Результат интеллектуальной деятельности: КОРПУС ГИДРОЭЛЕКТРОМАШИНЫ

Изобретение относится к корпусу гидроэлектромашины, который проходит вдоль продольной оси и включает в себя кожух корпуса, который проходит аксиально, крышку корпуса для закрывания аксиально расположенного с торцевой стороны отверстия кожуха корпуса, кольцеобразную вставку, которая проходит в корпусе в направлении периферии и прилегает к кожуху корпуса и к крышке корпуса, первое уплотнение между крышкой корпуса и кожухом корпуса.

Все данные по направлениям, такие как аксиально, радиально, в направлении периферии относятся – если не указано иное – к продольной оси корпуса. В случае турбогидроэлектромашины продольная ось, в основном, совпадает с осью вращения ротора, на котором расположены отдельные крыльчатки или рабочие колеса. Смещение оси вращения и продольной оси корпуса у турбогидроэлектромашины выявляется, как правило, на основании ориентации обоих конструктивных элементов относительно друг друга.

Такого рода корпуса уже известны из патентной заявки DE 102012223462 В3. Из DE 4225687 А1 уже известно кольцо спирального паза в соответствии с кольцеобразной формой вставки в родовой версии основного пункта формулы изобретения.

Из JP 55007914 известна система с многоступенчатым центробежным компрессором, у которого предусмотрено, что на этапах обратного хода собираемая жидкость при необходимости может выдуваться посредством поданного природного газа. Такой соответствующий продувочный трубопровод проведен через крышку с торцевой стороны во внутреннее кольцо корпуса и там продолжен, причем с целью герметизации этого проводящего трубопровода между внутренним кольцом корпуса и крышкой предусмотрены уплотнения.

Из EP 08400016 А2 известна турбомашина, у которой системы подачи и отведения герметизированы относительно друг друга посредством расположенного в направлении периферии уплотнения между внутренним корпусом и внешним корпусом и, причем расположенные с торцевой стороны крышки отверстия также герметизированы относительно корпуса посредством статичных уплотнений. Соответствующие подающие и отводящие камеры в плановом порядке заполнены рабочей средой и не контролируются на наличие утечек.

Из DE 4011476 A1 известен насос с горшкообразным корпусом, который имеет уплотнение в направлении крышки с торцевой стороны.

DE 102012223462 В3 занимается системой в соответствии с ограничительной частью изобретения. Система уплотнения с контролируемой промежуточной камерой предусмотрена при этом между двумя уплотнениями, причем оба уплотнения расположены между внешним корпусом и крышкой с торцевой стороны. Система требует достаточно места в радиальном направлении и должна быть осуществлена таким образом, что система уплотнения не должна выходить за пределы конструктивного пространства толщины стенки внешнего корпуса в радиальном направлении.

В частности, в зоне уплотнителей радиальных турбин и расширителей радиальных турбин использование такого рода корпусов является обычной практикой.

В свете использованной терминологии данной патентной заявки термин «кожух корпуса» обозначает в предпочтительном варианте, в основном, цилиндрическую форму корпуса вдоль продольной оси, который, по меньшей мере, на одной аксиальной стороне имеет закрепленную с возможностью разъема крышку, а на другой стороне либо осуществлен закрытым – то есть монолитно с закрывающейся с торцевой стороны крышкой – либо также имеет закрепленную разъемным образом аксиально с торцевой стороны крышку. В предпочтительном варианте корпус имеет, по меньшей мере, на одной аксиальной расположенной с торца стороне проходное отверстие для вала, который передает крутящие моменты на ротор или от ротора гидроэлектромашины на корпус в соответствии с изобретением. Этот вал имеет, как правило, ось вращения, которая, в основном, совпадает с продольной осью корпуса. В предпочтительном варианте изобретение используется для радиальных гидроэлектромашин, причем, в принципе, возможно также и их применение для аксиальных гидроэлектромашин.

В частности, изобретение рассматривает вопрос статичной герметизации крышки корпуса относительно кожуха корпуса с использованием дополнительной кольцеобразной вставки. В частности, при сжатии или распространении токсичных, или взрывчатых, или иных опасных сред, надёжная герметизация крышки относительно кожуха корпуса из соображений безопасности является технологически необходимым мероприятием.

Для регистрации возможного выхода из строя уплотнения между кожухом корпуса и крышкой известна возможность предусмотреть между внутренним пространством корпуса с потенциально рискованной рабочей средой и окружающей средой с расположением по оси z, по меньшей мере, одного уплотнения, которое герметизирует крышку, промежуточное пространство, которое контролируется на выходе рабочего газа. В предпочтительном варианте осуществления это промежуточное пространство может быть герметизировано и относительно окружающей среды, так что в случае дефекта внутреннего уплотнения потенциально опасный рабочий газ не сможет выйти в окружающую среду и система контроля промежуточного пространства укажет на необходимость замены внутреннего уплотнения.

На основании документа DE 10 2012 223 462 В3 уже известно о возможности экономии конструктивного пространства в радиальном направлении посредством того, что наряду с радиальным смещением между внутренним уплотнением, которое герметизирует промежуточное пространство относительно внутреннего пространства машины, и наружным уплотнением, которое герметизирует промежуточное пространство, которое подвергается контролю, относительно окружающей среды, предусматривается ещё и аксиальное смещение. Благодаря этому промежуточное пространство становится достаточно большим при небольшой радиальной протяжённости за счёт того, что требуемая величина промежуточного пространства достигается не только посредством радиального конструктивного пространства, но и используется возможность аксиального конструктивного пространства.

Тем не менее, известный вариант осуществления системы уплотнения требует большего конструктивного пространства в радиальном направлении, чем хотелось бы.

Поэтому задачей изобретения является дальнейшее усовершенствование системы уплотнения ранее указанного типа таким образом, чтобы было возможна дальнейшая экономия конструктивного пространства в радиальном направлении.

Решение данной задачи в соответствии с изобретением осуществляется посредством корпуса ранее указанного типа с дополнительными признаками отличительной части пункта 1 формулы изобретения. Соответствующие зависимые пункты формулы изобретения раскрывают предпочтительные варианты усовершенствования изобретения.

Все данные по направлениям, такие как аксиальное, радиальное, в направлении периферии относятся - если не указано иное - к продольной оси корпуса. В случае турбогидроэлектромашины продольная ось, в основном, совпадает с осью вращения ротора, на котором расположены отдельные крыльчатки.

Предпочтительный вариант усовершенствования изобретения предусматривает, что герметизированное посредством первого уплотнения, второго уплотнения и третьего уплотнения промежуточное пространство отделяется от кожуха корпуса, крышки корпуса и кольцеобразной вставки, и это герметизированное промежуточное пространство присоединено к контрольному трубопроводу. Контрольный трубопровод присоединяет герметизированное промежуточное пространство к системе контроля, которая в случае определения рабочей среды в промежуточном пространстве посылает сигнал на систему управления, которая, в случае необходимости, уведомляет о том, что имеет место негерметичность. Для случая, когда установлена негерметичность, имеет смысл, по меньшей мере, при следующем плановом останове машины заменить дефектное уплотнение. В случае работы с потенциально опасной рабочей средой предпочтительно, воспользовавшись как поводом наличием утечки, сразу же остановить гидроэлектромашину и исправить дефект до начала её дальнейшей эксплуатации.

Целесообразно предусмотреть периферийный паз для первого уплотнения в крышке корпуса. Также предпочтительно расположить в крышке корпуса второй периферийный паз для второго уплотнения. Эти уплотнения могут быть осуществлены, к примеру, в виде O-образных колец. Другим видом осуществления уплотнений является, к примеру, так называемое «Cup-Seal» уплотнение. При таком типе уплотнения происходит расширение уплотнения, когда в направлении герметизации подаётся соответствующая разность давлений. Опорное усилие боковой поверхности так называемого «Cup-Seal» уплотнения зависит от прилагаемой разности давлений через уплотнение.

Следующий предпочтительный вариант осуществления изобретения предусматривает, что вставка имеет третий периферийный паз, в котором находится третье уплотнение.

Следующий предпочтительный вариант усовершенствования изобретения предусматривает, что первый периферийный паз и/или второй периферийный паз своим отверстием паза обращены в аксиальном направлении. Следующий предпочтительный вариант усовершенствования изобретения предусматривает, что третий периферийный паз для третьего уплотнения обращён в радиальном направлении.

Корпуса по типу в соответствии с изобретением применяются в предпочтительном варианте в качестве так называемых горшкообразных корпусов, у которых не предусмотрено никаких горизонтальных линий разъёмов, и корпус аксиально с торца, по меньшей мере, на одной аксиальной стороне закрыт крышкой. Другая аксиальная торцевая сторона аксиально с торца также закрыта, чтобы компрессор или расширитель имели желаемый режим функционирования. Крышка корпуса при этом разъёмным образом закреплена на кожухе корпуса. На другой аксиальной торцевой стороне может быть также предусмотрена крышка корпуса, закреплённая на кожухе корпуса разъёмным образом. В альтернативном варианте корпус на этой аксиальной торцевой стороне имеет монолитный вариант осуществления закрывающейся с торца стороны корпуса или крышки корпуса с кожухом корпуса. Кожух корпуса может быть осуществлён в виде кованого конструктивного элемента, сварной конструкции или в виде литого конструктивного элемента, в частности, когда кожух корпуса осуществлён монолитно с закреплённой на кожухе корпуса неразъёмным образом крышкой корпуса.

Особо предпочтительный вариант осуществления изобретения предусматривает, что вставка в кожухе корпуса является спиральной вставкой турбогидроэлектромашины, а корпус осуществлён в виде горшкообразного спирального корпуса. При таком предпочтительном варианте осуществления изобретения горшкообразный спиральный корпус и спиральная вставка совместно работают таким образом, что выявляется спиралеобразно расширяющийся в направлении периферии, за счёт комбинации обоих конструктивных элементов, сборный канал для выходящей из крыльчатки или рабочего колеса рабочей среды, который, в конце концов, входит в выпускной штуцер. Эта сборная спираль обеспечивает особенно эффективный рост давления выходящей из рабочего колеса рабочей среды посредством замедления, по возможности, без потерь.

Далее изобретение поясняется более детально на основании специального примера осуществления, со ссылкой на схематичные изображения, на которых представлено следующее:

фиг.1 - аксиальный продольный разрез фрагмента турбогидроэнергомашины,

фиг.2 - детальное изображение выреза с фиг.1 (обозначенного II).

Фигура 1 демонстрирует схематичное изображение аксиального продольного разреза фрагмента гидроэлектромашины FEM, в данном случае турбогидроэлектромашины TFEM, с корпусом CAS, который включает в себя кожух CAC корпуса, крышку COV корпуса и кольцеобразную вставку CSP. Крышка COV корпуса закрывает отверстие COP корпуса аксиально с торцевой стороны кожуха CAC корпуса. В корпусе CAS вдоль оси X вращения с возможностью вращения расположено рабочее колесо IMP ротора R. На обращённой от крышки COV корпуса аксиальной торцевой стороне корпуса CAS предусмотрено аксиальное отверстие, через которое ротор R посредством вала SH ротора R выведен для передачи крутящего момента.

Крышка COV корпуса имеет входное отверстие IN, через которое от рабочего колеса IMP аксиально всасывается рабочая среда PF, которая в радиальном направлении выходит из рабочего колеса IMP и собирается в сборном резервуаре SP в форме спирали кольцеобразной вставки CSP перед выходом из корпуса CAS. Во внутреннем пространстве IC корпуса CAS преобладает, в основном, максимальное давление рабочей среды PF.

Детально представленная на фиг.2 система уплотнения корпуса CAS в соответствии с изобретением герметизирует это давление рабочей среды PF относительно окружающей среды.

Кольцеобразная вставка CSP образует совместно с кожухом CAC корпуса и с крышкой COV корпуса проходящее в направлении CD периферии промежуточное пространство ISP. Посредством контрольного трубопровода ISC промежуточное пространство ISP присоединено к контрольному устройству MU с датчиками SEN. В случае, когда рабочая среда PF определяется в промежуточном пространстве ISP, контрольное устройство MU направляет сигнал на центральную систему управления CU, причём сигнал сообщает о том, что имеет место утечка рабочей среды PF. Информация о наличии утечки оптическим и/или акустическим способом доводится до сведения обслуживающего персонала посредством обычного человеко-машинного интерфейса (HMI).

Промежуточное пространство ISP герметизировано посредством первого уплотнения S1, второго уплотнения S2 и третьего уплотнения S3. При этом находящееся в первом уплотнительном пазу SG1 первое уплотнение S1 герметизирует промежуточное пространство ISP таким образом, что герметизируется пограничный зазор между крышкой COV корпуса и кожухом CAC корпуса. Второе уплотнение S2 с расположением во втором уплотнительном пазу SG2 кольцеобразной вставки CSP герметизирует пограничный зазор между кожухом CAС корпуса и кольцеобразной вставкой CSP. Третье уплотнение S3, которое находится в третьем уплотнительном пазу SG3 крышки COV корпуса, герметизирует пограничный зазор между кольцеобразной вставкой CSP и крышкой COV корпуса. В случае выхода из строя третьего уплотнения S3 или второго уплотнения S2 рабочая среда PF попадает в промежуточное пространство ISP, так что контрольный блок MU обнаруживает утечку. Извещение об утечке от центральной системы управления CU через индикаторные устройства HMI призывает обслуживающий машину персонал заменить неисправное уплотнение или устранить негерметичность.

Система в соответствии с изобретением позволяет осуществить в радиальном направлении особо компактный вариант конструкции, так как контролируемое промежуточное пространство ISP перемещено из зоны исключительно между кольцеобразной вставкой CSP и кожухом CAC корпуса радиально вовнутрь. Таким образом, возможно, чтобы первое уплотнение S1 также было смещено радиально вовнутрь. Тем самым, соответственно первому уплотнению, смещённому радиально вовнутрь, делительная окружность для крепёжных винтов SCR для крышки COV на кожухе CAC корпуса также может быть выбрана меньше.