HRP950029A2 - Apparatus for the pressure maintenance in guide vane bearings of pump turbines - Google Patents

Description

Ovaj izum se odnosi na uređaj za održavanje tlaka u kliznim ležajima privodnih lopatica turbopumpi, koji su podmazivani mašću s određenim pretlakom pomoću centralnog uređaja za podmazivanje, pri čemu su privodne lopatice uležištene iznad i ispod prostrujnih kanala.

Habanje u ležajima privodnih lopatica je relativno malo čak i kod velikih, dinamičnih opterećenja, tipičnih za turbopumpe, tako dugo dok se u rasporu ležaja može zadržati dovoljna količina masti. Ukoliko se to ne može postići, npr. zbog oštećenja unutarnje brtve, habanje počinje progresivno rasti i konačno dovodi do ispada ležaja. Pored podmazivanja, mast u rasporu ležaja ima i značajnu ulogu prigušivanja. Poznato je da se mogu postići odlične vrijednosti prigušivanja vibracija rukavca u rasporu ležaja, ako je raspor ležaja potpuno ispunjen mašću za podmazivanje i ako se mast može držati pod određenim pretlakom.

S druge strane pretlak ne smije prekoračiti određene granične vrijednosti, kako se ne bi ugrozile brtve. Pretlačni ventili koji se mogu kupiti u dućanima, kao što su ventili koji se koriste za tekuće i plinske medije, rade vrlo nepouzdano kada se kao medij pojavljuje mast i to zbog velikog rasipanja proradnih vrijednosti, kao i s velikom histerezom.

Kod ležaja privodnih lopatica turbopumpi se pojavljuje slijedeći problem. U pogonu pumpe ili turbine, privodne lopatice kao i njihovi ležaji preuzimaju približno temperaturu pogonske vode. Kod vrste pogona s kompenzatorom reaktivne energije dolazi, uslijed ventilacijskih gubitaka rotora koji se okreće u zraku, do postepenog zagrijavanja turbopumpe koje na privodnim lopaticama može iznositi do ΔT=30K u odnosu na temperaturu dotoka pogonske vode.

Pošto mast za podmazivanje u odnosu na materijal rukavca ležaja i tuljca ležaja ima za oko 103 veće koeficijente rastezanja, kod zatvorenog volumena masti i gore navedenog povišenja temperature dolazi do znatnog povišenja tlaka masti. Ugrađeni pretlačni ventil se u tom slučaju otvara (s gore spomenutim netočnostima) i omogućava izlaženje masti, sve dok se ne postigne tlak zatvaranja ventila odn. dok mast izlazi preko brtve raspora ležaja. Taj proces se kod dužeg rada kompenzatora reaktivne energije može više puta ponoviti. Ako tada dođe do prijelaza sa pogona kompenzatora reaktivne energije na turbinski pogon, tada temperatura ležaja unutar nekoliko minuta pada na temperaturu pogonske vode. Uslijed pada temperature smanjuje se volumen preostale masti i raspor ležaja više nije potpuno ispunjen mašću. Ovaj efekt se pojačava time, što kod prijelaza s pogona kompenzatora reaktivne energije s niskim tlakom u turbopumpi na turbinski pogon s visokim tlakom u turbopumpi, uslijed elastičnog proširenja dijelova kućišta dolazi do aksijalnog pomaka donjeg rukavca ležaja privodne lopatice, a time i do povećanja volumena raspora za podmazivanje. Kod obratnog procesa se volumen raspora podmazivanja smanjuje. Gubitak masti nakon početka rada pretlačnog ventila odnosno uslijed izlaženja preko brtvi raspora ležaja se mora nadoknaditi odgovarajućim dopunjavanjem masti. Iz tog razloga dolazi kod višestrukih dnevnih prebacivanja pogona do veće potrošnje masti. Osim toga se mast koja izlazi i više se ne može upotrijebiti, mora ukloniti uz odgovarajući trošak.

Zadatak ovog izuma je dobivanje uređaja za održavanje tlaka u kliznim ležajima privodnih lopatica turbopumpi koji su uz određeni pretlak podmazivani pomoću centralnog uređaja za podmazivanje, a koji su smješteni iznad i ispod prostrujnih kanala, kod kojeg uređaja pri promjenama tlaka u rasporu za podmazivanje, koje nisu regulirane već su uvjetovane vrstom pogona, ne dolazi do gubitka masti odnosno nije potrebno naknadno dopunjavanje, a istovremeno se pritisak u rasporu za podmazivanje održava u navedenim granicama.

To se prema ovom izumu postiže tako, da se na svaku privodnu lopaticu u gornji i donji ležaj prema prostrujnom kanalu postave brtve koje djeluju u oba smjera, da se u provrt privodne lopatice u donjem ležaju ugradi dosjedni dio i jedan poklopac koji zatvara otvor i koji ima jedan aksijalni otvor, da se u rukavac donjeg ležaja na gornjem rubu izvede radijalni kanal od dosjednog dijela prema rasporu ležaja, a na donjem rubu radijalni kanal od raspora ležaja prema provrtu u poklopcu, da se u sredinu provrta privodne lopatice uvuče cijev koja prolazi do dosjednog dijela, a koju na čeonoj površini gornjeg ležaja drži odgovarajući priključak koji je u sredini izveden s aksijalnim otvorom i koji ima jedan aksijalni otvor koji nije u sredini, da je u rukavcu gornjeg ležaja na donjem rubu izveden radijalni kanal od provrta privodne lopatice do raspora ležaja, te da je na postojeći aksijalni provrt centralnog uređaja za podmazivanje, na postojeći aksijalni otvor u poklopcu turbine kao i na priključke spojena po jedna odbojna mazalica.

Odbojna mazalica se sastoji od cilindra podijeljenog na klipni i opružni dio, pri čemu u klipni dio dolazi klip, a u opružni dio dolazi opruga; stijenka cilindra je na strani klipa deblja nego na strani opruge, a klip ima manji promjer od tlačne opruge, pri čemu je između klipa i tlačne opruge ugrađena opružna (elastična) ploča; u stijenku klipnog dijela je postavljena odvodna cijev koja je povezana sa sabirnim spremnikom pričvršćenim na cilindar, a cilindar je na klipnoj strani zatvoren poklopcem a na strani opruge navojnom kapom; u poklopcu su izvedeni priključci za dovod od aksijalnog otvora odnosno za priključak kontrolnog manometra.

U daljnjoj izvedbi je klip prema strani opruge opremljen rukavcem koji prima elastičnu ploču. Tlačnu oprugu na kraju opružnog dijela drži druga elastična ploča koja ulazi u kapu (poklopac). Nadalje je u klipu učvršćeno navojno vreteno koje prolazi sredinom opružnog dijela i završnog poklopca prema van i funkcionalno je povezano s graničnom sklopkom postavljenom na cilindru.

Nadalje se izum pobliže objašnjava izvedbenim primjerima. Na slijedećim crtežima je prikazano:

Sl.1: Privodna lopatica jedne turbopumpe s uležištenjem i sustavom podmazivanja u presjeku

Sl.2: Detalj gornjeg i donjeg ležaja jedne privodne lopatice u presjeku

Sl.3: Pogled s prednje strane na odbojnu mazalicu u polupresjeku

Sl.4: Bočni pogled na odbojnu mazalicu

Uređaj za održavanje tlaka se koristi na mašću podmazivanim kliznim ležajima privodne lopatice 1 turbopumpe, pri čemu su privodne lopatice 1 radijalno uležištene iznad i ispod prostrujnih kanala 4 u gornjem ležaju 2 i donjem ležaju 3. Dovod masti u klizni ležaj koji radi s određenim pretlakom se vrši preko centralnog uređaja za podmazivanje 16. Na svakoj privodnoj lopatici 1 su na gornjem ležaju 2 i donjem ležaju 3 prema prostrujnom kanalu 4 postavljene brtve 36, koje djeluju u oba smjera. Te brtve 36 su i kod viših tlakova nepropusne za mast u smjeru prostrujnog kanala 4 i vodonepropusne u smjeru ležaja. Kako bi se spriječilo izlaženje masti u atmosferu, u oba ležaja 2 i 3 su postavljene brtve 37 prikladne za više tlakove, koje djeluju u jednom smjeru. U otvor 5 privodne lopatice 1 u donjem ležaju 3 se postavlja dosjedni dio 6 i priključak 7 koji zatvara otvor 5 s aksijalnim otvorom 8. U rukavcu donjeg ležaja 3 je na gornjem rubu postavljen radijalni kanal 9 od dosjednog dijela 6 prema rasporu ležaja i na donjem rubu radijalni kanal 10 od raspora ležaja prema aksijalnom otvoru 8 u priključku 7. U rukavac gornjeg ležaja 2 je na donjem rubu izveden radijalni kanal 15 od otvora 5 privodne lopatice 1 do raspora ležaja. U sredinu otvora 5 privodne lopatice 1 je odozgo postavljena cijev 11, koja prolazi do dosjednog dijela 6, koju na čeonoj strani gornjeg ležaja 2 drži priključak 12. Promjer cijevi 11 je manji od otvora 5 u statorskoj lopatici 1. Zbog toga se na osovini privodnih lopatica stvaraju dva međusobno odvojena prostora. Priključak 12 je opremljen aksijalnim središnjim otvorom 13 i aksijalnim otvorom 14, koji nije u sredini. Na aksijalne otvore 13 i 14 se preko tlačnih vodova 38 i povratnih ventila 39 priključuje centralni uređaj za podmazivanje 16. Na aksijalni otvor 17 na poklopcu turbine kao i na priključak 7 se priključuje po jedna odbojna mazalica 18. Odbojna mazalica 18 se sastoji od cilindra 21 podijeljenog na klipnu stranu 19 i opružnu stranu 20. Klipna strana 19 prihvaća u izbrušeni i polirani otvor klip 22. Na opružnoj strani 20 je postavljena tlačna opruga 23. Stijenka cilindra klipne strane 19 je deblja od stijenke cilindra opružne strane 20. Klipni dio 19 se zatvara pomoću poklopca 27, pri čemu se između poklopca 27 i klipnog dijela 19 u prstenasti utor umeće gumena brtva 40. Klipni dio 19 je na suprotnoj strani od poklopca 27 opremljen vanjskim navojem 41. Na taj navoj 41 se navija opružni dio 20 cilindra 21 i pomoću zatika s navojem 42 osigurava od otpuštanja. U određenom razmaku od čeone površine klipnog dijela 19 izveden je u stijenci klipnog dijela 19 radijalni otvor 43, u koji se postavlja odvodna cijev 44. Odvodna cijev 44 je povezana sa sabirnim spremnikom 45 koji je s vanjske strane cilindra 21 pričvršćen preko elementa za prihvaćanje 46. Klip 22 ima manji promjer od tlačne opruge 23. Prema strani opruge 20 klip 22 ima rukavac 32, na koji se postavlja elastična ploča s prirubnicom. Tlačna opruga 23 se s jedne strane postavlja na prirubnicu elastične ploče 24 i na taj način vođen. Drugi kraj tlačne opruge 23 prihvaća druga elastična ploča 33 koja isto tako prema unutra služi kao vodilica opruge. Ta druga elastična ploča 33 dosjeda u završnu kapu 28. Okretanjem kape (poklopca) 28 postiže se prednaprezanje tlačne opruge 23. Za to služi šesterokutna prirubnica 47 koja se zavaruje na poklopac 28. Nakon podešavanja željenog prednaprezanja, poklopac 28 se osigurava od samootpuštanja pomoću vijka 48. Poklopac 27 ima osim četiri provrta za vijke 25 za pričvršćenje poklopca 27 još i dva provrta koji ulaze u radni prostor cilindra 26. U jedan provrt se postavlja priključak 29 za dovod od raspora za podmazivanje kliznog ležaja. Drugi otvor služi za montažu kontrolnog manometra 31 preko priključka 30. U klipu 22 je učvršćeno navojno vreteno 34, koje prolazi sredinom opružnog dijela 20 i završnog poklopca 28 i izlazi van, te ovisno o položaju klipa 22 aktivira graničnu sklopku 35 postavljenu na cilindru 21. Preko granične sklopke 35 se signalizira tlak koji je izvan prethodno određenog područja. Za ispravan rad odbojne mazalice 18 nije nužan neki posebni položaj za ugradnju. U prikazanom slučaju, na ležajima privodne lopatice 1 turbopumpe je ugradnja izvršena u vertikalnom položaju u blizini pojedinih ležaja privodne lopatice. U tu svrhu je na cilindar 21 postavljena pričvrsna prirubnica 49. Klip 22 se pomoću tlačne opruge 23 drži u svom krajnjem položaju. Elastična ploča 24 naliježe na stražnju stranu klipa 22 i na čeonu stranu klipnog dijela 19. Na taj je način moguće demontirati poklopac 27 kao i klip 22, a da se ne treba otpustiti tlačna opruga 23.

Potrebna mast se od centralnog uređaja za podmazivanje 16 dovodi preko otvora 13 i cijevi 11 do rukavca donjeg ležaja 3. Pri tome mast ulazi na gornjem rubu preko radijalnog kanala 9 u raspor ležaja, preko jednog prstenastog kanala i više utora za podmazivanje prvo puni raspor ležaja, a tada donji radijalni kanal 10 do otvora 8 u priključku 7. Raspor u gornjem ležaju 2 se puni preko ekscentrično izvedenog provrta 14 u priključku 12, preostalog prstenastog prostora u provrtu 5 privodne lopatice 1 i radijalnog kanala 15. Preko odgovarajućeg prstenastog kanala i više utora za podmazivanje puni se sve do gornjeg ruba kompletan raspor ležaja uključujući i provrt 17 u turbinskom poklopcu.

Kod povišenja tlaka masti u gornjem i/ili donjem rasporu ležaja, taj tlak djeluje preko priključka 22 na klip 12 odgovarajuće odbojne mazalice 18. Ako umnožak površine klipa s tlakom masti bude veći od sile prednaprezanja tlačne opruge 23, tada se klip 22 pokreće uz povećavanje sile opruge prema tlačnoj opruzi 23, dok se ne postigne ravnotežno stanje. Pri tome u radni prostor cilindra 26 utječe količina masti koja je proporcionalna putu klipa u radnom prostoru cilindra 26. Ako klip 22 u toku svog kretanja oslobodi radijalni provrt 43, tada mast preko odvodne cijevi 44 ulazi u sabirni spremnik 45. Na taj način se ograničava porast tlaka u rasporu ležaja.

Promjer klipa 22 kao i njegov hod do oslobađanja radijalnog otvora 43, te dimenzije tlačne opruge 23 uključujući konstante te opruge, moraju se odrediti prema volumenu masti koji se kompenzira i prema graničnim tlakovima masti u rasporu ležaja koje treba održavati. Ako se tlak u rasporu ležaja smanji, tada tlačna opruga 23 preko klipa 22 potiskuje akumuliranu mast u natrag u raspor ležaja.

Pomoću ovog izuma postižu se slijedeće prednosti:

- klizni ležaj je stalno ispunjen mašću

- punjenje masti se održava unutar određenog područja tlaka

- punjenje mašću pod stalnim pretlakom dovodi do velikog prigušivanja vibracija u ležajima privodnih lopatica

- veliko prigušivanje vibracija smanjuje habanje i produžava vijek trajanja ležaja privodne lopatice

- signalizacijom preko granične sklopke i odgovarajućim ožičenjem moguća je stalna kontrola s jednog centralnog mjesta

- pomoću signalizacije se može automatski upravljati dovođenjem svježe masti

- stara mast koja izlazi se sakuplja

- količina masti se može svesti na najmanju mjeru bez ograničavanja funkcioniranja ležaja

- nema zagađivanja okoline uslijed izlaženja masti iz ležaja

Claims (6)

1. Uređaj za održavanje tlaka u kliznim ležajima privodnih lopatica turbopumpi, koji su podmazivani mašću s određenim pretlakom pomoću centralnog uređaja za podmazivanje, pri čemu su privodne lopatice uležištene iznad i ispod prostrujnih kanala, naznačen time, da su na svaku privodnu lopaticu (1) u gornjem ležaju (2) i donjem ležaju (3) prema kanalu strujanja (4) postavljene brtve (36), koje djeluju u oba smjera, da se u provrt (5) privodne lopatice (1) u donji ležaj (3) postavi dosjedni dio (6) i jedan priključak (7) s aksijalnim provrtom (8) koji zabrtvljuje otvor (5), da je u rukavcu donjeg ležaja (3) na gornjem rubu izveden radijalni kanal (9) od dosjednog dijela (6) prema rasporu ležaja i na donjem rubu radijalni kanal (10) od raspora ležaja do provrta (8) u priključku (7), da se u provrt (5) privodne lopatice (1) uvuče cijev (11) koja prolazi sredinom do dosjednog dijela (6), koja cijev se drži na čeonoj plohi gornjeg ležaja (2) preko priključka (12), da je priključak (12) izveden s aksijalnim središnjim provrtom (13) i aksijalnim ekscentričnim provrtom (14), da se na rukavcu gornjeg ležaja (2) na donjem rubu predvidi radijalni kanal (15) od provrta (5) privodne lopatice (1) do raspora ležaja, te da se na aksijalne provrte (13;14) priključi centralni uređaj za podmazivanje (16), a na postojeći aksijalni provrt (17) u poklopcu turbine kao i na priključke (7) po jedna odbojna mazalica 18.

2. Uređaj prema Patentnom zahtjevu 1, naznačen time, da se odbojna mazalica (18) sastoji od cilindra (21) koji je podijeljen na klipni dio (19) i opružni dio (20), a koji na klipnoj strani (19) prihvaća klip (22), a na strani opruge (20) tlačnu oprugu 23, da je stijenka cilindra (21) na klipnoj strani (19) deblja od stijenke na strani opruge (20), da klip (22) ima manji promjer od tlačne opruge (23), a da je između klipa (22) i tlačne opruge (23) postavljena elastična ploča (24), na stijenku klipnog dijela (19) je ugrađena odvodna cijev (25) koja je povezana sa sabirnim spremnikom (26) pričvršćenim na cilindar (21), da je cilindar (21) na klipnom dijelu (19) zatvoren poklopcem (27), a na opružnom dijelu (20) navojnim poklopcem (kapom) (28), a da je u poklopcu predviđen priključak (29) za dovod od aksijalnog provrta (17) odnosno priključka (7) kao i priključak (30) za kontrolni manometar (31).

3. Uređaj prema Patentnom zahtjevu 2, naznačen time, da je klip (22) prema strani opruge (20) opremljen rukavcem (32) koji prihvaća elastičnu ploču (24).

4. Uređaj prema Patentnom zahtjevu 2 i 3, naznačen time, da druga elastična ploča (33) koja ulazi u poklopac (28) drži tlačnu oprugu (23) na kraju opružnog dijela (20).

5. Uređaj prema Patentnom zahtjevu 2 do 4, naznačen time e, da je u klipu (22) učvršćeno navojno vreteno (34) koje prolazi sredinom opružnog dijela (20) i poklopca (28) prema van i funkcionalno je povezano s graničnom sklopkom (35) postavljenom na cilindru (21).

6. Uređaj prema Patentnom zahtjevu 1, naznačen time, da cijev (11) ima manji promjer od provrta (5) privodne lopatice (1).