PL180251B1 - Mechanizm sterowania kątem natarcia łopat wirnika maszyny przeptywowej - Google Patents

Abstract

1. Mechanizm siarowamakątem natarcia łopat wirnika maszyny przepływowej, wyposażony w przesuwny wzdłuż osi wirnika drążek sterujący z gwintowanym otworem, w którym umieszczona jest śruba, napędzana od wirnika poprzez sterowaną przekładnię, znamienny tym, że posiada hamulec (8) unieruchamiający śrubę (2), normalnie zahamowany, korzystnie osadzony bezpośrednio na śrubie a przekładniajest multiplikatorem.

Description

Przedmiotem wynalazku jest mechanizm sterowania kątem natarcia łopat wirnika maszyny przepływowej, przeznaczony dla wirników wolnobieżnych, zwłaszcza w silnikach wiatrowych.

Znane z polskich opisów patentowych nr 160 562 oraz 160 563 mechanizmy do zmiany położenia łopatek wirnika, zwłaszcza turbiny wodnej, mają śrubę nastawiającą łopatki wirnika poprzez nakrętkę i układ dźwigniowy. Śruba napędzana jest od tego wirnika za pośrednictwem przekładni zębatej, której co najmniej dwa koła osadzone są na śrubie. W mechanizmach tych śruba wiruje zawsze w kierunku zgodnym z wirnikiem, szybciej lub wolniej od niego, a jej względna prędkość kątowa j est mała w stosunku do prędkości wirnika; co w zastosowaniu do wirników wolnoobrotowych nie zapewnia wymaganej szybkości reakcji mechanizmu sterującego. Ponadto, znane mechanizmy nie zapewniają samoczynnego przestawiania łopat wirnika w położenie bezpieczne w razie zaistnienia stanów awaryjnych.

Mechanizm sterowania kątem natarcia łopat wirnika maszyny przepływowej, będący przedmiotem wynalazku, który ma przesuwny wzdłuż osi wirnika drążek sterujący, z gwintowanym otworem, oraz śrubę umieszczonąw tym otworze, wyposażonyjest w hamulec służący do unieruchamiania śruby, jak również ma przekładnię napędzającą tę śrubę z wykorzystaniem energii sterowanego wirnika. Dla zapewnienia bezpieczeństwa w pracy sterowanej maszyny stosuje się hamulec normalnie zahamowany, korzystnie osadzony bezpośrednio na śrubie. Przekładnia zębata napędzająca śrubę jest multiplikatorem, zwiększającym prędkość kątową śruby, korzystnie dwukrotnie, względem prędkości wirnika. Może to być przekładnia dwustopniowa o osiach niepmemieszczających się, z kołami zębatymi walcowymi lub stożkowymi, sterowana sprzęgłem rozłączalnym. Może to być także przekładnia planetarna różnicowa, sterowana hamulcem, normalnie odhamowanym.

Korzystnie skutkiem stosowania wynalazku jest możliwość sterowania wolnoobrotową maszyną przepływową z wykorzystaniem energii sterowanego wirnika, przy zapewnieniu odpowiedniej szybkości reakcji mechanizmu sterującego oraz samoczynnego przestawiania łopat wirnika w położenie bezpieczne, w razie zaistnienia stanów awaryjnych. Osadzenie hamulca bezpośrednio na śrubie zwiększa niezawodność mechanizmu, zaś wykorzystanie w nim kół stożkowych pozwala na większą swobodę w kształtowaniu konstrukcji maszyny przepływowej i jej przekładni głównej.

Mechanizm będący przedmiotem wynalazku uwidoczniono w przykładach wykonania na rysunku, gdzie fig. 1 przedstawia mechanizm z przekładnią walcową, fig. 2 - mechanizm z przekładnią stożkową - obydwie sterowane sprzęgłem; natomiast fig. 3 przedstawia mechanizm z przekładnią planetarną sterowaną hamulcem.

Mechanizm sterowania kątem natarcia łopat wirnika maszyny przepływowej ma drążek sterujący 1 osadzony w wirniku współosiowo i przesuwnie, zakończony gwintowanym otworem, poprzez który drążek sterujący połączony jest ze śrubą 2, korzystnie samohamowną. Przeciwległe zakończenie drążka sterującego 1, połączone jest znanym układem dźwigniowym (pominiętym na rysunku) z nastawnymi obrotowo łopatami wirnika. Na śrubie 2 osadzony jest hamulec 8 normalnie zahamowany, sterowany elektromagnetycznie.

180 251

Mechanizm przedstawiony jako pierwszy przykład wykonania ma przekładnię złożoną z walcowych kół zębatych 3,4, 5 i 6; przekazującą napęd z wału 9 wirnika na śrubę 2. Przekładnia ta, dwustopniowa o niezmiennym położeniu osi jej wału pośredniego, zwiększa prędkość kątową śruby 2 względem prędkości wału 9 i całego wirnika. Na wale pośrednim przekładni, między parą kół 3 i 4 pierwszego stopnia, a parą kół 5 i 6 drugiego stopnia, osadzone jest rozłączalne sprzęgło 7 normalnie rozłączone, sterowane elektromagnetycznie. Koło zębate 3, osadzone na wale 9, oraz koło zębate 6 na śrubie 2, zazębione są także z kołami mechanizmu sumującego 10, służącego do pomiaru aktualnie nastawionego kąta natarcia łopat, oznaczonego jako „ β”.

Mechanizm przedstawiony jako drugi przykład wykonania z drążkiem sterującym 1, śrubą 2, sprzęgłem 7 i hamulcem 8; identycznymi jak w przykładzie poprzednim, charakteryzuje się tym, że hamulec 8 jest osadzony na wale pośrednim 12, usytuowanym poprzecznie do śruby 21 osi wirnika. Mechanizm ma dwustopniową przekładnię, złożoną ze stożkowych kół zębatych 13, 14, 15 i 16. Rozłączalne sprzęgło 7 osadzone jest na wale pośrednim 12 i łączy koło zębate 14 pierwszego stopnia, z kołem zębatym 15 drugiego stopnia przekładni. Mechanizm ma także walcowe koła zębate: koło 14a zblokowane z kołem zębatym 14 i koło 12a osadzone na wale pośrednim 12, które zazębione są z kołami mechanizmu sumującego 10, mierzącego aktualnie nastawiony kąt „ β” natarcia łopat.

Mechanizm, przedstawiony jako trzeci przykład wykonania, ma drążek sterujący 1, śrubę 2 oraz hamulec 8, identyczne, jak w przykładzie pierwszym. Mechanizm wyposażony jest w przekładnię planetarną różnicową, której jarzmo 23 z satelitami 24 połączone jest z wałem 9 wirnika. Satelity 24 zazębione sąz kołem wieńcowym 25, na wale 9, i kołem centralnym 26 na śrubie 2. Koło wieńcowe 25 wyposażone jest w hamulec 27, normalnie odhamowany, sterowany elektromagnetycznie. Jarzmo 23 ma uzębienie 23a, które współpracuję z mechanizmem sumującym 10, zazębionym także z kołem centralnym 26. Mechanizm sumujący 10, jak w poprzednich przykładach wykonania, uczestniczy w pomiarze aktualnie nastawionego kąta „ β„ natarcia łopat.

W działaniu mechanizmu według wynalazku, w trakcie sterowania kątem natarcia łopat wirnika, można wyróżnić cztery stany pracy.

W pierwszym - załączone jest sprzęgło 7, lub zahamowane jest hamulcem 27, koło wieńcowe 25. Skutkiem tego, śruba 2, napędzana kołami zębatymi 3,4, 5 i 6, lub 13,14,15 i 16, albo poprzez jarzmo 23, satelitę 24 i koło centralne 26; obraca się w kierunku zgodnym z wałem 9 wirnika, lecz szybciej od niego. W rezultacie, śruba 2 wykręca się z gwintowanego otworu w drążku sterującym 1, odsuwając go wzdłuż osi wirnika od koła zębatego 6, 16 lub 26. Pod wpływem ruchu drążka sterującego 1, współpracujący z nim układ dźwigni zwiększa kąt natarcia łopat, co trwa do chwili, gdy elektryczny układ sterujący tą maszyną rozłączy sprzęgło 7 przekładni, lub zwolni hamulec 27 koła wieńcowego 25.

W drugim stanie pracy - śruba 2 jest zahamowana hamulcem 8, bezpośrednio, lub poprzez koła zębate 15 i 16, zaś jej napędjest odłączony w wyniku rozłączenia sprzęgła 7, lub odhamowania koła wieńcowego 25. Skutkiem tego śruba 2 wkręca się w gwintowany otwór drążka sterującego 1, który przesuwając się w stronę koła zębatego 6,16, lub 26, zmniejsza, poprzez układ dźwigniowy, kąt natarcia łopat. Ten stan pracy trwa do chwili odhamowania hamulca 8 przez elektryczny układ sterujący.

Trzeci stan pracy - to śruba 2 odhamowana, a jej napęd poprzez przekładnię - odłączony. W tym stanie, występującym przy ustalonych warunkach pracy wirnika, drążek sterujący 1 nie przesuwa się, a łopaty wirnika utrzymują nastawiony kąt natarcia.

Czwarty stan pracy - awaryjny - występuje w przypadku braku zasilania prądem obwodów sterowniczych. Wówczas hamulec 8 samoczynnie przyjmuje stan normalnie zahamowany, zatrzymując śrubę 2, w wyniku czego następuje zmniejszanie kąta natarcia łopat wirnika, jak w drugim stanie pracy, aż do ustawienia łopat w bezpieczne położenie, z minimalnym kątem natarcia.

Pomiar kąta natarcia łopat w sterowanym wirniku maszyny przepływowej realizuje się dowolnym mechanizmem sumującym 10, na przykład przekładnią planetarną. Wyjście mechanizmu sumującego określa aktualny kąt natarcia łopat „ β”, podając względny obrót śruby 2 i wału 9 wirnika, a informację tę, przetworzoną w układzie elektrycznym sterującym maszyną przepływową wykorzystuje się do sterowania hamulcem 8 oraz sprzęgłem 7, lub hamulcem 27.

180 251

10

Fig. 2

180 251

27 25 24

Fig 3

180 251

Fig.1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Mechanizm sterowania kątem natarcia łopat wirnika maszyny przepływowej, wyposażony w przesuwny wzdłuż osi wirnika drążek sterujący z gwintowanym otworem, w którym umieszczona jest śruba, napędzana od wirnika poprzez sterowaną przekładnię, znamienny tym, że posiada hamulec (8) unieruchamiający śrubę (2), normalnie zahamowany, korzystnie osadzony bezpośrednio na śrubie a przekładnia jest multiplikatorem.
2. 2. Mechanizm sterowania według zastrz. 1, znamienny tym, że przekładnia o niezmiennych położeniach osi jej wałów, ma rozłączalne sprzęgło (7), normalnie rozłączone.
3. 3. Mechanizm sterowania według zastrz. 1, znamienny tym, ze ma przekładnię planetarną sterowaną hamulcem (27).

   * * *