CS218215B1

CS218215B1 - Hydraulic sensing device

Info

Publication number: CS218215B1
Application number: CS939179A
Authority: CS
Inventors: Ladislav Fiala; Vojtech Foret
Original assignee: Ladislav Fiala; Vojtech Foret
Priority date: 1979-12-27
Filing date: 1979-12-27
Publication date: 1983-02-25

Abstract

Vynález se týká hydraulického snímacího ústrojí, zejména pro regulátor úhlové rychlosti otáčení strojní součástí, např. rotorů rychloběžných motorů a rotorů vysokootáč kových parních turbín. Podle vynálezu jsou v nákružku hřídele rotorové části vytvořeny čerpací' kanály, které propojují v ní upravený vstupní prostor pro přiváděnou kapalinu s výstupním prostorem upraveným v těsnicím prstenci, jenž je neotočně a radiálně kluzně uložen ve snímačovém tělese statorové části a jenž je svým vnitřním obvodem ve stálém kluzném styku s vnějším obvodem nákružku, při čemž na výstupní prostor je připojeno vý tlačné potrubí pro odváděnou kapalinu. Ve snímačovém tělese je alespoň okolo jednoho okraje nákružku, opatřeného· bočními čerpacími drážkami, vytvořena obvodová protitlaková komora pro těsnicí rotující kapalinový prstenec. Horní část rozváděcího prostoru, upraveného ve snímačovém tělese rotující části a spojeného se vstupním prostorem rotorové části, je propojovacím kaná lem připojena na výše uloženou kapalinovou vyrovnávací nádržku.The invention relates to a hydraulic sensing device, in particular for a controller of the angular speed of rotation of machine components, e.g. rotors of high-speed engines and rotors of high-speed steam turbines. According to the invention, pumping channels are formed in the collar of the shaft of the rotor part, which connect the inlet space for the supplied liquid arranged therein with the outlet space arranged in the sealing ring, which is non-rotatably and radially slidably mounted in the sensor body of the stator part and which is in constant sliding contact with the outer circumference of the collar by its inner circumference, with a discharge pipe for the discharged liquid being connected to the outlet space. In the sensor body, a circumferential counter-pressure chamber for the sealing rotating liquid ring is formed at least around one edge of the collar, provided with lateral pumping grooves. The upper part of the distribution space, arranged in the sensor body of the rotating part and connected to the inlet space of the rotor part, is connected to the liquid equalization tank located above via a connecting channel.

Description

(54) Hydraulické snímací ústrojí(54) Hydraulic sensing device

Vynález se týká hydraulického snímacího ústrojí, zejména pro regulátor úhlové rychlosti otáčení strojní součástí, např. rotorů rychloběžných motorů a rotorů vysokootáčkových parních turbín.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a hydraulic sensing device, in particular for controlling the angular speed of rotation of machine parts, e.g., rotors of high-speed engines and rotors of high-speed steam turbines.

Podle vynálezu jsou v nákružku hřídele rotorové části vytvořeny čerpací' kanály, které propojují v ní upravený vstupní prostor pro přiváděnou kapalinu s výstupním prostorem upraveným v těsnicím prstenci, jenž je neotočně a radiálně kluzně uložen ve snímačovém tělese statorové části a jenž je svým vnitřním obvodem ve stálém kluzném styku s vnějším obvodem nákružku, přičemž na výstupní prostor je připojeno výtlačné potrubí pro odváděnou kapalinu. Ve snímačovém tělese je alespoň okolo jednoho okraje nákružku, opatřeného· bočními čerpacími drážkami, vytvořena obvodová protitlaková komora pro těsnicí rotující kapalinový prstenec. Horní část rozváděcího prostoru, upraveného ve snímačovém tělese rotující části a spojeného se vstupním prostorem rotorové části, je propojovacím kanálem připojena na výše uloženou kapalinovou vyrovnávací nádržku.According to the invention, pumping channels are formed in the shoulder of the rotor portion which connect the inlet fluid supply chamber therein to the outlet space provided in the sealing ring, which is rotatably and radially slidably mounted in the sensor body of the stator part and which is a continuous sliding contact with the outer periphery of the collar, the discharge space being connected to a discharge line for the liquid to be discharged. A circumferential backpressure chamber for the rotating sealing liquid ring is formed in the sensor body at least about one edge of the collar provided with side pumping grooves. The upper part of the distribution space provided in the sensor body of the rotating part and connected to the inlet space of the rotor part is connected to the above-mentioned liquid equalization tank by a communication channel.

Vynález se týká hydraulického snímacího ústrojí, zejména pro regulátor úhlové rychlosti otáčení strojních součástí, například rotorů rychloběžných motorů a rotorů vysokootáčkových parních turbin.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a hydraulic sensing device, in particular for controlling the angular speed of rotation of machine parts, for example, rotors of high-speed engines and rotors of high-speed steam turbines.

Snímací ustrojí regulátorů úhlové rychlosti otáčení takových strojních částí bývají zpravidla upraveny na volném konci rotoru řízeného -stroje. V praxi se však vyskytují také případy, kdy oba konce rotoru řízeného stroje jsou využity ke spojení s jinými zařízeními, takže snímací ústrojí těchto regulátorů zde není možno umístit. V takových případech je možno ke snímání použít ozubené soukolí, transformující úhlovou rychlost otáčejícího se rotoru na pomocný hřídel, na jehož volném konci je upraveno snímací ústrojí, známé například z čs. autorského osvědčení č. 171816. Nehledě na obtíže související se zvýšením složitosti konstrukce, s dodržením vzdálenosti a rovnoběžnosti os rotoru a pomocného hřídele, při nezbytné velikosti snímacího pastorku, upevněného na poměrně velkém průměru rotoru a při vysokých úhlových rychlostech otáčení vznikají v ozubeních také značné rázv, které v napoieném hydraulickém regulačním zařízení vyvolávají velmi nežádoucí kmitání. Jako snímací ústrojí mohou být využita také známá elektrická čidla, umístěná ve statorové části řízeného zařízení v blízkosti snímacího kotouče, upevněného na rotorové části. Elektrické nebo elektrohydraulické regulační systémy, jejichž vstupy jsou takovými elektrickými snímači osazeny, však musí obsahovat několikastupňové výkonové zesilovače s elektrickými servomotory a s nezbytnými mechanickými převodovými zařízeními, případně musí obsahovat několikastupňové výkonové zesilovače a elektrohydraulické převodníky. Uvedené několikanásobné zesilování a transformace v drahých přídavných zařízeních jsou však vždy nutně provázeny určitým nežádoucím zkreslením, dále zpožděním, případně hysterezními jevy, které zhoršují řídicí vlastnosti regulačního systému. Pokud zmíněná elektrická přídavná zařízení, která vyžadují přívod elektrické energie, máji pracovat v agresivním prostředí, případně ve výbušném prostředí, musí být pro práci v takových podmínkách s velkými náklady upravována.The sensing devices of the angular speed regulators of such machine parts are generally provided at the free end of the machine driven rotor. In practice, however, there are also cases where both ends of the rotor of a controlled machine are used to communicate with other devices, so that the sensing means of these controllers cannot be placed there. In such cases, it is possible to use a gear which transforms the angular velocity of the rotating rotor into an auxiliary shaft, at the free end of which a sensing device is known, e.g. No. 171816. Notwithstanding the difficulties involved in increasing the complexity of the structure, maintaining the distance and parallelism of the axes of the rotor and the auxiliary shaft, with the necessary size of the pinion mounted on a relatively large rotor diameter and at high angular rotational speeds , which cause very undesirable vibrations in the loaded hydraulic control device. Known electrical sensors located in the stator portion of the controlled device in the vicinity of the sensor disc mounted on the rotor portion can also be used as sensing devices. However, electrical or electro-hydraulic control systems whose inputs are fitted with such electrical sensors shall include multi-stage power amplifiers with electric servomotors and the necessary mechanical transmission devices, or shall include multi-stage power amplifiers and electro-hydraulic converters. However, these multiple amplifications and transformations in expensive accessory devices are always necessarily accompanied by some undesirable distortion, delay, or hysteresis phenomena, which impair the control properties of the control system. If said electrical attachments requiring electrical power supply are to be operated in an aggressive environment or in an explosive atmosphere, they must be adapted to work in such conditions at high cost.

Uvedené nevýhody ve značné míře odstraňuje hydraulické snímací ústrojí podle vynálezu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že v nákružku hřídele rotorové části jsou vytvořeny čerpací kanály, které propojují v ní upravený vstupní prostor pro přiváděnou kapalinu s výstupním prostorem, upraveným v těsnicím prstenci, jenž je otočně a radiálně kluzně uložen ve snímačovém tělese statorové části a jenž je svým vnitřním obvodem ve stálém kluzném styku s vnějším obvodem nákružku, přičemž na výstupní prostor je připojeno výtlačné potrubí pro odváděnou kapalinu. Ve snímačovém tělese je alespoň okolo jednoho okraje nákružku, opatřeného bočními čerpacími drážkami, vytvořena obvodová protitlaková komora pro těsnicí rotující kapalinový prstenec. Horní část ro-zváděcího prostoru, upraveného ve snímačovém tělese rotorové části a spojeného se vstupním prostorem rotorové části, je propojovacím kanálem připojena na výše uloženou kapalinovou vyrovnávací nádržku.These drawbacks are largely eliminated by the hydraulic sensing device according to the invention. SUMMARY OF THE INVENTION The invention is based on the fact that pumping ducts are formed in the rotor collar of the rotor part which interconnect the inlet chamber therein for supplying liquid with an outlet chamber provided in a sealing ring which is rotatably and radially slidably mounted in the sensor body of the stator part. is in its inner circumference in permanent sliding contact with the outer circumference of the collar, and a discharge line for the liquid to be drained is connected to the outlet space. A circumferential backpressure chamber for the sealing rotating liquid ring is formed in the sensor body at least about one edge of the collar provided with side pumping grooves. The upper part of the manifold space provided in the sensor part of the rotor part and connected to the inlet space of the rotor part is connected to the above-mentioned liquid equalization tank by a communication channel.

Hydraulické snímací ústrojí podle vynálezu je možno používat i u zařízení, pracujících s nejvyššími obvodovými rychlostmi. Je výrobně jednoduché a provozně je naprosto spolehlivé. Jeho· funkce není ovlivňována ani kolísáním tlaku přiváděné kapaliny.The hydraulic sensing device according to the invention can also be used in devices operating at the highest peripheral speeds. It is simple to manufacture and completely reliable. Its function is not influenced by fluctuations in the pressure of the supplied liquid.

Příklad provedení hydraulického snímacího ústrojí podle vynálezu je schematicky znázorněn na přiloženém výkrese, na němž je toto ve svislém osovém řezu nakreslené snímací ústrojí využito k regulaci vysokootáčkové parní turbiny.An exemplary embodiment of a hydraulic sensing device according to the invention is shown schematically in the accompanying drawing, in which this vertical sensing device drawn in vertical axial section is used to control a high-speed steam turbine.

V nakresleném provedení hydraulické snímací ústrojí sestává z otočné rotorové části, upravené na hřídeli 2 parní turbiny, a z neotočne statorové části, upravené v neznázorněném statoru této turbiny. Otočnou rotorovou část snímacího ústrojí tvoří na osazeném hřídeli 2 upevňovací pásnicí jednostranně koaxiálně nalisováný prstencový nákružek 1, který svou převislou pásnicí letmo přesahuje nad hřídelové odlehčení a který má v této převislé pásnicí v pravidelných rozestupech vytvořeny v podstatě radiální čerpací kanály 3. Na obou okrajích nákružku 1 jsou taktéž v pravidelných rozestupech vytvořeny v podstatě radiální boční čerpací drážky 12, 13, přičemž první čerpací drážky 12 jsou vytvořeny na okraji převislé pásnice a druhé čerpací drážky 13 jsou vytvořeny na okraji upevňovací pásnice. Neotočnou statorovou část snímacího ústrojí tvoří pouzdrovité osově dělené snímačové těleso* 8 s podobně děleným těsnicím prstencem 7 a těsnicím kroužkem 14, dále potrubními propoji a s vyrovnávací nádržkou 16. V druhém válcovitém vnitřním zahloubení, upraveném okolo nákružku 1 v osové dutině snímačového tělesa 8, ustaveného v neznázorněném statoru soustřeně vzhledem k hřídelí 2, je radiálně přesuvně uložen dvoudílný těsnicí prstenec 7, který je ve zmíněném zahloubení pojištěn proti otáčení kolíkovým zajišťovacím prvkem 21 a který je svým vnitřním obvodem ve stálém kluzném styku s vnějším obvodem nákružku 1. Obě poloviny těsnicího prstence 7 jsou spojeny neznázorněnými šrouby. Podobně v prvním vnitřním válcovitém zahloubení ve snímačovém tělese 8 radiálně plovoucí těsnicí kroužek 14, sestávající také ze dvou navzájem sešroubovaných polovin a pojištěny proti otáčení druhým kolíkovým zajíšfovacím prvkem 26, je svým vnitřním obvodem v kluzném styku s hřídelem 2. Těsnicím prstencem 7 a těsnicím kroužkem 14 ve isnímačovém tělese 8 omezený rozváděči prostor 5 je propojovacím kanálem 19 spojen s výše uloženou vyrovnávací nádržkou 16. S neznázorněným kapalinovým čerpadlem je tento rozváděči prostor 5 spojen příváděcím potrubím 18, ústícím do prvního převáděcího prostoru 25 v prvním vnitřním válcovém zahloubení, dále radiálním příváděcím kanálem 15 a přiváděči drážkou 24, vytvořenými v těsnicím kroužku 14. S neznázorněným zesilovacím členem hydraulického regulačního systému je pak tento rozváděči prostor 5 propojen vstupním prostorem 4 mezi hřídelem 2 a převislou pásnicí nákružku 1, čerpacími kanály 3 v této převislé pásnicí, dále výstupním prostorem 26 a výstupními kanály 6 a dále druhým převáděcím prostorem 27 a výtlačným potrubím 9. Po obou stranách druhého válcovitého vnitřního zahloubení jsou ve snímacím tělese 8 upravena vnitřní osazení, jež ve smontovaném stavu hydraulického snímacího ústrojí vytvářejí spolu s okraji nákružku 1 protitlakové komory 10,In the illustrated embodiment, the hydraulic sensing means comprises a rotatable rotor portion provided on the steam turbine shaft 2 and a non-rotatable stator portion provided in the stator (not shown) of the turbine. The rotatable rotor part of the sensing device is formed by a mounting flange on a stepped shaft 2 with a coaxially pressed annular collar 1 pressed on one side, which overhangs the flange abruptly over the shaft relief and has substantially radial pumping channels 3 at regular intervals. 1, substantially radial side pumping grooves 12, 13 are also formed at regular intervals, the first pumping grooves 12 being formed at the edge of the overhanging flange and the second pumping grooves 13 being formed at the edge of the fastening flange. The non-rotatable stator portion of the sensing device is formed by a sleeve-like axially divided sensor body 8 with a similarly divided sealing ring 7 and a sealing ring 14, further by piping connections and an equalizing tank 16. in the stator (not shown) concentrically with respect to the shafts 2, a two-piece sealing ring 7 is mounted radially, which is secured in the recess against rotation by a pin locking element 21 and which has an inner circumference in permanent sliding contact with the outer circumference of the collar. 7 are connected by screws (not shown). Similarly, in the first inner cylindrical recess in the sensor body 8, the radially floating sealing ring 14, also consisting of two bolted halves screwed together and secured against rotation by the second pin hooking element 26, is in its inner circumference in sliding contact with the shaft 2. The sealing ring 7 and the sealing ring 14, in the sensor body 8, a restricted distribution space 5 is connected via a communication channel 19 to a buffer reservoir 16 above. With a liquid pump (not shown), this distribution space 5 is connected by a supply line 18 leading to the first transfer space 25 in channel 15 and supply groove 24 formed in the sealing ring 14. With the amplifying member of the hydraulic control system (not shown), this distribution space 5 is connected to the inlet space 4 between the cannula 2 and overhanging flange of collar 1, pumping channels 3 in this overhanging flange, as well as outlet space 26 and outlet channels 6, second transfer space 27 and discharge pipe 9. On both sides of the second cylindrical internal recess, , which in the assembled state of the hydraulic sensing device together with the edges of the collar 1 form a backpressure chamber 10,

11. Při rotaci hřídele 2 parní turbiny po zprůchodnění přiváděcího potrubí 18 ve směru šipky 22 prvním převáděcím prostorem 25, příváděcím kanálem 15 a přiváděči drážkou 24 do rozváděclho prostoru 5 proudící tlaková kapalina postupně zaplaví vstupní prostor 4 snímacího ústrojí a propojovacím kanálem 19 zaplní výše položenou vyrovnávací nádržku 16 až po přepadovou hranu 17, přes níž její zbytek stéká a neznázorněným prvním vratným potrubím je přiváděn do sacího prostoru uvedeného kapalinového čerpadla. Tlak využívané tlakové kapaliny, procházející čerpacími kanály 3 rotujícího nákružku 1 z jeho vstupního prostoru 4 do nehybného výstupního prostoru 26 a do výstupních kanálů 6, je závislý na úhlové rychlosti otáčení rotoru 2. Část tlakové kapaliny, proudící výstupními kanály 6 do druhého převáděcího prostoru 27, prosakuje vůlemi mezi čelními plochami těsnicího prstence 7 a čelními plochami druhého vnitřního zahloubení do protitlakových komor 10, 11, v nichž se působením lícních čerpacích drážek 12, 13 vytváří rotující kapalinové prstence, které svými obvodovými tlaky brání dalšímu průsaku. Tloušťky těchto kapalinových prstenců jsou dány velikostmi vnitřních průměrů Di, D2, D3 těsnicího prstence 7 a příslušných výkružků ve snímačovém tělese 8. Z druhé protitlakové komory 11 po obvodu levého· výkružku odstřikující kapalina je neznázorněným druhým vratným potrubím odváděna také do sacího prostoru kapalinového čerpadla. Využitím těsnicích účinků rotujících kapalinových prstenců je takto převážná část čerpané kapaliny ve směru šipky 23 odváděna výtlačným potrubím 9 do neznázorněného zesilovacího členu navazujícího hydraulického regulačního systému. Kolísání dodávky a odběru tlakové kapaliny se projevuje jen změnami průtokového množství jejího přes přepadovou hranu 17 se vracejícího přebytku, které však na funkci hydraulického snímacího ústrojí ani na funkci navazujícího hydraulického regulačního systému nemají žádný vliv.11. As the steam turbine shaft 2 rotates after the supply line 18 in the direction of the arrow 22 has passed through the first transfer space 25, the supply channel 15 and the feed groove 24 into the distribution space 5, the flowing pressure fluid gradually floods the inlet space 4 of the sensing device and fills the higher a buffer reservoir 16 up to the overflow edge 17, over which the remainder flows and the first return pipe (not shown) is supplied to the suction space of said liquid pump. The pressure of the pressurized fluid passing through the pumping channels 3 of the rotating collar 1 from its inlet space 4 to the stationary outlet space 26 and to the outlet channels 6 is dependent on the angular speed of rotation of the rotor 2. , leaks between the faces of the sealing ring 7 and the faces of the second internal recess into the backpressure chambers 10, 11, in which rotating liquid rings are formed by the face pumping grooves 12, 13 which prevent further leakage by circumferential pressures. The thicknesses of these liquid rings are determined by the sizes of the inner diameters D1, D2, D3 of the sealing ring 7 and the corresponding bosses in the sensor body 8. From the second backpressure chamber 11 along the circumference of the left bead, the liquid is also discharged. By utilizing the sealing effects of the rotating liquid rings, the bulk of the pumped liquid in the direction of the arrow 23 is thus discharged via a discharge line 9 into a reinforcing member of a downstream hydraulic control system (not shown). Fluctuations in the supply and withdrawal of the pressurized fluid are manifested only by changes in the flow rate of the excess liquid over the overflow edge 17, which however have no effect on the function of the hydraulic sensing device or the function of the downstream hydraulic control system.

Ve znázorněném a popsaném příkladu provedení hydraulického snímacího ústrojí podle vynálezu je jako pracovní kapalina s výhodou využit mazací turbinový olej, který je odebírán a po použití znovu přiváděn do olejového systému parní turbiny.In the illustrated and described exemplary embodiment of the hydraulic sensing device according to the invention, the working fluid is preferably a lubricating turbine oil, which is withdrawn and re-fed to the steam turbine oil system after use.

Claims

SUBJECT

A hydraulic sensing device, in particular a p, ro rotary speed regulator for machine parts, comprising a rotatable rotor portion and a non-rotatable stator portion, characterized in that pumping channels (3) are formed in the collar (1) of the rotor portion (2), which interconnect the inlet fluid supply chamber (4) therein with the outlet chamber (26) provided in the sealing ring (7), which is non-rotatably and radially slidably mounted in the sensor body (8) of the stator part and which is a continuous sliding contact with the outer periphery of the collar (1), wherein a discharge line (9) for the liquid to be drained is connected to the outlet space (26).

Hydraulic sensing device according to claim 1, characterized in that a circumferential backpressure chamber (11) is provided in the sensor body (8) for at least one edge of the collar (1) provided with lateral pumping grooves (13) for the sealing rotating liquid. ring.

Hydraulic sensing device according to claim 1, characterized in that the upper part of the distribution space (5) provided in the rotor body (8) of the rotor part and connected to the inlet space (4) of the rotor part is connected to the connection channel (19). a liquid storage tank (16) disposed above.