Устройство управления турбиной Советский патент 1992 года по МПК F01D17/14 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к автоматике, и может быть использовано для управления турбинами с сопловым приводом, например в арматуро- строении,в качестве устройства управления струйным приводом шаровых кранов,

Целью изобретения является обеспечение работоспособности в режиме прямого действия и повышение надежности в большем диапазоне давлений рабочего тела.

На фиг,1 изображено устройство управления турбиной (турбина не показана), в котором поршень с центральным телом установлен с возможностью тройной настройки; на фиг. 2 - вариант устройства, в котором поршень установлен с возможностью настройки начального положения; на фиг, 3 - вариант устройства с дополнительной втулкой для изменения жесткости пружины.

Устройство содержит корпус 1 с крышкой 2, в глухом отверстии 3 которой расположен поршень 4 со штоком 5, имеющим профилированный свободный конец (иглу) 6, установленный в отверстии 7 перегородки 8 корпуса 1 с уплотнениями 9. Перегородка 8 разделяет корпус 1 на полости; управляемую полость 10, образованную поршнем 4 и крышкой 2 и соединенную с каналом 11 подвода регулирующей среды, и полость 12 с каналом 13 подвода рабочего тела и соплом 14 турбины. Игла 6 и сопло 14 в совокупности образуют регулирующий орган в виде сопла с центральным телом.

Канал 11 выполнен в виде сообщенных отверстий: радиального 15 в штоке 5 за его профилированным участком, выходящего в полость 10, и центрального осевого 16 в штоке 5 и поршне 4, выходящего в полость 12. Шток 5 поршня 4 выполнен двухступенчатым с наружной резьбой на ступени А большего диаметра cU, сопрягаемой с внутренней резьбой установленного на этой ступени регулируемого упора 17, образующего

х| ч

ю о

с ним винтовую пару. Упор 17 имеет наружный диаметр D больше диаметра d отверстия 3 крышки 2, глубина Н которого более высоты h поршня 4 по меньшей мере на величину хода I поршня 4. Ход I поршня 4 определяют расстоянием от торца большей ступени А до перегородки 8. В отверстии 7 перегородки 8 расположена с возможностью осевого перемещения часть штока 5 с меньшим диаметром da (d2 di). Поршень 4 с центральным телом 6 подпружинен в направлении от сопла 14 пружиной 18, расположенной между регулируемым упором 17 и перегородкой 8, расстояние между которыми более хода I поршня 4. В корпусе 1 выполнены монтажные окна 19.

В корпусе 1 между пружиной 18 и перегородкой 8 может быть дополнительно уста- новлена с возможностью осевого перемещения втулка 20 с наружной резьбой и центральным отверстием 21. Диаметр d3 отверстия 21 втулки 20 больше диаметра di большей ступени А, а расстояние L от упора 17 до торца втулки 20 более хода I поршня 4.

В устройстве управления турбиной часть корпуса 1 с поршнем 4, перегородкой 8, втулкой 20 и крышкой 2 может быть выполнена в виде ступенчатой втулки 22 с наружной резьбой, герметично установленной в корпусе 1 с возможностью осевого перемещения и фиксации положения.

Устройство управления турбиной работает следующим образом,

В начальном положении поршень 4 с центральным телом б под действием пружины 18 находится в крайнем положении, Настройку этого положения осуществляют поворотом упора 17 на штоке 5 через монтажные окна 19 в корпусе 1 или во втулке 22, что сопровождается осевым перемещением поршня 4 со штоком 5 и иглой 6 (по принципу винт-гайка).

Подача рабочего тела на турбину в заданном режиме осуществляется через канал 13, полость 12 и сопло Нецентральным телом 6. Усилия от давления рабочего тела при этом на поршень 4 равномерно воздействуют на поверхность поршня 4, поскольку поступает в полость 10 по Центральному отверстию, мвнеё усилия пружины 18, поэтому упор 17 прижат к крышке 2, так как его диаметр D больше диаметра d углубления 3 в крышке 2, одновременно определяя И положение иглы 6 в сопле 14 и положение поршня 4 в полости 10. Игла 6 в этом положении полностью ИЛИ частично выдвинута из выходно го отверстия сопла 14, которое определяет величину критического (минимального) сечения сопла 14, необходимую для нормальной работы турбины на заданном (имеющемся) минимальном давлении и заданной (имеющейся) нагрузке, т.е. величина критического сечения сопла 14 определяет расход рабочего тела на турбину и,

следовательно, ее мощность.

Повышение давления рабочего тела сопровождается поступлением регулирующей среды - рабочего тела под этим давлением в полость 10 через канал 11 (т.е. по отвер0 стиям 15 и 16), равномерно воздействует на поверхность поршня 4, т.к. отверстие 16 - центральное, что приводит к превышению усилия на поршне 4 над усилием пружины 18, что обуславливает перемещение поршня

5 4 с иглой 6 влево. При этом игла 6 входит в выходное отверстие сопла 14 турбины, уменьшая его критическое сечение, а следовательно, и расход рабочего тела на турбину, поддерживая таким образом ее

0 мощность в заданном диапазоне. Крайнее левое положение иглы 6 соответствует критическому (минимальному) сечению сопла 14 (см. фиг, 1-3, т. da), при котором поршень 4 со штоком 5 (и игла 6) перемещаются на

5 величину хода I поршня 4, т.е. до упора торца поверхности А штока 5 в перегородку 8. Это положение иглы 6 в сопле 14 задает режим турбины при максимальном давлении рабочего тела (не допускает разгон тур0 бины, т.е. превышение ее мощности).

В случае необходимости расширения диапазона применения устройства по давлению рабочего тела соответственно изменяют его настройку вращением упора 17 до

5 требуемого увеличения полного хода I.

Для подстройки на требуемой закон.уп- равления воздействием на положение втулки 20 через окна 19 изменяют предварительное натяжение пружины 18.

0 При осевом перемещении поршня 4 шток 5 перемещается в отверстии 21 во втулке 20 до упора поверхностью А в перегородку 8, поскольку ее диаметр da менее диаметра d 1 (62 d 1) отверстия 21, что позво5 ляет использовать втулку 20 без увеличения габаритов устройства. Благодаря тому, что расстояние L от торца упора 17 до торца втулки 20 и от торца поршня 4 до упора 25 более хода I поршня 4, последний имеет

0 возможность осевого перемещения в корпусе 1 на требуемую величину. При необходимости существенного изменения закона управления необходимо поменять пружину 18 на более или менее жесткую, а затем

5 настроить ее на требуемое предварительное натяжение посредством вращения втулки 20.

В случае выполнения части корпуса 1 в виде отъемной ступенчатой втулки 22 ее на- именьшая ступень, выполняющая роль подвижной перегородки 8 с уплотнениями 9, отделяет полость 12, предотвращая потери давления рабочего тела, поступающего в полость 10, обеспечивая точную работу устройства. Промежуточная ступень втулки 22, соединенная с корпусом 1 и с втулкой 20 посредством резьбы, позволяет изменять начальное положение иглы 6 относительно выходного отверстия сопла 14 путем прово- рота втулки 22 в корпусе 1, что в результате определяет диапазон изменения критического сечения для данного диапазона давлений.

При необходимости использования турбины в другом диапазоне по нагрузке воз- можна быстрая (за счет модульного исполнения) замена части корпуса 1 с соплом 14 на сопло с требуемыми геометрическими параметрами,

Отьемная часть (втулка 22 с крышкой 2 и ее содержимым) может быть помещена в защитный кожух 23 для предохранения от внешних механических воздействий, На случай разгерметизации стыка перегородки 8 со штоком 5 в кожухе 23 выполнены окна 24 для стравливания рабочего тела из промежуточной (предпоршневой) полости.

Устройство управления турбиной обеспечивает более широкий, по сравнению с прототипом, диапазон применения по давлению, причем в режиме прямого действия, благодаря установке в корпусе поршня с центральным телом с возможностью настройки и изменения его начального поло- жения в отношении выходного сопла, благодаря возможности изменения усилия натяжения пружины, обеспечивающего требуемый закон регулирования, и выполнению канала в штоке и поршне, сообщающего входную полость с полостью за поршнем, т.е. обеспечивающего использование рабочего тела в автономном режиме в качестве регулирующей среды.

Формулаизобретения

1, Устройство управления турбиной, содержащее установленный в глухом отверстии крышки корпуса подпружиненный поршень со штоком, установленным в перегородке корпуса с образованием регулирующего органа в виде сопла с центральным телом между профилированным концом штока и соплом турбины, связанным с каналом подвода рабочего тела, причем управляемая полость, образованная поршнем и крышкой корпуса, соединена с каналом подвода регулирующей среды, отличающееся тем, что, с целью обеспечения работоспособности в режиме прямого действия и повышения надежности в большем диапазоне давлений рабочего тела, устройство содержит регулируемый упор с внутренней резьбой, канал подвода регулирующей среды выполнен в штоке и поршне и соединен с каналом подвода рабочего тела, глубина центрального отверстия крышки больше длины поршня, по меньшей мере на величину его хода, шток выполнен двухступенчатым, причем ступень большего диаметра имеет наружную резьбу, образующую с внутренней резьбой упора, наружный диаметр которого больше диаметра отверстия крышки, винтовую пару, корпус имеет монтажные окна, а пружина расположена между перегородкой корпуса и регулируемым упором, расстоя- ние между которыми больше хода поршня, а расстояние от большей ступени штока до перегородки равно ходу поршня.

2.Устройство поп. 1,отличающее- с я тем, что устройство дополнительно содержит втулку с наружной резьбой и центральным отверстием, установленную с возможностью осе вого перемещения в корпусе между пружиной и перегородкой, причем диаметр центрального отверстия втулки больше диаметра большей ступени штока, а расстояние от упора до торца втулки больше хода поршня.

3.Устройство по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю- щ е е с я тем, что часть корпуса с поршнем, перегородкой, втулкой и крышкой вы полне- на в виде ступенчатой втулки с наружной резьбой, герметично установленной в корпусе с возможностью осевого перемещения и фиксации положения.

01 L 9

Использование: машиностроение, устройства управления струйным приводом шаровых кранов, Сущность изобретения: повышение давления рабочего тела приводит к перемещению поршня 4 с иглой 6 влево. Игла 6 входит в выходное отверстие сопла 14 турбины. Мощность турбины поддерживается в заданном диапазоне. Крайнее левое положение иглы 6 соответствует критическому сечению сопла 14. Для подстройки не требуемый закон управления через окна 19 изменяют предварительное натяжение пружины 18. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1гпф 01 h Г ft V 91

II

/I

it 61 91

//

I U Li 61

jf Si II

L 8 6 9 U l

S 01 H

9 SI Јf