Распределитель для турбины и турбина фрэнсиса
Распределитель для турбины содержит регулирующее кольцо, множество направляющих аппаратов и множество узлов для соединения направляющих аппаратов с регулирующим кольцом. Каждый из направляющих аппаратов выполнен с возможностью ориентирования посредством регулирующего кольца. Каждый соединяющий узел содержит разрушающийся элемент, выполненный с возможностью разрушения и отделения направляющего аппарата от регулирующего кольца в случае избыточных нагрузок. Каждый соединяющий узел содержит устройство для торможения движения соответствующего направляющего аппарата в случае его отделения от регулирующего кольца. Тормозящее устройство содержит тормозящий корпус и тормозящую часть, прикрепленные друг к другу посредством разрушающегося элемента, и тормозную прокладку, расположенную между тормозящим корпусом и тормозящей частью. Тормозящая часть является зажимным кольцом, окружающим тормозящий корпус и содержащим элемент для регулировки затяжки зажимного кольца. Другое изобретение группы относится к турбине Фрэнсиса, снабженной указанным выше распределителем. Группа изобретений позволяет обеспечить надежное замедление неконтролируемого вращения свободного направляющего аппарата. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к распределителю турбины и турбине Фрэнсиса, снабженной таким распределителем.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Подобный распределитель турбины известен и представлен на фиг. 1 и 2. На данных чертежах представлена часть турбины 2 Фрэнсиса. Указанная турбина 2 Фрэнсиса содержит корпус 4, рабочее колесо 6, раму 8 и распределитель 10. Распределитель 10 соответствует элементам, заключенным в рамку, начерченную пунктирной линией. Раму 8 прикрепляют к корпусу 4 болтами 12. Распределитель 10 содержит регулирующее кольцо 14 направляющего аппарата, множество направляющих аппаратов 16 и множество узлов 18 для соединения направляющих аппаратов 16 с регулирующим кольцом 14 направляющего аппарата. Следует отметить, что на фиг. 1 и 2 представлен только один направляющий аппарат 16 и связанный с ним соединяющий узел 18, другие направляющие аппараты 16 и соединяющие узлы 18 являются идентичными.
Направляющий аппарат 16 содержит лопатку 19 и цапфу 21, которая проходит от лопатки 19 вдоль вертикальной оси Х-Х. Цапфа 21 содержит основную часть 23 и верхнюю часть 25. Подшипник 27 поддерживает основную часть 23 внутри рамы 8 таким образом, что цапфу 21 и, следовательно, направляющий аппарат 16 можно поворачивать относительно рамы 8 вокруг вертикальной оси Х-Х.
Соединяющий узел 18 соответствует элементам, заключенным в рамку, начерченную сплошной линией. Соединяющий узел 18 содержит рычаг 20, разрушающийся элемент 22 и заглушку 24. Рычаг 20 разделен на центральную часть 26 и плечо 28, которое продолжается из центральной части 26 к кольцу 14 управления затвором. Плечо 28 содержит вильчатую часть 29. Гнездо 30, которое вмещает верхнюю часть 25, выполнено в центральной части 26. Верхнюю часть 25 прикрепляют к центральной части 2 6 посредством штифта 31. Разрушающийся элемент предпочтительно является шпинделем 22, имеющим корпус 32 с нижним концом 33. Гайка 34 расположена в поворотном соединении с нижним концом 33 корпуса 32. Шпиндель 22 проходит через регулирующее кольцо 14 направляющего аппарата, а его нижний конец 33 с гайкой 34 окружен вильчатой частью 29. Таким образом, шпинделем 22 присоединяют рычаг 20 к кольцу 14 управления затвором.
В случае заклинивания направляющего аппарата 16, например, по причине того, что обломки блокируют лопатку 19, регулирующее кольцо 14 направляющего аппарата не может вращаться. Попытки вращать регулирующее кольцо 14 направляющего аппарата в дальнейшем приводят к нагрузке на заклинивший направляющий аппарат 16, которая возрастает до тех пор, пока шпиндель 22 не разрушится, отделяя регулирующее кольцо 14 направляющего аппарата от заклинившего направляющего аппарата 16 таким образом, что регулирующее кольцо 14 направляющего аппарата затем может вращаться для того, чтобы контролировать другие направляющие аппараты. Таким образом, разрушающийся элемент 22 выполняет функцию предохранителя между регулирующим кольцом 14 направляющего аппарата и неисправным направляющим аппаратом 16.
Однако, как только заклинивший направляющий аппарат 16 отделяют от кольца 14 управления затвором, он способен неконтролируемо вращаться вокруг оси Х-Х, как только лопатка 19 становится свободна. По этой причине возникает риск, что направляющий аппарат нанесет удар различным частям турбины 2 и таким образом повредит сам себя или указанные части. Данный риск возрастает с увеличением размера и мощности турбины 2. Известный распределитель турбины, следовательно, является преимущественно используемым в турбинах малой мощности, используемых в малых гидроэлектростанциях (где малый относится к оценке меньше чем или равной приблизительно 10 мВт). Использование в средних или больших гидроэлектростанциях (где средняя относится к оценке между 10 и 100 мВт и большая относится к оценке больше чем 100 мВт) не рекомендуют, так как это небезопасно.
Также из уровня техники известен распределитель для турбины (US 3,060,706, МПК F03B 3/18, 1962), содержащий регулирующее кольцо направляющего аппарата; множество направляющих аппаратов, выполненных с возможностью ориентирования посредством регулирующего кольца направляющего аппарата; и множество узлов для соединения направляющих аппаратов с регулирующим кольцом направляющего аппарата, причем каждый соединяющий узел содержит разрушающийся элемент, выполненный с возможностью разрушения и таким образом отделения соответствующего направляющего аппарата от регулирующего кольца направляющего аппарата в случае избыточных нагрузок, и каждый соединяющий узел содержит устройство для торможения движения соответствующего направляющего аппарата в случае отделения направляющего аппарата от регулирующего кольца направляющего аппарата.
Из US 3,060,706 также известна турбина Фрэнсиса, снабженная распределителем, который описан выше. Кроме того, в качестве известного из уровня техники можно упомянуть распределитель турбины, описанный в SU 1406403 (МПК F03B 3/18, 1988). Однако в качестве наиболее близких аналогов для заявляемого изобретения выбраны решения, раскрытые в US 3,060,706.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Таким образом, задачей изобретения является предложение распределителя турбины, который также позволяет безопасное использование в турбинах большей мощности, в частности в средних гидроэлектростанциях.
Другая задача изобретения состоит в сохранении настолько, насколько это возможно, простоты известного распределителя турбины.
Согласно настоящему изобретению данные задачи решены для указанного выше распределителя турбины, отличающегося тем, что каждый соединяющий узел содержит устройство для торможения движения связанного направляющего аппарата в случае отделения направляющего аппарата от кольца управления затвором.
Посредством снабжения устройства для торможения направляющего аппарата в случае, когда разрушающийся элемент разрушен, неконтролируемое вращение свободного направляющего аппарата замедляется до такой степени, что повреждение предотвращается даже при высоких мощностях турбины.
Согласно другому варианту осуществления распределитель турбины по настоящему изобретению содержит один или несколько нижеследующих конструктивных признаков, подразумеваемых в отдельности или согласно всем технически возможным вариантам:
тормозящее устройство, содержащее тормозящий корпус и тормозящую часть, причем тормозящий корпус и тормозящая часть прикреплены друг к другу посредством разрушающегося элемента;
тормозную прокладку, предусмотренную между тормозящим корпусом и тормозящей частью;
тормозящий корпус, расположенный в тормозящей части так, что корпус и часть могут вращаться относительно друг друга при разрушении разрушающегося элемента;
тормозящий корпус, связанный с, а, в частности, прикреплен к нему;
тормозящий корпус, являющийся втулкой, установленной на цапфе связанного направляющего аппарата;
тормозящую часть, связанную с регулирующим кольцом направляющего аппарата;
тормозящую часть, которая является зажимным кольцом, окружающим тормозящий корпус;
элемент для регулировки затяжки зажимного кольца, в частности регулировочный болт; и
при этом каждый соединяющий узел содержит рычаг, имеющий вильчатую часть для соединения рычага с регулирующим кольцом направляющего аппарата.
Изобретение также относится к турбине Фрэнсиса, снабженной распределителем турбины, как выше определено в настоящем документе.
Таким образом, наличие в распределителе для турбины таких элементов, как тормозящее устройство, которое содержит тормозящий корпус и тормозящую часть, причем тормозящий корпус и тормозящая часть прикреплены друг к другу посредством разрушающегося элемента, и тормозная прокладка, дополнительно предусмотренная между тормозящим корпусом и тормозящей частью, причем тормозящая часть является зажимным кольцом, окружающим тормозящий корпус и содержащим элемент для регулировки затяжки зажимного кольца, обеспечивает еще более надежное замедление неконтролируемого вращения свободного направляющего аппарата до такой степени, что предотвращаются повреждения даже при высоких мощностях турбины.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение будет лучше изучено при прочтении последующего описания, предоставленного исключительно как пример и со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:
на фиг. 1 представлен вид в вертикальном сечении, в направлении стрелки I-I по фиг. 2, части известной турбины Фрэнсиса;
на фиг. 2 представлен вид сверху, в направлении стрелки II по фиг. 1, части известной турбины Фрэнсиса;
на фиг. 3 представлен вид в вертикальном сечении, в направлении стрелки III-III по фиг. 4, части турбины Фрэнсиса согласно настоящему изобретению; и
на фиг. 4 представлен вид сверху, в направлении стрелки IV по фиг. 3, части турбины Фрэнсиса в соответствии с изобретением.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг. 3 представлена часть турбины 200 Фрэнсиса в соответствии с изобретением. Она предпочтительно является турбиной средней мощности, то есть оцениваемой между 10 и 100 мВт.
Элементы турбины 200, которые идентичны известной турбине 2, указаны одинаковыми ссылочными позициями. Для их описания выполнена ссылка на предыдущее описание фиг. 1 и 2. В дальнейшем описаны только различия между турбиной 200, соответствующей изобретению, и известной турбиной 2.
Турбина 200 содержит распределитель 100, содержащий регулирующее кольцо 14 направляющего аппарата, множество направляющих аппаратов 16 и множество соединяющих узлов 180. Каждый соединяющий узел 180 содержит рычаг 20, присоединенный к кольцу управления затвором 14 посредством шпинделя 220 и гайки 34. Следует отметить, что единственным назначением шпинделя 220 является присоединение рычага 20 к кольцу 14 управления затвором. Шпиндель 220 не является разрушающимся элементом.
Каждый соединяющий узел 180 снабжен тормозящим устройством 36. Тормозящее устройство 36 содержит тормозящий корпус 38, тормозящую часть 40 и тормозную прокладку 42, расположенную между тормозящим корпусом 38 и тормозящей частью 40. Тормозящий корпус 38 и тормозящая часть 40 прикреплены друг к другу посредством разрушающегося элемента, в частности стержня 22. Тормозящий корпус 38 расположен с возможностью вращения в тормозящей части 40 с тормозящим корпусом 38, предотвращающим от вращения относительно тормозящей части 40 посредством разрушающегося стержня 22.
Тормозящий корпус 38 является втулкой, которую прикрепляют к верхней части 25 цапфы 21 направляющего аппарата 16 посредством штифта 31. Втулку 38 присоединяют к верхней части 25 зафиксированно с возможностью вращения.
Тормозящая часть 40 является зажимным кольцом, которое выполнено за одно целое с рычагом 20 и окружает втулку 38. Зажимное кольцо 40 снабжают элементом регулировку затяжки, в частности регулировочным болтом 44.
Далее описана работа тормозящего устройства 36. Сначала усилие торможения направляющего аппарата 16 при разрушении разрушающегося элемента 22 регулируют посредством регулировочных болтов 44. Затем турбину 200 Фрэнсиса приводят в работу. Пока турбина 200 находится в работе, направляющие аппараты 16 регулярно изменяют пространственное положение посредством кольца 14 управления затвором с целью удержания турбины 200 в оптимальной рабочей точке. Точнее, регулирующее кольцо 14 направляющего аппарата контролирует вращение каждого направляющего аппарата 16 посредством скольжения гайки 34 в вильчатой части 29 рычага 20. Если один из направляющих аппаратов 16 заклинивает, это будет противодействовать следующему изменению пространственного положения до тех пор, пока разрушающийся стержень 22 не разрушится. После этого регулирующее кольцо 14 направляющего аппарата является высвобожденным от заклинившего направляющего аппарата 16, позволяя другим направляющим аппаратам изменить пространственное положение. При разрушении стержня 22 втулка 38 отделяется от зажимного кольца 40. Следовательно, любое неконтролируемое движение неисправного направляющего аппарата проявляется во втулке 38, вращающейся внутри зажимного кольца 40. Данное вращение (и, таким образом, движение направляющего аппарата) тормозится посредством тормозной прокладки 42. Сила торможения зависит от затяжки зажимного кольца 40.
Посредством торможения неравномерного движения неисправного направляющего аппарата повреждение турбины 200 предотвращают.
1. Распределитель (100) для турбины (200), содержащий:
регулирующее кольцо (14) направляющего аппарата;
множество направляющих аппаратов (16), выполненных с возможностью ориентирования посредством регулирующего кольца (14) направляющего аппарата; и
множество узлов (180) для соединения направляющих аппаратов (16) с регулирующим кольцом (14) направляющего аппарата,
причем каждый соединяющий узел (180) содержит разрушающийся элемент (22), выполненный с возможностью разрушения и таким образом отделения соответствующего направляющего аппарата (16) от регулирующего кольца (14) направляющего аппарата в случае избыточных нагрузок, и
каждый соединяющий узел (180) содержит устройство (36) для торможения движения соответствующего направляющего аппарата (16) в случае отделения направляющего аппарата от регулирующего кольца (14) направляющего аппарата, при этом
тормозящее устройство (36) содержит тормозящий корпус (38) и тормозящую часть (40), причем тормозящий корпус и тормозящая часть прикреплены друг к другу посредством разрушающегося элемента (22), и дополнительно между тормозящим корпусом и тормозящей частью предусмотрена тормозная прокладка (42), причем
тормозящая часть является зажимным кольцом (40), окружающим тормозящий корпус (38) и содержащим элемент (44) для регулировки затяжки зажимного кольца.
2. Распределитель турбины по п. 1, в котором тормозящий корпус (38) расположен в тормозящей части (40) так, что корпус и часть могут вращаться относительно друг друга при разрушении разрушающегося элемента (22).
3. Распределитель турбины по п. 1, в котором тормозящий корпус (38) прикреплен к направляющему аппарату (16).
4. Распределитель турбины по п. 1, в котором тормозящий корпус является втулкой (38), установленной на цапфу (21) соответствующего направляющего аппарата.
5. Распределитель турбины по п. 1, в котором тормозящая часть (40) связана с регулирующим кольцом (14) направляющего аппарата.
6. Распределитель турбины по п. 1, в котором каждый соединяющий узел (180) содержит рычаг (20), содержащий вильчатую часть (29) для соединения рычага (20) с регулирующим кольцом (14) направляющего аппарата.
7. Турбина (200) Фрэнсиса, снабженная распределителем (100) турбины по любому из пп. 1-6.
