RU1772791C - Device for hydraulic regulation of rotary machine rotor - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области энергомашиностроени , в частности к технике регулировани  моментных характеристик роторов ротативных машин. Цель изобретени  - повышение эффективности. Цель достигаетс  за счет того, что устройство снабжено узлом формировани  дополнительного крут щего момента, выполненного в виде двух блоков сопл, расположенных в полости вала и симметрично разнесенных в радиальном направлении.4 ил.The invention relates to the field of power engineering, in particular to a technique for controlling the torque characteristics of rotors of rotary machines. The purpose of the invention is to increase efficiency. The goal is achieved due to the fact that the device is equipped with an additional torque forming unit made in the form of two nozzle blocks located in the shaft cavity and symmetrically spaced in the radial direction. 4 silt.

Description

Изобретение относитс  к области энергомашиностроени , в частности, к устройства гидрорегулировани  моментных характеристик роторов ротативных машин, преимущественно крут щего момента на валу ротора,The invention relates to the field of power engineering, in particular, to a device for the hydraulic control of the torque characteristics of rotors of rotary machines, mainly torque on the rotor shaft

Известны конструктивные решени , например , турбин (1), в которых при резком уменьшении нагрузки на валу ротора предельна  частота вращени  ограничиваетс  использованием специальных конструктивных элементов в проточной части двигател , т.е. получением компенсирующего, момента , создающего эффект торможени  и имитирующего внешнюю нагрузку двигател . Компенсирующий момент на валу ротора в этом случае получаетс  за счет энергии самой рабочей среды двигател  и представл ет собой фактически дополнительный1 крут щий момент, противоположно направленный основному крут щему моменту, развиваемому двигателем на валу ротора. Такие технические решени  позвол ют частично уменьшить предельную частоту вращени  ротора и создать дополнительный нагрузочный момент дл  двигател .Structural solutions are known, for example, of turbines (1), in which, when the load on the rotor shaft is sharply reduced, the maximum rotational speed is limited by the use of special structural elements in the engine flow section, i.e. obtaining a compensating moment, creating a braking effect and simulating the external load of the engine. In this case, the compensating moment on the rotor shaft is obtained due to the energy of the working medium of the engine itself and is actually an additional 1 torque opposite to the main torque developed by the engine on the rotor shaft. Such technical solutions make it possible to partially reduce the limiting rotational speed of the rotor and create additional load torque for the motor.

В отдельных ротативных машинах мо- ментные характеристики роторов измен ютс  за счет регулировани  мощности двигателей независимо от потребител  энергии. Такое регулирование возможно при непосредственном изменении располагаемой энергии или расхода рабочей среды, используемой в двигателе, и требует в основном сложной аппаратуры дл  автоматического регулировани  и контрол , так как обычно двигатели при резком сбросе мо- ментной нагрузки со стороны потребител  энергии склонны к резкому увеличению оборотов , называемых угонными, при которых значительно увеличиваютс  динамические напр жени  во вращающихс  детал х, которые станов тс  источниками аварийных ситуаций .In individual rotary machines, the moment characteristics of the rotors are changed by adjusting the power of the motors regardless of the energy consumption. Such regulation is possible with a direct change in the available energy or in the flow rate of the working medium used in the engine, and requires mainly sophisticated equipment for automatic regulation and control, since usually engines with a sharp drop in moment load on the part of the energy consumer are prone to a sharp increase in speed. called theft, in which the dynamic stresses in the rotating parts are significantly increased, which become sources of emergency situations.

Известно устройство дл  автоматической защиты турбины при уменьшении нагрузочного момента и резком увеличении оборотов ротора, содержащее датчик, вы - полненный в виде охватывающего вал двигател  и подпружиненного груза с центром т жести, смещенным относительно оси вращени  вала, и сервомотор стопорного кла (ЛA device is known for automatic protection of a turbine with a decrease in the load moment and a sharp increase in the rotor speed, comprising a sensor made in the form of an enclosing motor shaft and a spring loaded load with a center of gravity displaced relative to the axis of rotation of the shaft, and a locking valve servomotor (L

СWITH

vj ho vlvj ho vl

юYu

пана, импульсна  лини  которого подключена к датчику, С целью повышени  надежности груз выполнен в виде рамки с двум  Соковыми плоскими стенк ми, снабженными окнами, на валу снаружи выполнены плоские скосы, прилегающие к стенкам рамки. а внутри вала - каналы, подключенные к импульсной линии и взаимодействующие с окнами.pan, the impulse line of which is connected to the sensor. In order to increase reliability, the load is made in the form of a frame with two Juice flat walls equipped with windows, flat bevels adjacent to the frame walls are made on the shaft from the outside. and inside the shaft - channels connected to the impulse line and interacting with the windows.

Недостатки приведенного устройства: Значительное усложнение конструк - ции, повышенна  стоимость изготовлени  недостаточна  надежность на переменных режимах,Disadvantages of the given device: Significant complication of the design, increased manufacturing cost, insufficient reliability in variable modes,

Цель изобретени  - повышение эффективности гидрорегулировани  момент ных характеристик ротора рогатиной машины путем создани  дополнительного крут щего момента на валу за счет энергии жидкости , заполн ющей полый вал, при ее центробежном истечении через сужающиес  сопла.The purpose of the invention is to increase the efficiency of hydraulic control of the torque characteristics of the rotor of a horn machine by creating additional torque on the shaft due to the energy of the fluid filling the hollow shaft, when it is centrifugally flowing out through the narrowing nozzles.

Сущность предлагаемого устройства состоит в получении дополнительного крут щего момента на валу ротора, совпадающего по направлению с основным крут щим моментом, развиваемым двигателем при достижении ротативной машиной номинальных или расчет ных оборотов и, со- отоетстаонно, дополнительного крут щего момента на валу ротора, противоположно направленного относительно основного крут щего момента двигател , при превышении ротативной машиной номинальной или расчетной частоты вращени , т.е. обеспечивающего торможение ротора,The essence of the proposed device is to obtain additional torque on the rotor shaft, which coincides in direction with the main torque developed by the engine when the rotary machine reaches the rated or rated speed and, accordingly, the additional torque on the rotor shaft, opposite direction relative to the main torque of the engine, when the rotational machine exceeds the rated or calculated speed, i.e. providing rotor braking,

Отличительными признаками з за вл емом решении  вл ютс :Distinctive features of the claimed decision are:

-использование узла формировани  дополнительного крут щего момента, выполненного з виде двух блоков сопел, расположенных в полости вала, поперечное сечение которых совмещено с продольными сечени ми сопел блоков;-use of an additional torque forming unit made in the form of two nozzle blocks located in the shaft cavity, the cross section of which is aligned with the longitudinal sections of the nozzles of the blocks;

- блоки сопел симметрично разнесены в радиальном направлении,что обеспечивает минимум дисбаланса ротооа при вращении;- nozzle blocks are symmetrically spaced in the radial direction, which ensures a minimum of rotoa unbalance during rotation;

-каждый блок состоит из двух противоположно и гангенцпапьно направленных сопел , соединенных радиальным каналом, снабженным отверстием дл  подвода жидкости , и из отсекател  потока жидкости;-each block consists of two oppositely and gangenzapno directed nozzles connected by a radial channel provided with an opening for supplying liquid, and from a cut-off of the fluid flow;

-огсекатели размещены в радиальном канале с возможностью перекрыти  отверсти  дл  подвода жидкости при возвратно- поступательном движении вдоль радиального канала:-heaters placed in the radial channel with the possibility of blocking the hole for supplying fluid during the reciprocating movement along the radial channel:

-отсекателп потока жидкости блоков сапзаны между собой упругим элементом,- cut-off fluid flow blocks puffed between each other by an elastic element,

а горцы сопел каждого блока выведены на наружную поверхность вала.and the highlanders of the nozzles of each block are brought to the outer surface of the shaft.

Автору не известны технические решени  дл  гидрорегулировани  ротора путемThe author is not aware of technical solutions for hydroturning the rotor by

создани  дополнительного крут щего момента на валу, с указанной совокупностью признаков, что позвол ет предполагать соответствие предлагаемого изобретени  критерию существенные отличи ,creating additional torque on the shaft, with the specified set of features, which allows us to suggest that the invention meets the criterion of significant differences,

0 Поставленна  цель достигаетс  тем, что в полом валу ротора ротативной машины, заполненном жидкостью, расположен узел формировани  дополнительного крут щего момента, выполненного в виде двух блоков0 The goal is achieved by the fact that in the hollow shaft of the rotor of a rotary machine filled with liquid, there is a unit for forming additional torque made in the form of two blocks

5 сопл, поперечное сечение которого совмещено с продольными сечени ми сопл блоков . При вращении ротора жидкость, наход ща с  в полом валу, под действием центробежных сил аккумулирует энергию,5 nozzles, the cross section of which is aligned with the longitudinal sections of the nozzles of the blocks. When the rotor rotates, the fluid located in the hollow shaft, under the action of centrifugal forces, accumulates energy,

0 реакци  струи истечени  которой из полости сопла за пределы наружной поверхности вала используетс  в качестве гидрорегулировани  ротора. Каждый блок сопл состоит из двух противоположно и тан5 гепциалыю направленных сопл и отсекател  потока жидкости, расположенного в радиальном канале, соедин ющего сопла. Радиальный канал снабжен отверстием подвод  жидкости.0 the reaction of the jet expiring from the nozzle cavity beyond the outer surface of the shaft is used as a hydraulic control of the rotor. Each nozzle block consists of two oppositely directed and nozzle directed nozzles and a liquid flow shut-off device located in the radial channel connecting the nozzles. The radial channel is equipped with a fluid inlet.

0 При наборе оборотов и выходе двигател  на номинальный или расчетный режим работы, отсекатель потока под действием упругой св зи, перекрывает канал одного сопла и поток жидкости под действием пол 0 When the engine speed is set and the engine reaches the rated or design mode of operation, the flow shutoff under the action of elastic coupling blocks the channel of one nozzle and the fluid flow under the influence of the field

5 центробежных сил устремл етс  в открытый канал другого противоположно направленного сужающегос  сопла. Реакци  вытекающей из сопла жидкости в этом случае создает дополнительный крут щий момент5 centrifugal forces rush into the open channel of another oppositely directed tapering nozzle. The reaction of the liquid flowing out of the nozzle in this case creates additional torque

0 на валу ротора, совпадающий.по направлению с основным крут щим моментом, развиваемым ротативной машиной, и суммарный крут щий момент на валу ротора возрастает, достига  своего максимума0 on the rotor shaft, coinciding in the direction with the main torque developed by the rotational machine, and the total torque on the rotor shaft increases, reaching its maximum

5 при номинальных или расчетных режимах работы ротативной машины с соответствующей номинальной или расчетной частотой аращен 1Я ротора.5 at rated or rated operating modes of a rotary machine with the corresponding rated or rated frequency of rotation of the 1st rotor.

При увеличении частоты вращени  ро0 юра выше номинальных или расчетных, от- секатепь потока под действием центробежных сил, преодолева  сопротивление упругой св зи, занимает новое край- йсе положение в радиальном канале иWith an increase in the rotation frequency of the rod above the nominal or calculated ones, the flow cut off under the action of centrifugal forces, overcoming the elastic bond resistance, occupies a new extreme position in the radial channel and

5G перекрывает входную часть второго сопла, радиально расположенного дальше от центральной оси вала. Поток жидкости под действием центробежных сил устремл етс  в открытый канал сопла, радиально располоJiieHHOro ближе к центральной оси вала. Дополнительный крут щий момент, создаваемый в этом случае истечением жидкости и сопла по направлению будет противоположным основному крут щему моменту, развиваемому ротативной машиной, и сум- марный крут щий момент на валу ротора будет уменьшатьс , а частота вращени  ротора стабилизируетс .5G overlaps the inlet of a second nozzle radially further from the central axis of the shaft. The flow of fluid under the action of centrifugal forces rushes into the open channel of the nozzle, radially located closer to the central axis of the shaft. The additional torque created in this case by the outflow of fluid and the nozzle in the direction will be opposite to the main torque developed by the rotary machine, and the total torque on the rotor shaft will decrease, and the rotor speed will stabilize.

На фиг,1 изображен схематично продольный разрез предлагаемого устройства дл  гидрорегулировани  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.Fig. 1 is a schematic longitudinal sectional view of an apparatus for hydraulically controlling a rotor of a rotary machine; in Fig.2, Fig.Z is a view along section A-A of Fig.1, and in Fig, 4 is a view along section B - B of Fig. 1.

Вращение ротора отсутствует.No rotor rotation.

Устройство дл  гидрорегулировани  ротора ротативной машины состоит из полого вала 1. наполненного жидкостью 2, и содержит узел формировани  дополнительного крут щего момента, выполненного в виде двух блоков противоположно направленных сопл 3 и 4, отсекател  5, радиального кайала 6 и упругой св зи 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.The device for hydraulic control of the rotor of the rotary machine consists of a hollow shaft 1. filled with liquid 2, and contains an additional torque forming unit made in the form of two blocks of oppositely directed nozzles 3 and 4, cutter 5, radial kayal 6 and elastic coupling 7. Hollow a shaft 1 with a clearance is installed in a stationary housing 8 containing a labyrinth-screw pump 9, an external seal 10, a high-pressure fluid collector 11 and a drain pipe 12.

Устройство дл  гидрорегулировани  ротора ротативной машины работает следую- щим образом.A device for hydraulically adjusting the rotor of a rotary machine operates as follows.

При частоте вращени  вала 1 не превышающей номинальную или расчетную, отсе- катель потока 5 под действием упругой св зи 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, котора  расходуетс  на создание дополнительного крут щего момента на валу ротора в результате центробежного истечени  жидкости 2 из сопла 3. Отработанна  жидкость выбрасываетс  в полость между корпусом 8 и валом 1. Дополнительный кру- т щий момент в этом случае суммируетс  с основным крут щим моментом, развиваемым ротативной машиной, так как оба крут щих момента совпадают по направлению. Скапливающа с  жидкость 2 в полости меж- ду корусом 8 и валом 1 с помощью лабирин- тно-винтового насоса 9 перекачиваетс  в сборник 11, выполненный в виде кольцевого коллектора и по опускным трубам 12 нагнетаетс  вновь в полость вала 1. Дл  предотв- ращени  утечек жидкости корпус 8 снабжен наружными уплотнени ми 10.When the frequency of rotation of the shaft 1 does not exceed the nominal or calculated, the flow cutter 5 under the action of elastic coupling 7 occupies an extreme position in the radial channel and overlaps the inlet part of the channel of the nozzle 4 located at a smaller radius (Fig. 2). The liquid 2 under the action of centrifugal forces accumulates energy that is expended to create additional torque on the rotor shaft as a result of centrifugal flow of liquid 2 from the nozzle 3. The waste fluid is ejected into the cavity between the housing 8 and the shaft 1. An additional torque in this case is summed up with the main torque developed by the rotational machine, since both torques coincide in direction. The liquid accumulating in the cavity 2 between the core 8 and the shaft 1 is pumped by means of a labyrinth screw pump 9 into a collector 11 made in the form of an annular collector and is again pumped through the drain pipes into the cavity of the shaft 1. To prevent leakages fluid housing 8 is provided with outer seals 10.

При частоте вращени  вала 1, превышающей номинальную или расчетную, отсека- тель потока 5 под действием центробежныхWhen the frequency of rotation of the shaft 1 is higher than the nominal or calculated, the cutoff flow 5 under the action of centrifugal

сил преодолевает сопротивление упругой св зи 7 и занимает новое крайнее положение , перекрыва  при этом входную часть канала сопла 3 (фиг.З). Жидкость 2 под действием центробежных сил устремл етс  в канал сопла 4, Реакци  струи жидкости 2, покидающей сопло 4, создает дополнительный крут щий момент на валу ротора, который противоположно направлен по отношению к основному крут щему моменту , создаваемому ротативной машиной, что приводит к торможению ротора и частота вращени  ротативной машины стабилизируетс . Отработанна  жидкость, скапливающа с  в полости между корпусом 8 и валом 1, возвращаетс  в полость вала 1, как и в первом случае.forces overcomes the resistance of the elastic bond 7 and takes a new extreme position, while blocking the input part of the channel of the nozzle 3 (Fig. 3). Liquid 2 under the action of centrifugal forces rushes into the channel of the nozzle 4. The reaction of the jet of liquid 2 leaving the nozzle 4 creates additional torque on the rotor shaft, which is oppositely directed to the main torque created by the rotary machine, which leads to braking the rotor speed and the rotational speed of the rotary machine is stabilized. The spent liquid accumulating in the cavity between the housing 8 and the shaft 1 is returned to the cavity of the shaft 1, as in the first case.

Энерги , потребл ема  лабиринтно- винтовым насосом 9, компенсируетс  энергией центробежного истечени  жидкости из сопла 3 в результате действи  дополнительного крут щего момента на валу ротора при выходе ротативной машины на номинальный или расчетный режим работы. При увеличении частоты вращени  выше номинальной или расчетной лабиринтно- винтовой насос 9, потребл   энергию, усиливает дополнительный крут щий момет на валу ротора, который в этом случае противоположно направлен основному крут щему моменту, развиваемому двигателем ротативной машины, и эффективность стабилизации ротора возрастает.The energy consumed by the labyrinth-screw pump 9 is compensated by the energy of centrifugal fluid outflow from the nozzle 3 as a result of the action of additional torque on the rotor shaft when the rotary machine reaches its rated or rated operating mode. As the speed increases above the rated or rated labyrinth screw pump 9, it consumes energy and increases the additional torque on the rotor shaft, which in this case is opposite to the main torque developed by the rotary engine and the rotor stabilization efficiency increases.

Claims (1)

Изменение моментных характеристик ротора ротативной машины за счет энергии жидкости, наход щейс  в полости вала, - основной принцип гидрорегулироваки  ротора ротативной машины, осуществленный в данном техническом решении дл  защиты конструкции отугонных оборотов. Формула изобретени  Устройство дл  гидрорегулировани  ротора ротативной машины, содержащее неподвижный корпус с полостью, заполненной жидкостью, упругий элемент, вал с полостью, установленный в полости корпуса с возможностью вращени  и заполненный жидкостью, причем полость вала сообщена с полостью корпуса , отличаю ще-ес  тем, что, с целью повышени  эффективности, устройство снабже- ноузлом формировани  дополнительного крут щего момента, выполненного в виде двух блоков сопел, расположенных в полости вала, поперечное сечение которого совмещено с продольны- мисечени мисопел 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 дл The change in the moment characteristics of the rotor of the rotary machine due to the energy of the fluid located in the shaft cavity is the main principle of hydraulic control of the rotor of the rotary machine, implemented in this technical solution to protect the design of the driving speed. SUMMARY OF THE INVENTION A device for hydraulically adjusting a rotor of a rotary machine, comprising a stationary body with a cavity filled with liquid, an elastic element, a shaft with a cavity mounted rotatably and filled with liquid in the body cavity, the shaft cavity communicating with the body cavity, furthermore that, in order to increase efficiency, the device is equipped with an additional torque generating unit made in the form of two blocks of nozzles located in the shaft cavity, the cross section of which combined with prodolny- misecheni misopel blocks, the blocks of nozzles spaced symmetrically in the radial direction, and each nozzle block comprises two oppositely directed nozzle and tangentially connected a radial channel provided with an opening for подвода жидкости, и из отсекател  потока жидкости, размещенные в радиальном канале с возможностью перекрыти  отверсти  дл  подвода жидкости приfluid supply, and from the cutoff fluid flow, placed in the radial channel with the possibility of blocking the hole for supplying fluid when радиального канала, причем отсекатели потока жидкости блоков св заны между собой упругим элементом, а торцы сопел каждого блока выведены на наружную поверхностьradial channel, and the cutoffs of the fluid flow of the blocks are interconnected by an elastic element, and the ends of the nozzles of each block are displayed on the outer surface возвратно-поступательном движении вдоль 5 вала.reciprocating movement along the 5th shaft. Фиь.гFi.g АAND Ч H 88 V-V г г/70V-V g g / 70 VV 16LZLLI16LZLLI V-VV-v