Турбинный двигатель Советский патент 1993 года по МПК F01D21/02 F01D15/06 

Изобретение относится к турбоприво- дамс регуляторами частоты вращения и может быть использовано в качестве пневмодвигателя различных агрегатов, приборов и механизированного инструмента, не допускающих даже кратковременную работу на частотах вращения выше некоторого значения.

Известен турбинный двигатель для привода механизированного инструмента, включающий в себя корпус с установленной в нём центростремительной турбиной и регулятор частоты вращения. Последний представляет собой центробежный датчик частоты вращения и подключенный к нему золотник с кольцевой проточкой, расположенный во втулке с окнами подвода и отвода. Втулка с золотником.установлена на выходе из центростремительной турбины.

Недостатком данного устройства является невозможность обеспечения высокой надежности функционирования приводимого в действие инструмента из-за повышенного заброса по частоте вращения Дптах при включении турбодвигателя. Он может составлять до 35% от номинального уровня частоты вращения. Последнее зачастую приводит к разрыву инструмента.

Еще одним фактором обусловливающим низкую надежность механизированного инструмента, является довольно большой период времени гот момента включения до момента стабилизации частоты вращения на номинальном уровне (при допустимом отклонении от последнего). Многократная циклическая перегрузка инструмента центробежными силами обусловливает его быстрое повреждение.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является турбинный двигатель, состоящий из корпуса с установленной в нем осевой турбиной и регулятора частоты вращения. Осевая турбина этого устройства представляет собой микротурбину, состоящую из соплового аппарата и рабочего колеса. Рабочее колесо располагается на валу, который связан с механическим центробежным датчиком частоты вращения. Датчик же частоты вращения подключен к золотнику с проточкой, установленным во втулке с окнами подвода и отвода рабочего тела. Причем втулка с золотником расположены в проточной части на входе в турбину таким образом, что окно подвода подключено ко входной магистрали рабочего тела, а окно отвода соеди- . нено каналом с сопловым аппаратом. Такое размещение втулки с золотником позволяет несколько снизить заброс по частоте враще0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ния (до 10% 15% от номинального уровня) в момент запуска двигателя и таким образом несколько повысить надежность устройства - потребителя мощности.

Вместе с тем, недостатком описанного устройства является обеспечение невысокой надежности устройства - потребителя мощности из-за большого периода времени гот запуска двигателя до момента стабилизации частоты вращения на номинальном уровне. Величина заброса по частоте вращения Дптах остается также довольно большой, особенно при высоких частотах вращения. При расчетной частоте вращения п 25 10 мин величина Лптах/n может даже превысить 15%. Последнее естественно не способствует обеспечению высокой надежности устройства - потребителя мощности.

Целью предполагаемого изобретения является обеспечение повышения надежности устройства-потребителя мощности за счет снижения заброса по частоте вращения при включении двигателя и уменьшения периода времени от момента включения до момента стабилизации частоты вращения на номинальном уровне.

Поставленная цель достигается за счет того, что втулка имеет дополнительное проходное окно отвода, а сопловой аппарат -- тормозной лопаточный сектор, связанный каналом с дополнительным окном отвода втулки, причем расстояние между окнами отвода втулки равно ширине проточки золотника.

На фиг.1 изображена конструктивная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.З - развертка цилиндрического сечения рабочего и сопловых лопаточных венцов по среднему диаметру DCp.

Основными частями турбинного двигателя являются корпус 1, парциальная турбина и регулятор частоты вращения.

. В корпусе 1 выполнено подводящее рабочее тело отверстие 2, распределительная проточка 3, проточка 4 с каналом 5 и проточка 6 с каналом 7.

Парциальная турбина состоит из рабочего колеса 8, расположенного на валу 9, и соплового аппарата 10 с основным 11 и тормозным 12 секторами лопаточных венцов.

Регулятор частоты вращения включает в себя механический центробежный датчик частоты вращения, втулку и подпружиненный золотник.

Центробежный датчик частоты вращения представляет собой грибок 13 и спец- гайку 14, в пазах которой располагается два.

шарика 15. Сама спецгайка 14 установлена в палу 9.

Во втулке 16 расположен золотник 17. Золотник 17 имеет проточку 18:. С одной стороны в него упирается пружина 19, сила сжатия которой регулируется гайкой 20. а с другой стороны золотник 17 через подшипник 21 и пяту 22 контактирует с грибком 13.

Втулка 16 запрессована в корпус 1. Во втулке 16 выполнено окно подвода 23. основное окно отвода 24 и дополнительное окно отвода 25. Основное окно отвода 24 предназначено для подачи рабочего тела к основному сектору лопаточного венца 11 соплового аппарата 10. Дополнительное окно отвода 25 используется для подачи рабочего тела к сектору тормозного лопаточного венца 12. Ширина окон отвода 24 и 25 одинакова и на 0,2-0,5 мм меньше хода S золотника. Кроме того, в конструкции регулятора выполняется соотношение , а ширина проточки золотника 17 равна расстоянию между окнами отвода 24 и 25 втулки 16. Последнее соотношение особенно важно, так как оно обусловливает своевременную подачу рабочего тела к сектору тормозного лопаточного венца 12.

Работает турбинный двигатель следующим образом. При запуске двигателя через подводящее отверстие 2 в проточку 3 подается рабочее тело, которое через окно подвода 23 заполняет проточку 18 золотника 17.

В первоначальный момент запуска золотник 17 под воздействием пружины 19 занимает такое положение, при котором окно отвода 24 полностью открыт, а окно отвода 25 полностью закрыто. В этом случае рабочее тело из проточки 18 через окно 24, проточку 4 и канал 5 поступает на вход сектора основного лопаточного венца 11. В последнем рабочее тело разгоняется до некоторой скорости Ci (см. фиг.З), затем взаимодействует с лопатками рабочего колеса 8, создавая на нем крутящий момент и

Формула изобретения Турбинный двигатель, содержащий корпус с установленной в нем парциальной ступенью турбины, состоящей из соплового аппарата и рабочего колеса, установленного на валу, связанном с механическим центробежным датчиком регулятора частоты вращения, имеющего подключенный к датчику золотник с кольцевой проточкой, установленный во втулке с окном подвода.

раскручивая рабочее колесо вместе с валом и датчиком частоты вращения.

Пока частота вращения вала 9 не превышает номинального значения центробежные силы, возникающие в шариках 15 и передаваемые через грибок 13 на золотник 17, меньше усилия, действующего на золотник 17 со стороны пружины 19. Как только частота вращения становится больше номи0 нального значения, усилие со стороны шариков 15 превышает усилие пружины 19. В этом случае пружина 19 сжимается и золотник 17 начинает перекрывать окно 24. Вследствие равенства ширины проточки 18

5 расстоянию между окнами отвода 24 и 25, как только окно 24 начинает перекрываться золотником 17, так окно 25 начинает открываться. Рабочее тело из проточки 18 через окно 25. проточку 6 и канал 7 поступает на

0 вход сектора тормозного лопаточного венца 12. Расширяясь в этом лопаточном венце и достигая некоторой скорости Ci на его выходе, рабочее тело направляется навстречу вращающемуся рабочему колесу 8, создает

5 на его лопатках тормозящее усилие и препятствует появлению большого заброса Дптах по частоте вращения.

Преимущество предлагаемого устрой0 ства по сравнению с прототипом заключается в обеспечении повышения надежности функционирования устройства-потребителя мощности. Это оказывается возможным благодаря тому, что предлагаемый турбин5 ный двигатель позволяет существенно уменьшить заброс по частоте вращения в момент запуска благодаря обеспечению тормозящего усилия на рабочих лопатках при превышении номинальной частоты вра0 щения. Последнее также дает возможность уменьшить период времени от момента включения двигателя до момента стабилизации частоты вращения на номинальном уровне.

5

подключенным к входной магистрали, и окном отвода, соединенным каналом с сопловым аппаратом, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, втулка имеет дополнительное проходное окно отвода, а сопловой аппарат - тормозной лопа- точный сектор, связанный каналом с дополнительным окном отвода втулка, причем расстояние между окнами отвода втулки равно ширине проточки золотника.

А-А

Использование: турбоприводы с регуляторами частоты вращения, пневмодвигате- ли различных агрегатов, Сущность изобретения: турбинный двигатель состоит из корпуса Т, парциальной турбины, включающей сопловой аппарат 2 и рабочее колесо 3. центробежного датчика 4 ча.стоты вращения и регулятора расхода в виде золотника 7Ј 7/ 7 5 5 с проточкой 6 и втулки 7 с окнами подвода 8 и отвода 9. На сопловом аппарате 2 выполнены секторы основного 10 и тормозного 11 лопаточных венцов. Втулка 7 имеет дополнительное окно отвода 12, которое соединено с полостью на входе в сектор тормозного лопаточного венца 11. При превышении номинального значения частоты вращения, датчик 4 перемещает золотник 5, сжимая пружину 13, Вследствие равенства ширины проточки 6 расстоянию между окнами отвода 9 и 12 золотник 5 начинает одновременно перекрывать окно 9 и открывать окно 12. Таким образом осуществляется перепуск рабочего тела из проточки 6 на сход сектора тормозного лопаточного венца 11. Лопатки этого венца направляют рабочее тело навстречу вращающемуся рабочему колесу 3 и создают на нем тормозящее усилие, препятствуя появлению большого заброса по частоте вращения. 3 ил. (Л С