Устройство для гидрорегулирования ротора ротативной машины Советский патент 1992 года по МПК G05D13/42 

Изобретение относится к области энергомашиностроения, в частности, к устройства гидрорегулирования моментных характеристик роторов ротативных машин, преимущественно крутящего момента на валу ротора,

Известны конструктивные решения, например, турбин (1), в которых при резком уменьшении нагрузки на валу ротора предельная частота вращения ограничивается использованием специальных конструктивных элементов в проточной части двигателя, т.е. получением компенсирующего, момента, создающего эффект торможения и имитирующего внешнюю нагрузку двигателя. Компенсирующий момент на валу ротора в этом случае получается за счет энергии самой рабочей среды двигателя и представляет собой фактически дополнительный1 крутящий момент, противоположно направленный основному крутящему моменту, развиваемому двигателем на валу ротора. Такие технические решения позволяют частично уменьшить предельную частоту вращения ротора и создать дополнительный нагрузочный момент для двигателя.

В отдельных ротативных машинах мо- ментные характеристики роторов изменяются за счет регулирования мощности двигателей независимо от потребителя энергии. Такое регулирование возможно при непосредственном изменении располагаемой энергии или расхода рабочей среды, используемой в двигателе, и требует в основном сложной аппаратуры для автоматического регулирования и контроля, так как обычно двигатели при резком сбросе мо- ментной нагрузки со стороны потребителя энергии склонны к резкому увеличению оборотов, называемых угонными, при которых значительно увеличиваются динамические напряжения во вращающихся деталях, которые становятся источниками аварийных ситуаций.

Известно устройство для автоматической защиты турбины при уменьшении нагрузочного момента и резком увеличении оборотов ротора, содержащее датчик, вы - полненный в виде охватывающего вал двигателя и подпружиненного груза с центром тяжести, смещенным относительно оси вращения вала, и сервомотор стопорного кла(Л

С

vj ho vl

ю

пана, импульсная линия которого подключена к датчику, С целью повышения надежности груз выполнен в виде рамки с двумя Соковыми плоскими стенкями, снабженными окнами, на валу снаружи выполнены плоские скосы, прилегающие к стенкам рамки. а внутри вала - каналы, подключенные к импульсной линии и взаимодействующие с окнами.

Недостатки приведенного устройства: Значительное усложнение конструк - ции, повышенная стоимость изготовления недостаточная надежность на переменных режимах,

Цель изобретения - повышение эффективности гидрорегулирования момент ных характеристик ротора рогатиной машины путем создания дополнительного крутящего момента на валу за счет энергии жидкости, заполняющей полый вал, при ее центробежном истечении через сужающиеся сопла.

Сущность предлагаемого устройства состоит в получении дополнительного крутящего момента на валу ротора, совпадающего по направлению с основным крутящим моментом, развиваемым двигателем при достижении ротативной машиной номинальных или расчет ных оборотов и, со- отоетстаонно, дополнительного крутящего момента на валу ротора, противоположно направленного относительно основного крутящего момента двигателя, при превышении ротативной машиной номинальной или расчетной частоты вращения, т.е. обеспечивающего торможение ротора,

Отличительными признаками з заявляемом решении являются:

-использование узла формирования дополнительного крутящего момента, выполненного з виде двух блоков сопел, расположенных в полости вала, поперечное сечение которых совмещено с продольными сечениями сопел блоков;

- блоки сопел симметрично разнесены в радиальном направлении,что обеспечивает минимум дисбаланса ротооа при вращении;

-каждый блок состоит из двух противоположно и гангенцпапьно направленных сопел, соединенных радиальным каналом, снабженным отверстием для подвода жидкости, и из отсекателя потока жидкости;

-огсекатели размещены в радиальном канале с возможностью перекрытия отверстия для подвода жидкости при возвратно- поступательном движении вдоль радиального канала:

-отсекателп потока жидкости блоков сапзаны между собой упругим элементом,

а горцы сопел каждого блока выведены на наружную поверхность вала.

Автору не известны технические решения для гидрорегулирования ротора путем

создания дополнительного крутящего момента на валу, с указанной совокупностью признаков, что позволяет предполагать соответствие предлагаемого изобретения критерию существенные отличия,

0 Поставленная цель достигается тем, что в полом валу ротора ротативной машины, заполненном жидкостью, расположен узел формирования дополнительного крутящего момента, выполненного в виде двух блоков

5 сопл, поперечное сечение которого совмещено с продольными сечениями сопл блоков. При вращении ротора жидкость, находящаяся в полом валу, под действием центробежных сил аккумулирует энергию,

0 реакция струи истечения которой из полости сопла за пределы наружной поверхности вала используется в качестве гидрорегулирования ротора. Каждый блок сопл состоит из двух противоположно и тан5 гепциалыю направленных сопл и отсекателя потока жидкости, расположенного в радиальном канале, соединяющего сопла. Радиальный канал снабжен отверстием подводя жидкости.

0 При наборе оборотов и выходе двигателя на номинальный или расчетный режим работы, отсекатель потока под действием упругой связи, перекрывает канал одного сопла и поток жидкости под действием поля

5 центробежных сил устремляется в открытый канал другого противоположно направленного сужающегося сопла. Реакция вытекающей из сопла жидкости в этом случае создает дополнительный крутящий момент

0 на валу ротора, совпадающий.по направлению с основным крутящим моментом, развиваемым ротативной машиной, и суммарный крутящий момент на валу ротора возрастает, достигая своего максимума

5 при номинальных или расчетных режимах работы ротативной машины с соответствующей номинальной или расчетной частотой аращен 1Я ротора.

При увеличении частоты вращения ро0 юра выше номинальных или расчетных, от- секатепь потока под действием центробежных сил, преодолевая сопротивление упругой связи, занимает новое край- йсе положение в радиальном канале и

5G перекрывает входную часть второго сопла, радиально расположенного дальше от центральной оси вала. Поток жидкости под действием центробежных сил устремляется в открытый канал сопла, радиально располоJiieHHOro ближе к центральной оси вала. Дополнительный крутящий момент, создаваемый в этом случае истечением жидкости и сопла по направлению будет противоположным основному крутящему моменту, развиваемому ротативной машиной, и сум- марный крутящий момент на валу ротора будет уменьшаться, а частота вращения ротора стабилизируется.

На фиг,1 изображен схематично продольный разрез предлагаемого устройства для гидрорегулирования ротора ротативной машины; на фиг.2, фиг.З - вид по .сечению А-А фиг.1, а на фиг,4 - вид по сечению Б - Б фиг. 1.

Вращение ротора отсутствует.

Устройство для гидрорегулирования ротора ротативной машины состоит из полого вала 1. наполненного жидкостью 2, и содержит узел формирования дополнительного крутящего момента, выполненного в виде двух блоков противоположно направленных сопл 3 и 4, отсекателя 5, радиального кайала 6 и упругой связи 7. Полый вал 1 с зазором установлен в неподвижном корпусе 8, содержащем лабиринтно-винтовой на- сое 9, наружное уплотнение 10, сборник 11 высоконапорной жидкости и опускные трубы 12.

Устройство для гидрорегулирования ротора ротативной машины работает следую- щим образом.

При частоте вращения вала 1 не превышающей номинальную или расчетную, отсе- катель потока 5 под действием упругой связи 7 занимает в радиальном канале край- нее положение и перекрывает входную часть канала сопла 4, расположенного на меньшем радиусе (фиг.2). Жидкость 2 под действием центробежных сил аккумулирует энергию, которая расходуется на создание дополнительного крутящего момента на валу ротора в результате центробежного истечения жидкости 2 из сопла 3. Отработанная жидкость выбрасывается в полость между корпусом 8 и валом 1. Дополнительный кру- тящий момент в этом случае суммируется с основным крутящим моментом, развиваемым ротативной машиной, так как оба крутящих момента совпадают по направлению. Скапливающаяся жидкость 2 в полости меж- ду корусом 8 и валом 1 с помощью лабирин- тно-винтового насоса 9 перекачивается в сборник 11, выполненный в виде кольцевого коллектора и по опускным трубам 12 нагнетается вновь в полость вала 1. Для предотв- ращения утечек жидкости корпус 8 снабжен наружными уплотнениями 10.

При частоте вращения вала 1, превышающей номинальную или расчетную, отсека- тель потока 5 под действием центробежных

сил преодолевает сопротивление упругой связи 7 и занимает новое крайнее положение, перекрывая при этом входную часть канала сопла 3 (фиг.З). Жидкость 2 под действием центробежных сил устремляется в канал сопла 4, Реакция струи жидкости 2, покидающей сопло 4, создает дополнительный крутящий момент на валу ротора, который противоположно направлен по отношению к основному крутящему моменту, создаваемому ротативной машиной, что приводит к торможению ротора и частота вращения ротативной машины стабилизируется. Отработанная жидкость, скапливающаяся в полости между корпусом 8 и валом 1, возвращается в полость вала 1, как и в первом случае.

Энергия, потребляемая лабиринтно- винтовым насосом 9, компенсируется энергией центробежного истечения жидкости из сопла 3 в результате действия дополнительного крутящего момента на валу ротора при выходе ротативной машины на номинальный или расчетный режим работы. При увеличении частоты вращения выше номинальной или расчетной лабиринтно- винтовой насос 9, потребляя энергию, усиливает дополнительный крутящий момет на валу ротора, который в этом случае противоположно направлен основному крутящему моменту, развиваемому двигателем ротативной машины, и эффективность стабилизации ротора возрастает.

Изменение моментных характеристик ротора ротативной машины за счет энергии жидкости, находящейся в полости вала, - основной принцип гидрорегулировакия ротора ротативной машины, осуществленный в данном техническом решении для защиты конструкции отугонных оборотов. Формула изобретения Устройство для гидрорегулирования ротора ротативной машины, содержащее неподвижный корпус с полостью, заполненной жидкостью, упругий элемент, вал с полостью, установленный в полости корпуса с возможностью вращения и заполненный жидкостью, причем полость вала сообщена с полостью корпуса, отличаю ще-еся тем, что, с целью повышения эффективности, устройство снабже- ноузлом формирования дополнительного крутящего момента, выполненного в виде двух блоков сопел, расположенных в полости вала, поперечное сечение которого совмещено с продольны- мисечениямисопел блоков, причем блоки сопел симметрично разнесены в радиальном направлении, а каждый блок сопел состоит из двух противоположно и тангенциально направленных сопел, соединенных радиальным каналом, снабженным отверстием для

подвода жидкости, и из отсекателя потока жидкости, размещенные в радиальном канале с возможностью перекрытия отверстия для подвода жидкости при

радиального канала, причем отсекатели потока жидкости блоков связаны между собой упругим элементом, а торцы сопел каждого блока выведены на наружную поверхность

Изобретение относится к области энергомашиностроения, в частности к технике регулирования моментных характеристик роторов ротативных машин. Цель изобретения - повышение эффективности. Цель достигается за счет того, что устройство снабжено узлом формирования дополнительного крутящего момента, выполненного в виде двух блоков сопл, расположенных в полости вала и симметрично разнесенных в радиальном направлении.4 ил.

возвратно-поступательном движении вдоль 5 вала.

Фиь.г

А

Ч

8

V-V г г/70

V

16LZLLI

V-V