые участки 3 и 4 эластичных манжет 1 и 2 дополнительно поджимаются давлением масла и воды к уплотняемой поверхности фланца лопасти 5.

В процессе работы гидроагрегата материал манжет 1 и 2 изменяет свои физико-механические характеристики и прижим манжет к уплотняемой поверхности фланца 5 за счет упругости самого материала манжет постоянно уменьшается, а надежная герметизация изолируемых объемов в течение длительного срока обеспечивается лишь за счет работы магнитных сил и работы на изгиб упругих элементов 11.

Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет значительно увеличить межремонтный срок службы уплотнения.

Изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано в конструкциях уплотнений лопастей рабочих колес поворотно-лопастных гидромашин. В уплотнении лопасти рабочего колеса поворотно-лопастной гидротурбины, содержащем внешнее и внутреннее прижимные кольца, эластичные манжеты, имеющие отогнутые в противоположные стороны кольцевые участки, охватывающие уплотняемую поверхность фланца лопасти, и отделенные друг от друга жестким разделительным кольцом, неподвижно закрепленным на корпусе втулки рабочего колеса, разделительное кольцо снабжено направляющими втулками и выполнено двояковыпуклым в зоне контакта манжет со скошенными в разные стороны поверхностями прижимных колец. Конструкция уплотнения позволяет повысить его эксплуатационную надежность за счет значительного сокращения вероятности возникновения протечек масла и воды и увеличить межремонтный срок службы. 3 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Уплотнение лопасти рабочего колеса поворотно-лопастной гидротурбины, содержащее внешнее и внутреннее прижимные кольца и пару эластичных манжет, имеющих отогнутые в противоположные стороны кольцевые участки, охватывающие уплотняемую цилиндрическую поверхность, и отделенных друг от друга неподвижно закрепленным жестким разделительным кольцом, отличающееся тем, что разделительное кольцо выполнено двояковыпуклым в зоне контакта манжет со скошенными в разные стороны поверхностями прижимных колец и снабжено направляющими втулками. 2. Уплотнение по п. 1, отличающееся тем, что манжеты снабжены упругими элементами. 3. Уплотнение по п. 1, отличающееся тем, что охватывающие уплотняемую цилиндрическую поверхность участки манжет снабжены постоянными магнитами, ориентированными одноименными полюсами относительно магнитов, установленных на внутреннем и внешнем прижимных кольцах, и ориентированными разноименными полюсами относительно магнитов, установленных под уплотняемой цилиндрической поверхностью. 4. Уплотнение по пп. 2 и 3, отличающееся тем, что упругие элементы выполнены из намагничивающегося материала.