Турбинный пневмодвигатель Советский патент 1993 года по МПК F01D21/02 

Изобретение относится к турбостроению и может быть использовано в пневмод- вигателях с турбинным приводом и чувствительными элементами ротора, применяемыми для стабилизации числа оборотов и ограничения частоты вращения механизмов.

Цель изобретения - уменьшение габаритов и повышение быстродействия,

Эта цель достигается тем, что в турбинном пневмодвигателе, содержащем рабочее колесо, установленное на валу, связанном с механическим центробежным датчиком регулятора числа оборотов, имеющего подключенный к датчику золотник, установленный во входном канале, и сопловой аппарат, последний выполнен в виде профилированных лопаток на торцевой поверхности золотника.

На фиг. 1 изображен турбинный пнев- модвигатель в момент запуска (датчик частоты вращения и золотник расположены в исходном положении), на фиг. 2 - турбинный пневмодвигатель в рабочем положении; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 1 и 2; на фиг. 4 - зависимость мощности от частоты вращения для турбомашины без регулятора числа оборотов и для предлагаемой конструкции; на фиг, 5 изображен график зависимости частоты вращения ротора от времени при изменении нагрузки для (1 ;2) и для предлагаемой конструкции.

Турбинный пневмодвигатель состоит из кожуха 1 (фиг. 1)с подшипниками 2, в которых установлен вал 3 с закрепленным на нем рабочим колесом 4. Вал-связан с механическим центробежным датчиком регулятора числа оборотов, представляющим из себя шток 5 с конической поверхностью и шариками б, расположенными в поперечном пазу 7. Направляющий элемент, необходимый для того, чтобы частота вращения ротора и штока совпадали, выполнен в виде шпонки 8. Датчик подключен к исполнительному элементу, выполненному в виде золотника 9, на торцевой поверхности которого выполнены профилированные лопатки 10 соплового аппарата, накрытые глухим банI.

Ё

1

00

о о.

ю о

дажом 11, прикрепленным к золотнику винтом 12 с гайкой 13. На золотник, размещенный в корпусе 14, воздействует пружина 15, натяг которой регулируется гайкой 16, В исходном положении отверстия 17 и 18 в золотнике и корпусе 14 совпадают. В кожухе 1 выполнено выхлопное отверстие 19.

Турбинный двигатель работает следующим образом.

При открытии расходного клапана (не показан) газ поступает в полость между кожухом 1 и корпусом 14 (изображено стрелками), затем через отверстия 17 и 18 внутрь золотника 9 и через сопловой аппарат 10 на рабочее колесо 4. Отработанный газ выходит в атмосферу через отверстие 19.

При увеличении расхода и, соответственно, частоты вращения ротора 3 центробежные силы, действующие на шарики 6 и стремящиеся вытолкнуть шток 5, возрастают. При достижении некоторого значения числа оборотов шток начинает двигаться вправо, перемещая золотник 9, преодолевая сопротивление пружины 15 (см. фиг. 2), При этом уменьшается сечение для прохода газа в золотник через отверстия 17 и 18 из-за их взаимного смещения. Одновременно прим движении газа через сопловой аппарат часть газа попадает на рабочее колесо 4 (см. фиг. 3) и срабатывается, а часть протекает мимо. Таким образом мощность турбины резко падает, что дает эффект уменьшения максимальных (угон- ных) оборотов ротора на холостом ходу. В случае, когда величина максимального числа оборотов ограничена по условиям работы машины, появляется возможность, благодаря предложенному устройству, увеличить мощность турбины на номинальном режиме (см. фиг. 4). Кривая 20 - нагрузочная характеристика турбины без регулятора числа оборотов, точка X соответствует максимальной частоте вращения турбины; кривая 2.1 - нагрузочная характеристика турбины с ограничителем частоты вращения; пунктиром обозначена правая ветвь кривой 21 в том случае, если бы данная турбина применялась без ограничения частоты вращения (точка У соответствует максимальной частоте вращения турбины); точки С, М, Q соответствуют максимальной мощности для указанных турбинных приводов.

При работе турбопривода золотник 9 с размещенным на нем сопловым аппаратом

занимает некоторое положение, определяемое моментом, действующим на вал, расходом воздуха и натягом пружины, причем данное положение золотника соответствует

некоторому значению частоты вращения ротора. Изменение нагрузки на ротор приводит к отклонению числа оборотов от заданного. Это в свою очередь вызывает перемещение золотника под действием датчика и восстановление частоты вращения ротора 3. Золотник оказывает на поток двойное воздействие: перемещение золотника одновременно с изменением количества пропускаемого воздуха (взаимное

перемещение отверстий 17 и 18) изменяет соотношение количества газа поступающего на рабочее колесо и газа, протекающего мимо него. Таким образом примененный в конструкции чувствительный элемент передает на рабочее колесо (а, следовательно, и на ротор) более, сильный сигнал, который восстанавливает число оборотов быстрее, чем обычный золотник. Благодаря этому уменьшается инерционность системы, выражающаяся во времени стабилизации числа оборотов и амплитуде колебаний частоты вращения ротора при изменении нагрузки. На фиг. 5 изображены зависимости частоты вращения от времени при изменении

нагрузки, для предлагаемого турбинного пневмодвигателя (кривая 24).

Номинальное число оборотов определяется натягом пружины 15, которое в процессе переналадки машины может изменяться.

Таким образом, благодаря применению предложенной конструкции уменьшается время стабилизации и амплитуда колебаний числа оборотов ротора при изменении нагрузки, также уменьшаются габариты турбинного пневмодвигателя.

Формула изобретения

Турбинный пневмодвигатель, содержа- щий рабочее колесо, установленное на валу, связанном с механическим центробежным датчиком регулятора числа оборотов, имеющего подключенный к датчику золотник, установленный во входном канале, и сопловой аппарат, отличающийся тем, что, с целью уменьшения габаритов и повышения быстродействия, сопловой аппарат выполнен в виде профилированных лопаток на торцовой поверхности золотника.

фиг.$

Использование: турбостроение. Сущность изобретения: сопловой аппарат пнев- модвигателя выполнен в виде профилированных лопаток на торцевой поверхности золотника. Золотник установлен на входе и связан с механическим датчиком регулятора числа оборотов. При отклонении числа оборотов ротора от номинального, золотник перемещается. Изменяется количество газа, пропускаемого золотником и поступающего на рабочее колесо. Частота вращения ротора восстанавливается. 5 ил.