RU2336432C2 - Rotary-blade hydraulic turbine wheel - Google Patents

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: invention relates to power engineering. Rotary-blade hydraulic turbine wheel incorporates a body with openings and a blades turning mechanism. Blades incorporating trunnions run in plain bearings arranged in the said openings. The said mechanism levers are fitted in trunnions and represent circular parts with lugs extending therefrom. Backup rings are fitted on the trunnions at the point they pass into the blade on the body outer side. The said backup rings have the OD greater than body openings diameters. The lever circular parts ODs are smaller than the openings diameter.

EFFECT: better manufacturability and reduced metal intensity.

2 dwg

Description

Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано в гидротурбинах с поворотно-лопастными рабочими колесами.The invention relates to power engineering and can be used in turbines with rotary-vane impellers.

Известна конструкция поворотно-лопастного рабочего колеса, в котором лопасти, состоящие из пера и цапфы, фиксируются в корпусе от перемещения вдоль осей цапф специальными упорными подшипниками, передающими центробежную силу от лопастей на внутреннюю часть корпуса рабочего колеса (FR 2481361, СН 408819). Применение упорных подшипников приводит к усложнению конструкции лопасти из-за необходимости создания опорной поверхности внутри лопасти.The design of a rotary-blade impeller is known, in which the blades, consisting of a feather and a journal, are fixed in the housing from moving along the axis of the journal with special thrust bearings transmitting centrifugal force from the vanes to the inside of the impeller housing (FR 2481361, CH 408819). The use of thrust bearings complicates the design of the blade due to the need to create a supporting surface inside the blade.

Задача фиксации лопастей, включающих перо и цапфы, в конструкции поворотно-лопастного рабочего колеса (SU 1320493), решается путем введения крепежных элементов в виде стяжек. Стяжки, проходя через центральную часть корпуса, соединяют диаметрально расположенные лопасти, создавая тем самым уравновешенную систему при восприятии центробежных сил от лопастей. В силу того, что реальные лопасти отличаются друг от друга по весу, данная конструкция не позволяет создать уравновешенной системы лопастей, что приводит к усложнению конструкции внутренней части корпуса из-за необходимости создания дополнительного крепления лопастей.The task of fixing the blades, including the feather and trunnions, in the design of the rotary-blade impeller (SU 1320493), is solved by introducing fasteners in the form of couplers. The couplers, passing through the central part of the body, connect the diametrically located blades, thereby creating a balanced system when perceiving centrifugal forces from the blades. Due to the fact that real blades differ from each other in weight, this design does not allow creating a balanced system of blades, which leads to a complication of the design of the inner part of the body due to the need to create additional fastening of the blades.

Известно поворотно-лопастное рабочее колесо, выбранное в качестве прототипа, содержащее корпус с выполненными в нем окнами, в которых посредством подшипников скольжения установлены лопасти. Окна являются внешней опорой лопасти, а внутренней опорой является внутренняя часть корпуса, в которой выполнены цилиндрические проточки с установленными в них подшипниками скольжения. Лопасти состоят из пера и цапфы, и приводятся в действие механизмом поворота лопастей, включающим рычаги, установленные на цапфах, которые обеспечивают одновременно поворот лопастей относительно осей цапф и фиксацию лопастей в корпусе по опорным поверхностям окон корпуса от перемещения в направлении вдоль осей цапф (Бронштейн Л.Я. и др. Справочник конструктора гидротурбин, Л.: Машиностроение, 1971 г., стр.167-171).Known rotary-blade impeller, selected as a prototype, comprising a housing with windows made in it, in which blades are mounted by means of sliding bearings. The windows are the external support of the blade, and the internal support is the inner part of the body, in which cylindrical grooves with sliding bearings installed in them are made. The blades consist of a feather and a trunnion, and are driven by a rotary mechanism of the blades, including levers mounted on the trunnions, which simultaneously provide rotation of the blades relative to the axles of the trunnions and fixing the blades in the housing along the supporting surfaces of the windows of the housing from moving in the direction along the axes of the trunnions (Bronstein L .Ya. Et al. Hydroturbine Designer Handbook, L .: Engineering, 1971, pp. 167-171).

Рычаг механизма поворота лопастей представляет собой кольцевую деталь, у которой внешний диаметр принимается больше диаметра окна, выполненного в корпусе. Заодно с кольцевой деталью выполнен палец рычага или проушина рычага.The lever of the rotation mechanism of the blades is an annular part, in which the outer diameter is taken more than the diameter of the window made in the housing. At the same time, the lever finger or the eye of the lever is made with the annular part.

За счет того что внешний диаметр кольцевой детали принимается больше диаметра окна, выполненного в корпусе, обеспечивается фиксация лопасти от перемещения в направлении вдоль оси цапфы за счет опоры кольцевой детали рычага по опорной поверхности окна корпуса.Due to the fact that the outer diameter of the annular part is taken to be larger than the diameter of the window made in the housing, the blade is fixed from moving in the direction along the axis of the journal due to the support of the annular part of the lever along the supporting surface of the housing window.

Кольцевая деталь должна иметь толщину, соответствующую выполнению условий обеспечения прочности при совместном действии на нее центробежных сил лопасти и усилия, возникающего на пальце или проушине при повороте лопасти относительно оси цапфы.The annular part must have a thickness corresponding to the fulfillment of the conditions for ensuring strength under the combined action of the centrifugal forces of the blade and the force arising on the finger or eye when turning the blade relative to the axis of the pin.

Недостатком такого колеса является сложная в изготовлении конструкция рычага механизма поворота лопасти, характеризующаяся высокой материалоемкостью, что обусловлено необходимостью обеспечить рычагом как фиксацию лопастей в корпусе от перемещения в направлении вдоль оси цапф, так и поворот лопастей относительно осей цапф.The disadvantage of such a wheel is the design of the lever of the blade rotation mechanism, difficult to manufacture, characterized by high material consumption, which is due to the need to provide the lever with both fixing the blades in the housing from movement in the direction along the axis of the pins and the rotation of the blades relative to the axles of the pins.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение технологичности изготовления и снижение материалоемкости рычага за счет упрощения и облегчения его конструкции путем обеспечения осевой фиксации лопастей в корпусе не рычагом, а дополнительным опорным кольцом.The problem to which the present invention is directed, is to increase the manufacturability and reduce the material consumption of the lever by simplifying and facilitating its design by providing axial fixation of the blades in the housing not by the lever, but by an additional support ring.

Указанный технический результат достигается тем, что рабочее колесо поворотно-лопастной турбины содержит корпус с выполненными в нем окнами. В окнах корпуса с помощью подшипников скольжения установлены лопасти, состоящие из пера и цапфы. Также рабочее колесо содержит механизм поворота лопастей с рычагами, установленными на цапфах лопастей. Каждый рычаг механизма поворота лопасти представляет собой кольцевую деталь с отходящей от нее проушиной. При этом, согласно изобретению, с внутренней стороны корпуса на цапфах в зоне перехода цапфы в перо лопасти дополнительно закреплены опорные кольца, внешний диаметр которых больше, чем диаметр окон, выполненных в корпусе, а внешний диаметр кольцевой детали рычага меньше диаметра окна, выполненного в корпусе.The specified technical result is achieved in that the impeller of the rotary vane turbine comprises a housing with windows made therein. Blades consisting of a feather and a trunnion are installed in the windows of the body using sliding bearings. Also, the impeller contains a rotational mechanism of the blades with levers mounted on the trunnions of the blades. Each lever of the blade rotation mechanism is an annular part with an eye extending from it. Moreover, according to the invention, support rings are additionally fixed on the trunnions in the transition region of the trunnion to the blade feather, the outer diameter of which is larger than the diameter of the windows made in the housing, and the outer diameter of the annular part of the lever is smaller than the diameter of the window made in the housing .

Толщина кольцевой детали рычага определяется в зависимости от условия обеспечения прочности при воздействии на рычаг усилия, возникающего на проушине при повороте лопасти относительно оси цапфы.The thickness of the annular part of the lever is determined depending on the conditions for ensuring strength when the lever exerts a force arising on the eye when turning the blade relative to the axis of the pin.

Опорное кольцо представляет собой отдельную плоскую кольцевую деталь, у которой внешний диаметр больше диаметра окна, выполненного в корпусе, а ее толщина определяется в зависимости от условия обеспечения прочности при воздействии на нее центробежных сил лопасти.The support ring is a separate flat ring part, in which the outer diameter is larger than the diameter of the window made in the housing, and its thickness is determined depending on the conditions for ensuring the strength when the centrifugal forces of the blade act on it.

Опорное кольцо устанавливается на цапфе в зоне перехода цапфы в перо лопасти внутри корпуса и фиксируется относительно цапфы. Положение опорного кольца с внутренней стороны корпуса обеспечивает контакт опорного кольца с поверхностью корпуса в зоне окна при восприятии центробежного усилия со стороны лопасти, что обеспечивает фиксацию лопасти от перемещения в направлении вдоль оси цапфы.The support ring is mounted on the trunnion in the zone of transition of the trunnion to the feather of the blade inside the housing and is fixed relative to the trunnion. The position of the support ring on the inner side of the housing provides contact of the support ring with the surface of the housing in the window area during the perception of centrifugal force from the side of the blade, which ensures the fixation of the blade from moving in the direction along the axis of the journal.

Опорное кольцо не воспринимает нагрузок, связанных с поворотом лопасти относительно оси цапфы, а рычаг не воспринимает нагрузок, связанных с восприятием опорным кольцом центробежных сил лопасти.The support ring does not accept the loads associated with the rotation of the blade relative to the axis of the spigot, and the lever does not accept the loads associated with the support ring perceiving the centrifugal forces of the blade.

Введение в конструкцию механизма поворота лопасти опорного кольца, обеспечивающего фиксацию лопасти в корпусе от перемещения в направлении вдоль оси цапфы, позволяет снять выполнение этой функции с рычага механизма поворота лопасти, что приводит к упрощению конфигурации рычага за счет возможности уменьшить:Introduction to the design of the mechanism of rotation of the blade support ring, which ensures the fixation of the blade in the housing from moving in the direction along the axis of the pin, allows you to remove this function from the lever of the mechanism of rotation of the blade, which simplifies the configuration of the lever due to the ability to reduce:

- внешний диаметр кольцевой детали рычага до значения меньше, чем диаметр окна, выполненного в корпусе, что приводит к повышению технологичности изготовления рычага,- the outer diameter of the annular part of the lever to a value less than the diameter of the window made in the housing, which leads to an increase in the manufacturability of the manufacture of the lever,

- толщину кольцевой детали рычага до значения, при котором обеспечивается его прочность лишь при воздействии на нее усилия, возникающего на проушине при повороте лопасти относительно оси цапфы, что позволяет снизить массу рычага.- the thickness of the annular part of the lever to a value at which its strength is ensured only when the force exerted on it by the eye arises when the blade rotates relative to the axis of the pin, which reduces the weight of the lever.

Введение опорного кольца, имеющего толщину, при которой обеспечивается его прочность при воздействии на него только центробежных сил лопасти, увеличивает суммарную массу механизма поворота лопасти, однако суммарный расход материала на изготовление рычагов и опорных колец по изобретению ниже, чем расход материала на изготовление рычага по прототипу.The introduction of a support ring having a thickness at which its strength is ensured when only centrifugal forces of the blade are applied to it increases the total mass of the blade rotation mechanism, however, the total material consumption for the manufacture of levers and support rings according to the invention is lower than the material consumption for the manufacture of a lever according to the prototype .

В целом предлагаемое изобретение позволяет улучшить массогабаритные показатели рабочих колес поворотно-лопастных гидротурбин, что одновременно позволяет упростить технологию их изготовления.In general, the invention allows to improve the overall dimensions of the impellers of rotary-blade hydraulic turbines, which at the same time allows to simplify the technology of their manufacture.

Новым в заявляемом изобретении является обеспечение фиксации лопасти в корпусе рабочего колеса от перемещения в направлении вдоль оси цапфы за счет введения опорного кольца, которое устанавливается на цапфе в зоне перехода цапфы в перо лопасти с внутренней стороны корпуса. Данная конструкция позволяет обеспечить контакт опорного кольца с поверхностью корпуса в зоне окна, выполненного в корпусе, при действии центробежных сил, возникающих при вращении рабочего колеса, за счет того, что внешний диаметр опорного кольца больше диаметра окна, выполненного в корпусе.New in the claimed invention is the provision of fixing the blades in the housing of the impeller from moving in the direction along the axis of the journal due to the introduction of a support ring, which is mounted on the journal in the transition zone of the journal in the feather of the blade from the inside of the housing. This design allows the contact of the support ring with the surface of the housing in the area of the window made in the housing, under the action of centrifugal forces arising from the rotation of the impeller, due to the fact that the outer diameter of the support ring is larger than the diameter of the window made in the housing.

Указанная совокупность признаков не выявлена в уровне техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности «изобретательский уровень».The specified set of features is not identified in the prior art, which allows us to conclude that the claimed invention meets the patentability condition "inventive step".

Сущность изобретения поясняется фиг.1, на которой показан поперечный разрез рабочего колеса поворотно-лопастной гидротурбины, и фиг.2, на которой изображен разрез А-А рычага с проушиной, закрепленного на цапфе.The invention is illustrated in figure 1, which shows a cross-section of the impeller of a rotary-blade hydraulic turbine, and figure 2, which shows a section aa of the lever with an eye, mounted on a pin.

Рабочее колесо содержит корпус 1 с окнами, установленные в окнах лопасти, состоящие из пера лопасти 2 и цапфы 3, механизм поворота лопастей, включающий рычаги 4 с проушиной 5 и шпонки 6, и опорные кольца 7, закрепленные на цапфах 3 посредством крепежных элементов, размещаемых в отверстии 8.The impeller includes a housing 1 with windows installed in the windows of the blade, consisting of a feather blade 2 and trunnion 3, a mechanism for turning the blades, including levers 4 with an eye 5 and dowels 6, and support rings 7, mounted on the trunnions 3 by means of fasteners placed in hole 8.

Рычаги 4 с проушиной 5, установленные на цапфах 3, обеспечивают поворот лопасти относительно оси цапфы 3 заходящими в тело цапфы 3 и тело рычага 4 шпонками 6. Лопасти зафиксированы в корпусе от перемещения в направлении вдоль оси цапфы 3 опорными кольцами 7, закрепленными на цапфах 3 посредством крепежных элементов, размещаемых в отверстии 8.The levers 4 with an eye 5 mounted on the trunnions 3 provide rotation of the blade relative to the axis of the trunnion 3 by the dowels entering the body of the trunnion 3 and the body of the lever 4 by the dowels 6. The blades are fixed in the housing from moving in the direction along the axis of the trunnion 3 by support rings 7 fixed on the trunnions 3 by means of fasteners placed in the hole 8.

Предлагаемое изобретение работает следующим образом.The present invention works as follows.

При необходимости поворота лопасти рабочего колеса в процессе работы турбины на проушине 5 рычага 4 возникает усилие, которое через шпонки 6 передается на цапфу 3 лопасти. Под действием этого усилия цапфа вращается совместно с пером 2 лопасти.If it is necessary to rotate the impeller blades during the operation of the turbine, an effort arises on the eye 5 of the lever 4, which is transmitted through the keys 6 to the pin 3 of the blade. Under the action of this force, the axle rotates together with the feather 2 of the blade.

Центробежная сила, воздействующая на лопасть при вращении рабочего колеса, через опорное кольцо 7 передает усилие на корпус 1 рабочего колеса, что обеспечивает фиксацию лопасти в направлении вдоль оси цапфы 3 относительно корпуса 1.The centrifugal force acting on the blade during rotation of the impeller, through the support ring 7 transfers force to the housing 1 of the impeller, which ensures the fixing of the blade in the direction along the axis of the axle 3 relative to the housing 1.

Claims (1)

Рабочее колесо поворотно-лопастной турбины, содержащее корпус с выполненными в нем окнами, в которых посредством подшипников скольжения установлены лопасти, состоящие из пера лопасти и цапфы, и механизм поворота лопастей, рычаги которого установлены на цапфах и выполнены в виде кольцевых деталей с отходящими от них проушинами, отличающееся тем, что на цапфах в зоне перехода цапфы в перо лопасти с внутренней стороны корпуса дополнительно закреплены опорные кольца, имеющие внешний диаметр больше, чем диаметр окон, выполненных в корпусе, а внешний диаметр кольцевых деталей рычагов выполнен меньшим диаметра окон.The impeller of a rotary vane turbine, comprising a housing with windows made in it, in which, by means of sliding bearings, blades are mounted, consisting of a feather blade and trunnion, and a rotary mechanism of the blades, the levers of which are mounted on the trunnions and made in the form of ring parts with departing from them eyes, characterized in that on the trunnions in the zone of transition of the trunnion into the feather of the blade on the inner side of the housing, support rings are additionally fixed having an outer diameter larger than the diameter of the windows made in the housing, and External Expansion diameter annular members levers made smaller diameter windows.

Images