RU2464427C1

RU2464427C1 - Screw-type steam engine

Info

Publication number: RU2464427C1
Application number: RU2011122507/06A
Authority: RU
Inventors: Сергей Романович Березин (RU); Сергей Романович Березин
Original assignee: Закрытое Акционерное Общество "Эко-Энергетика"
Priority date: 2011-06-03
Filing date: 2011-06-03
Publication date: 2012-10-20
Also published as: WO2012166020A1

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: screw-type steam engine includes high pressure housing (HPH) 1 with inlet branch pipe 2 for supply of high pressure steam, low pressure housing (LPH) 3 with outlet branch pipe 4 for discharge of waste low pressure steam, drive and driven rotors 5, 6 which are parallel installed on pedestal bearings 7 arranged in HPH 1 and LPH 3 in pairs, connected to each other by means of synchronising gears 9, having in their middle part the screw teeth being engaged, and equipped with pair end seals 11 and unloading pistons 12 arranged in HPH 1. End faces of pistons 12, which face screw teeth 10, are interconnected with inlet branch pipe 2. Opposite end faces are interconnected with outlet branch pipe 4. In addition, in HPH 1 and LPH 3 there installed between pedestal bearings 7 and end seals 11 are diaphragm seals 18 with formation of gaps 5, 6 with rotors and cavities 19 with end seals 11, which are connected to atmosphere by means of drain branch pipes 20.

EFFECT: improving operating characteristics of the engine.

4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, конкретно к устройству паровых винтовых машин (ПВМ), работающих на паре и применяющихся для привода, например электрогенераторов.The invention relates to the field of power engineering, specifically to the device of steam screw machines (FDA), working on a pair and used to drive, for example, electric generators.

Известна паровая винтовая машина, содержащая корпус высокого давления (КВД) с впускным патрубком для подачи пара высокого давления, корпус низкого давления (КНД) с выпускным патрубком для отвода пара низкого давления, ведущий и ведомый винтовые роторы, параллельно установленные в попарно размещенных в КВД и КНД подшипниках, связанные между собой при помощи синхронизирующих шестерен, находящиеся в зацеплении и снабженные разгрузочными поршнями, размещенными в расточках КВД с образованием разгрузочных полостей, сообщенных с выпускным патрубком, причем КВД и КНД соединены между собой при помощи центрирующего днища, расположенного по торцу высокого давления роторов, при этом выпускной патрубок прикреплен к нижней части КНД, а разгрузочные полости сообщены с выпускным патрубком посредством каналов, подсоединенных к разгрузочным полостям в их нижних точках (патент РФ №2374455, МПК F16C 1/16, публикация 2009 г.).Known steam screw machine containing a high pressure housing (HPC) with an inlet pipe for supplying high pressure steam, a low pressure housing (LPG) with an exhaust pipe for exhausting low pressure steam, a drive and a driven rotor screw, parallel mounted in pairs placed in the HPC and KND bearings, interconnected by means of synchronizing gears, meshed and equipped with unloading pistons located in the bores of the HPC with the formation of unloading cavities in communication with the exhaust the cabin, and the HPC and KND are interconnected by means of a centering bottom located at the high pressure end of the rotors, while the outlet pipe is attached to the bottom of the KND, and the discharge cavities are in communication with the outlet pipe through channels connected to the discharge cavities at their lower points ( RF patent No. 2374455, IPC F16C 1/16, publication 2009).

Наиболее близким к предложенному техническому решению является паровая винтовая машина, содержащая корпус высокого давления (КВД) с впускным патрубком для подачи пара высокого давления, корпус низкого давления (КНД) с выпускным патрубком для отвода отработавшего пара низкого давления, ведущий и ведомый роторы, параллельно установленные на попарно размещенных в КВД и КНД опорных подшипниках, связанные между собой при помощи синхронизирующих шестерен, имеющие в своей средней части винтовые зубья, находящиеся в зацеплении, и снабженные парными торцовыми уплотнениями и размещенными в КВД разгрузочными поршнями, причем торцы поршней, обращенные к винтовым зубьям, сообщены с впускным патрубком, а противоположные торцы - с выпускным патрубком (патент РФ №2319840, МПК F01C 1/16, публикация 2008 г.).Closest to the proposed technical solution is a steam screw machine containing a high-pressure housing (HPC) with an inlet for supplying high-pressure steam, a low-pressure housing (LPC) with an exhaust pipe for exhausting low-pressure exhaust steam, the driving and driven rotors installed in parallel on thrust bearings pairwise placed in the HPC and KND, interconnected by means of synchronizing gears, having in their middle part helical teeth that are meshed, and equipped with mechanical seals and unloading pistons located in the HPC, with the piston ends facing the helical teeth communicating with the inlet pipe, and the opposite ends with the exhaust pipe (RF patent No. 2319840, IPC F01C 1/16, publication 2008).

Недостатком известной винтовой машины является возможность попадания затворной жидкости, просачивающейся из торцовых уплотнений в масляную полость опорных подшипников, смешивания жидкости с маслом и тем самым ухудшения свойств масла.A disadvantage of the known screw machine is the possibility of penetration of the barrier fluid seeping from the mechanical seals into the oil cavity of the thrust bearings, mixing the liquid with oil and thereby deteriorating the properties of the oil.

Задачей изобретения является устранение указанного недостатка и повышение эксплуатационных качеств машины.The objective of the invention is to remedy this drawback and improve the performance of the machine.

Сущность предложенного технического решения заключается в следующем.The essence of the proposed technical solution is as follows.

Паровая винтовая машина содержит корпус высокого давления (КВД) с впускным патрубком для подачи пара высокого давления, корпус низкого давления (КНД) с выпускным патрубком для отвода отработавшего пара низкого давления, ведущий и ведомый роторы, параллельно установленные на попарно размещенных в КВД и КНД опорных подшипниках, связанные между собой при помощи синхронизирующих шестерен, имеющие в своей средней части винтовые зубья, находящиеся в зацеплении, и снабженные парными торцовыми уплотнениями и размещенными в КВД разгрузочными поршнями. Торцы поршней, обращенные к винтовым зубьям, сообщены с впускным патрубком, а противоположные торцы - с выпускным патрубком. Согласно изобретению в КВД и КНД между опорными подшипниками и торцовыми уплотнениями дополнительно установлены разделительные диафрагмы с образованием с роторами зазоров и с торцовыми уплотнениями полостей, сообщенных с атмосферой при помощи сливных патрубков.A steam screw machine comprises a high pressure housing (HPC) with an inlet pipe for supplying high pressure steam, a low pressure housing (HPH) with an exhaust pipe for exhausting low pressure steam, a drive and a driven rotor mounted in parallel on supporting bearings arranged in pairs in the HPC and KND bearings, interconnected by means of synchronizing gears, having in their middle part helical teeth that are meshed, and equipped with paired mechanical seals and unloading rzhnami. The ends of the pistons facing the helical teeth are in communication with the inlet pipe, and the opposite ends with the outlet pipe. According to the invention, separating diaphragms are additionally installed between the bearings and the mechanical seals in the HPC and KND with the formation of gaps with the rotors and with the mechanical seals of the cavities in communication with the atmosphere by means of drain pipes.

Указанная задача решается также тем, что по краям внутренней цилиндрической поверхности каждой разделительной диафрагмы могут быть выполнены две противоположно направленные маслоотгонная и водоотгонная резьбы, разделенные цилиндрическим пояском.This problem is also solved by the fact that along the edges of the inner cylindrical surface of each dividing diaphragm two oppositely directed oil and water drain threads can be made, separated by a cylindrical girdle.

Указанная задача решается также тем, что на роторах под каждой разделительной диафрагмой могут быть выполнены две противоположно направленные маслоотгонная и водоотгонная резьбы, разделенные цилиндрическим пояском.This problem is also solved by the fact that on the rotors under each separation diaphragm can be made two oppositely directed oil and water drain threads, separated by a cylindrical girdle.

Указанная задача решается также тем, что каждое торцовое уплотнение может быть образовано установленным в КВД или КНД корпусным элементом с расположенными в нем с двух сторон подпружиненными аксиально подвижными элементами с уплотнительными кольцами и закрепленной на роторе гильзой с уплотнительными кольцами, размещенными между кольцами аксиально подвижных элементов и контактирующими с ними, и снабжено каналом входа воды и каналом выхода воды.This problem is also solved by the fact that each mechanical seal can be formed by a body element installed in the HPC or KND with axially movable spring elements mounted on both sides with sealing rings and a sleeve fixed to the rotor with sealing rings located between the rings of the axially moving elements and in contact with them, and is equipped with a water inlet channel and a water outlet channel.

Конструкция предлагаемой паровой винтовой машины представлена на фиг.1, 2, 3, 4, где:The design of the proposed steam screw machine is presented in figure 1, 2, 3, 4, where:

на фиг.1 изображен разрез по вертикальной плоскости, проходящей через ось ведущего ротора;figure 1 shows a section along a vertical plane passing through the axis of the driving rotor;

на фиг.2 изображен разрез по горизонтальной плоскости разъема, проходящей через оси обоих роторов;figure 2 shows a section along the horizontal plane of the connector passing through the axis of both rotors;

на фиг.3 изображена конструкция разделительной диафрагмы;figure 3 shows the design of the separation diaphragm;

на фиг.4 изображен узел ПВМ, включающий торцовое уплотнение и разделительную диафрагму.figure 4 shows the assembly of the FDA, including the mechanical seal and the separation diaphragm.

Предлагаемая паровая винтовая машина (фиг.1, 2) содержит КВД 1 с впускным патрубком 2 для подачи пара высокого давления, корпус низкого давления (КНД) 3 с выпускным патрубком 4 для отвода отработавшего пара низкого давления, ведущий и ведомый роторы 5,6. Роторы 5,6 параллельно установлены на попарно размещенных в КВД 1 и КНД 3 опорных подшипниках 7, имеют также упорные подшипники 8, воспринимающие осевую нагрузку на роторы 5,6, и связаны между собой при помощи синхронизирующих шестерен 9. В своей средней части роторы 5,6 имеют винтовые зубья 10, находящиеся в зацеплении. Кроме того, роторы 5,6 снабжены парными двойными торцовыми уплотнениями 11 и размещенными в КВД 1 разгрузочными поршнями 12.The proposed steam screw machine (Fig. 1, 2) contains an HPC 1 with an inlet pipe 2 for supplying high-pressure steam, a low-pressure housing (KND) 3 with an outlet pipe 4 for exhausting low-pressure steam, and leading and driven rotors 5,6. The rotors 5,6 are mounted in parallel on the thrust bearings 7 arranged in pairs in the HPC 1 and KND 3, they also have thrust bearings 8 that absorb the axial load on the rotors 5,6 and are interconnected by means of synchronizing gears 9. In their middle part, the rotors 5 6 have helical teeth 10 engaged. In addition, the rotors 5.6 are equipped with paired double mechanical seals 11 and unloading pistons 12 located in the HPC 1.

Торцы поршней 12, обращенные к винтовым зубьям 10, сообщены с впускным патрубком 2, а противоположные торцы - с выпускным патрубком 4 при помощи канала 13. Наличие поршней 12 на роторах 5, 6 позволяет значительно уменьшить осевые усилия на упорные подшипники 8.The ends of the pistons 12 facing the helical teeth 10 are in communication with the inlet pipe 2, and the opposite ends with the exhaust pipe 4 using the channel 13. The presence of the pistons 12 on the rotors 5, 6 can significantly reduce the axial forces on the thrust bearings 8.

В вертикальной плоскости разъема КВД 1 и КНД 3 установлено центрирующее днище 14, сопрягающееся с КВД 1 и КНД 3. В днище 14 выполнены отверстия 15 для роторов 5,6 и впускное окно 16 для подачи пара высокого давления из впускного патрубка 2 к винтовым зубьям 10 роторов 5,6. Наличие центрирующего днища 14 обеспечивает при сборке машины абсолютно точную центровку (соосность) расточек КВД 1 и КНД 3.In the vertical plane of the connector KVD 1 and KND 3, a centering bottom 14 is installed that mates with KVD 1 and KND 3. The bottom 14 has holes 15 for rotors 5.6 and an inlet 16 for supplying high pressure steam from the inlet pipe 2 to the helical teeth 10 rotors 5.6. The presence of the centering bottom 14 ensures that when assembling the machine, absolutely accurate alignment (alignment) of the bore KVD 1 and KND 3.

В результате качество сборки машины повышается, а следовательно, улучшаются показатели ее эффективности и надежности. КВД 1, КНД 3 и днище 14 имеют общую горизонтальную плоскость 17 разъема, проходящую через оси обоих роторов 5,6. Наличие общей горизонтальной плоскости 17 разъема позволяет при сборке контролировать зазоры между роторами 5,6, что облегчает процесс сборки и улучшает тем самым ремонтопригодность машины.As a result, the build quality of the machine is improved, and therefore, its performance and reliability are improved. KVD 1, KND 3 and bottom 14 have a common horizontal plane 17 of the connector passing through the axes of both rotors 5.6. The presence of a common horizontal plane 17 of the connector allows the assembly to control the gaps between the rotors 5,6, which facilitates the assembly process and thereby improves the maintainability of the machine.

В КВД 1 и КНД 3 между опорными подшипниками 7 и торцовыми уплотнениями 11 дополнительно установлены разделительные диафрагмы 18 (фиг.3) с образованием с роторами 5,6 небольших радиальных зазоров, (например, 0,1 мм) и с торцовыми уплотнениями 11 полостей 19, сообщенных с атмосферой при помощи сливных патрубков 20. Полости 21 на другом конце уплотнений 11 сообщены с выпускным патрубком 4 либо непосредственно (для уплотнений 11, находящихся в КНД 3), либо с помощью канала 13 (для уплотнений 11, находящихся в КВД 1).In KVD 1 and KND 3 between the thrust bearings 7 and mechanical seals 11, separating diaphragms 18 are additionally installed (Fig. 3) with the formation of 5.6 small radial clearances with rotors (for example, 0.1 mm) and with mechanical seals 11 of the cavities 19 connected to the atmosphere by means of drain pipes 20. Cavities 21 at the other end of the seals 11 are in communication with the outlet pipe 4 either directly (for seals 11 located in the low pressure valve 3) or through the channel 13 (for seals 11 located in the high pressure valve 1) .

По краям внутренней цилиндрической поверхности каждой разделительной диафрагмы 18 могут быть выполнены две противоположно направленные маслоотгонная и водоотгонная резьбы 22 и 23, разделенные цилиндрическим пояском 24. В другом варианте на роторах 5,6 под каждой разделительной диафрагмой 18 могут быть выполнены две противоположно направленные маслоотгонная и водоотгонная резьбы, разделенные цилиндрическим пояском (не показаны). В этом случае внутренняя цилиндрическая поверхность диафрагмы 18 является гладкой.On the edges of the inner cylindrical surface of each separation diaphragm 18, two oppositely directed oil and water drain threads 22 and 23, separated by a cylindrical girdle 24, can be made. In another embodiment, two oppositely directed oil and water diverting diaphragms 18 can be made on rotors 5.6 threads separated by a cylindrical girdle (not shown). In this case, the inner cylindrical surface of the diaphragm 18 is smooth.

Каждое торцовое уплотнение 11 (фиг.4) может быть образовано установленным в КВД 1 или КНД 3 корпусным элементом 25 с расположенными в нем с двух сторон подпружиненными аксиально подвижными элементами 26,27 с уплотнительными кольцами 28,29 и закрепленной на роторе 5 или 6 гильзой 30 с уплотнительными кольцами 31,32, размещенными между кольцами 28,29 аксиально подвижных элементов 26,27 и контактирующими с ними, и снабжено каналом 33 входа воды и каналом 34 выхода воды. Пружины 35 обеспечивают предварительное поджатие уплотнительных колец 28 и 31, а пружины 36 обеспечивают поджатие колец 29 и 32. Гильза 30 крепится к ротору 5 или 6 при помощи крепежного кольца 37. Уплотнительные кольца 28,29,31,32 выполнены из износостойкого материала, например из карбида кремния.Each mechanical seal 11 (Fig. 4) can be formed by a housing element 25 installed in the HPC 1 or KND 3 with axially movable axially movable elements 26,27 located on both sides with 28.29 sealing rings and a sleeve mounted on the rotor 5 or 6 30 with O-rings 31.32 located between the rings 28.29 of the axially movable elements 26.27 and in contact with them, and is provided with a water inlet channel 33 and a water outlet channel 34. The springs 35 provide a preliminary preload of the sealing rings 28 and 31, and the springs 36 provide a preload of the rings 29 and 32. The sleeve 30 is attached to the rotor 5 or 6 using the fastening ring 37. The sealing rings 28,29,31,32 are made of wear-resistant material, for example made of silicon carbide.

Описываемая машина работает следующим образом.The described machine operates as follows.

Пар высокого давления через впускной патрубок 2 и впускное окно 16 поступает к винтовым зубьям 10 роторов 5,6 и расширяется между ними, совершая механическую работу. Выходная мощность машины передается внешнему потребителю, например электрогенератору, через выводной конец ведущего ротора 5. Отработанный пар низкого давления удаляется из машины через выпускной патрубок 4. При поступлении пара высокого давления к винтовым зубьям 10 на их торцах возникает осевое усилие, действующее на каждый ротор 5, 6 в сторону КНД 1.High pressure steam through the inlet pipe 2 and the inlet window 16 enters the helical teeth 10 of the rotors 5.6 and expands between them, performing mechanical work. The output power of the machine is transmitted to an external consumer, for example, an electric generator, through the outlet end of the drive rotor 5. The spent low-pressure steam is removed from the machine through the exhaust pipe 4. When high-pressure steam enters the helical teeth 10, an axial force arises on their ends 5 , 6 towards CPV 1.

Пар высокого давления воздействует также на разгрузочные поршни 12 с усилием, направленным в сторону КВД 1. В результате суммарные осевые усилия на роторы 5, 6, воспринимаемые упорными подшипниками 8, уменьшаются, что благоприятно с точки зрения повышения ресурса машины. При работе машины внутрь торцовых уплотнений 11 через канал 33 под давлением подается вода, являющаяся затворной жидкостью. Эта вода находится под давлением, превышающим давление пара в полости 21, а следовательно, в выпускном патрубке 4. Вода охлаждает уплотнения 11 и сливается через канал 34. Малая часть воды, просачивающаяся через уплотнительные кольца 28 и 31 в полость 21, попадает в пар и испаряется. Другая малая часть воды, просачивающаяся через уплотнительные кольца 29 и 32 в полость 19, сливается в дренаж через сливной патрубок 20.High pressure steam also acts on the unloading pistons 12 with a force directed towards the HPC 1. As a result, the total axial forces on the rotors 5, 6, perceived by the thrust bearings 8, are reduced, which is favorable from the point of view of increasing the life of the machine. When the machine is running, inside the mechanical seals 11 through the channel 33, water is supplied under pressure, which is a barrier fluid. This water is at a pressure exceeding the vapor pressure in the cavity 21, and therefore, in the exhaust pipe 4. Water cools the seals 11 and drains through the channel 34. A small part of the water seeping through the sealing rings 28 and 31 into the cavity 21 enters the steam and evaporates. Another small part of the water seeping through the sealing rings 29 and 32 into the cavity 19 is discharged into the drain through the drain pipe 20.

Однако часть воды в виде пленки распространяется по поверхности ротора 5 или 6 по направлению к разделительной диафрагме 18. В радиальном зазоре между вращающимся ротором 5 или 6 и диафрагмой 18 водоотгонная резьба 23 останавливает движение водяной пленки. Аналогичным образом на другом торце диафрагмы 18 маслоотгонная резьба 22 останавливает движение масляной пленки, движущейся по поверхности ротора 5 или 6 от подшипника 7 к диафрагме 18.However, part of the water in the form of a film spreads along the surface of the rotor 5 or 6 in the direction of the separation diaphragm 18. In the radial clearance between the rotating rotor 5 or 6 and the diaphragm 18, the water run-off thread 23 stops the movement of the water film. Similarly, at the other end of the diaphragm 18, the oil stripping thread 22 stops the movement of the oil film moving along the surface of the rotor 5 or 6 from the bearing 7 to the diaphragm 18.

Таким образом, предотвращается соприкосновение и смешивание воды и масла в машине, что существенно улучшает эксплуатационные свойства ПВМ.Thus, the contact and mixing of water and oil in the machine is prevented, which significantly improves the operational properties of the FDA.

Claims

1. A steam screw machine comprising a high pressure housing (HPC) with an inlet pipe for supplying high pressure steam, a low pressure housing (HPH) with an exhaust pipe for exhausting low pressure steam, a drive and a driven rotor mounted in parallel on a pair placed in the HPC and KND of thrust bearings, interconnected by means of synchronizing gears, having in their middle part helical teeth that are meshed, and equipped with paired mechanical seals and located in the HPC and pistons, the ends of the pistons facing the helical teeth communicating with the inlet pipe, and the opposite ends with the exhaust pipe, characterized in that in the HPC and low pressure valve between the thrust bearings and the mechanical seals, separating diaphragms are additionally installed with the formation of gaps and rotors with rotors mechanical seals of cavities in communication with the atmosphere using drain pipes.

2. The machine according to claim 1, characterized in that along the edges of the inner cylindrical surface of each dividing diaphragm there are two oppositely directed oil and water stripping threads separated by a cylindrical girdle.

3. The machine according to claim 1, characterized in that on the rotors under each dividing diaphragm two oppositely directed oil and water drain threads are made, separated by a cylindrical girdle.

4. The machine according to claim 1, characterized in that each mechanical seal is formed by a housing element installed in the HPC or KND with axially movable spring-loaded elements with O-rings located on both sides and a sleeve mounted on the rotor with O-rings placed axially between the rings movable elements and in contact with them, and is equipped with a water inlet channel and a water outlet channel.