Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_5999
.pdf
жестко закрепленного на поперечном валу 34. Наружный конец вала 34 соединен посредством шестерен 35 и
36 с коротким валом 37, который выступает наружу через режущую головку 6. Этот вал 37, как наиболее
наглядно показано на рисунке 4, имеет червячное колесо 38 на своем внешнем конце. Как видно из рисунков 1
и 4, это червячное колесо 38 зацепляется с червяком 39, установленным с помощью кронштейна 401,
прикрепленного болтами к внешней головке. Червяк 39 соединен шлицами со скользящим соединением с
выступающим вперед валом 40, так что при вращении этого вала описанными ниже способами, движение
подачи передается на вертикальную пластину 29 через промежуточную шестерню и подающий винт 31.
Вертикальная пластина 29 имеет пару верхних направляющих 41 и пару нижних направляющих 42. Между
этими направляющими расположены две направляющие 43. Эти направляющие перемещаются под углом,
создаваемым направляющими, и, следовательно, формируют угловые зубья заготовки посредством
установленных на них резцов. В действительности, режущие элементы 44 и 45 установлены на режущих
головках 46, которые закреплены на направляющих 43. Режущие элементы 44 и 45 имеют режущие зубья, как
показано на рисунках 1, 2 и 3, и корпус, который шарнирно установлен на режущих головках 46. Режущие
головки снабжены упорами 47, о которые ударяются режущие кромки при обратном повороте с помощью
механизма, описанного ниже; в обратном направлении они останавливаются, ударяясь кромками о режущие
головки 46. Направляющие или режущие головки 46 жестко закреплены на направляющих или блоках 48,
которые перемещаются в расположенных под углом пазах 49, образованных в вертикальной пластине 29, как
показано на рисунках 2 и 3. Эти направляющие или блоки 48 несут направляющие кривошипа DIN 50, которые
проходят поперечно по блокам или ползунам 48, как показано на рисунке 3.
Эти направляющие для шатунных пальцев 50 имеют вертикальный паз, выполненный в них для приема
соответствующих шатунных пальцев 20 и 21.
Целью данной конструкции является передача возвратно-поступательного движения резцам от кривошипов, и
следует особо отметить, что, хотя пластина 29 может перемещаться вверх или вниз, тем не менее, резцам
передается одно и то же возвратно-поступательное движение независимо от положения вертикально
скользящей пластины 29.
Из описанного выше механизма видно, что предусмотрена возможность возвратно-поступательного движения
режущих элементов с четко синхронизированными параметрами, а также одновременного подъема и
опускания пластины 29, несущей режущие элементы, без нарушения возвратно-поступательного движения
или правильной синхронизации резки.
Для извлечения резцов из заготовки предусмотрены средства для их раскачивания вокруг точек опоры
относительно режущих головок. Этот способ абсолютно одинаков для каждого резака, поэтому описывать
нужно только один.
Рассмотрим, например, один из режущих инструментов.
Режущий инструмент снабжен шаровым шарниром 51, в который входит шар на внутреннем конце звена 59,
причем это звено направлено вверх под наклоном, как показано на рисунках 2 и 3. На внешнем конце звена
также имеется шар, который входит в шаровое гнездо 53.
Последний шаровой шарнир 53 установлен на разъемном фрикционном блоке 54, как показано на рисунке 13.
Фрикционный блок состоит из двух элементов, снабженных внутренними углублениями, в которые, в свою
очередь, вставляются пружины расширения 55, стремящиеся раздвинуть части фрикционного блока. Два
элемента фрикционного блока направляются с помощью штифтов 56. Из рисунка 13 видно, что верхняя
направляющая 41 на самом деле является вспомогательной направляющей и выступает за пределы
фрикционного блока 54, охватывая его. Таким образом, блок трения испытывает сопротивление за счет
давления пружины и стремится отставать от движения режущего инструмента. Следовательно, во время
движения режущего инструмента внутрь, фрикционный блок воздействует на звено 52 и поворачивает
режущий инструмент в рабочее или направленное наружу положение, как показано на примере левого
режущего инструмента на рисунке 3. Однако при движении режущего инструмента наружу или при его
втягивании фрикционный блок раскачивает звенья 52 в противоположном направлении и, следовательно,
раскачивает режущий инструмент в положение, показанное для правого режущего инструмента на рисунке 3,
и таким образом втягивает режущий инструмент и удаляет его с обрабатываемой детали.
Таким образом, видно, что резцы поворачиваются или перемещаются наружу в рабочее положение перед
началом работы с обрабатываемым материалом, а затем выполняют свой рабочий ход. Фрезы
поворачиваются внутрь или отводятся от обрабатываемой детали, после чего совершают свой холостой ход.
Цикл работы режущих инструментов показан на рисунках 8–11 и 8а–11а. На рисунках 8 и 8а видно, что фреза
44 находится в режиме холостого хода и отводится от заготовки, в то время как фреза 45 завершает свой
рабочий ход и находится в заготовке. На рисунках 9 и 9а оба резца находятся в состоянии покоя и отведены
от обрабатываемой детали. На рисунках 10 и 10а режущий инструмент 44 только начинает свой рабочий ход,
а режущий инструмент 45 завершает свой холостой ход. В тот момент, когда оба резца отходят от
обрабатываемой детали, что соответствует положению между положениями, указанными на рисунках 9 и 10,
деталь поворачивается или вращается на один или несколько зубьев в зависимости от настройки зубчатой
передачи, описанной ниже.
На рисунках 11 и 11a показан резец 44, только что завершивший свой рабочий ход, и резец 45, только
начавший свой рабочий ход.
Таким образом, видно, что ходы резцов синхронизированы таким образом, что они не мешают друг другу и не
задевают обрабатываемую деталь примерно на четверть оборота коленчатого вала.
Разумеется, следует понимать, что длина хода кривошипов такова, что обеспечивает достаточный зазор
между резцами и обрабатываемой деталью, и, очевидно, при желании можно использовать любой из хорошо
известных способов регулировки кривошипов.
Как видно из рисунка 1, резцы подаются вверх, а заготовка вращается в направлении, указанном стрелкой.
Кроме того, из этого рисунка видно, что резцы имеют коническую форму, а длина их зубьев увеличивается к
нижнему концу резцов.
Угол наклона зубьев резца, а также угол наклона направляющих 41 и 42 резцов идентичен углу наклона
зубьев готовой шестерни. Кроме того, из описанного ниже механизма следует, что обрабатываемая деталь
остается неподвижной во время операции резки и, как было описано ранее, перемещается в нужном
положении в то время, когда оба резца находятся вне обрабатываемой детали.
Далее будут описаны средства передачи движения изделию. Ведущий вал 27, который, как описано ранее,
приводится в движение одним из коленчатых валов, снабжен шестерней 57 на своем переднем конце. Эта
шестерня зацепляется с шестерней 58, установленной на продольно расположенном валу 59. Таким образом,
вал 59 непрерывно вращается и входит в редуктор 8, как это наиболее наглядно показано на рисунках 3 и 4.
Вал 59 несет одну часть Женевского колеса, как показано на рисунках 4 и 6, и эта часть состоит из диска 60,
снабженного центральной ступицей 61, вырезанной на дуге окружности, как показано на рисунке 62. Диск
также имеет штифт 63, который перемещается в пазы 64 звездообразного колеса 65, причем это
звездообразное колесо снабжено выступами, образованными на поверхностях окружностей и обозначенными
цифрой 66. Звездчатое колесо установлено на коротком валу 67, и, следовательно, при каждом обороте вала
59 этому валу совершается четверть оборота. Кроме того, это движение очень быстрое и происходит за
малую долю оборота вала 59.
Однако, благодаря зацеплению ступицы 61 и выреза 66, как показано на рисунке 6, очевидно, что перекос
исключен, и вал 67, соответственно, поворачивается на четверть оборота и затем фиксируется в заданном
положении.
Вал 67 простирается до дифференциала 68 и жестко закреплен на конической шестерне 69. Дифференциал
состоит из корпуса, на котором установлен червячный механизм 70, а также малые конические шестерни 71. С
другой стороны дифференциала расположен вал 72, на котором закреплена коническая шестерня 73, причем
шестерни 71 расположены между шестернями 69 и 73, как это наиболее наглядно показано на рисунке 5.
Вал 72 выступает наружу через конец редуктора, как показано на рисунках 1 и 4, и несет одну из
переключающих шестерен, как показано на рисунке 74, причем переключающие шестерни расположены на
внешней стороне редуктора 8. Шестерня 74 зацепляется с промежуточной шестерней 75, которая, в свою
очередь, зацепляется с шестерней 76, причем последняя шестерня свободно установлена на валу 77,
который полностью проходит через редуктор 8, как наиболее наглядно показано на рисунке 4.
Шестерня 76 соединена с валом 77 посредством муфты 115, упомянутой далее.
Вал 77 имеет шлицы и скользит, неся ведущую шестерню 78, которая входит в зацепление с зубчатым
колесом 79, установленным на рабочем приводном валу 80. Этот рабочий вал 80 установлен внутри главной
головки 2 и имеет центрирующую точку 81 и лицевую пластину 82, с помощью которых заготовка может быть
центрирована и жестко прикреплена к приводному валу 80.
Разумеется, следует понимать, что задняя бабка 3 снабжена центральной точкой 83 и обычным маховиком 84
для перемещения этой центральной точки вперед или назад.
Для подачи пластины 29 вверх с помощью винта 31 предусмотрены средства. Данный способ был частично
описан ранее, и теперь его описание будет завершено. Вал 77 несет шестерню 85, которая обычно
зацепляется с шестерней 86, скользяще соединенной со шлицами поперечного вала 87, расположенного
внутри редуктора 8, как показано на рисунке 4.
Таким образом, вал 87 приводится в движение от вала 77 при нормальной работе машины.
На этом валу 87 установлен ряд конических шестерен 88, которые могут быть выборочно соединены с ним.
Эти конические шестерни входят в зацепление с коническими шестернями 89, жестко установленными на
поперечном валу 90. Вал 90 проходит через редуктор 8 и несет шестерню 91, которая зацепляется с
шестерней 92, установленной на продольно расположенном валу 93.
Вал 93 соединен с валом 40 посредством конических зубчатых передач 94 и 95, как это наиболее наглядно
показано на рисунке 3.
Далее описан механизм, и видно, что при вращении вала 93 движение подачи передается на пластину 29.
Вал 90 снабжен конической шестерней 96, которая входит в зацепление с конической шестерней 97,
установленной на валу червяка 98, как показано на рисунке 4. Червяк 98 зацепляется с колесом 70
дифференциала, и, таким образом, его движение суммируется с движением, обеспечиваемым в связи с
валом 67, описанным ранее.
В этой связи следует отметить, что величина подачи пластины 29 относительно вращения вала 77 и,
следовательно, относительно вала 80 регулируется с помощью переключающих шестерен 91 и 92,
установленных на внешней стороне редуктора 8. Таким образом, шестерни 91 и 92 регулируют шаг или
расстояние между зубьями, нарезанными в заготовке, а шестерни 74, 75 и 76, также установленные на
внешней стороне редуктора 8, определяют количество зубьев, которые должны быть нарезаны в заготовке.
С помощью дифференциала компенсируется или объединяется с движением резцов при их подъеме с
движением, обычно передаваемым заготовке, так что заготовка и резцы всегда будут находиться в точном
совмещении.
Следует особо отметить, что винт 31 постоянно соединен с валом 90 после выбора шестерен 91 и 92, так что
любое движение червяка всегда сочетается с движением заготовки для обеспечения правильной регистрации
резцов и зубьев, сформированных на заготовке.
Однако предусмотрены средства для изменения скорости подачи режущего инструмента, хотя, как описано
выше, любое движение режущего инструмента при подаче всегда сочетается с движением обрабатываемой
детали. Это означает, что регулирование скорости подачи фрез осуществляется с помощью селективных
конусных шестерен 88, которые зацепляются с неподвижными шестернями 89. Конструкция этих шестерен
более наглядно показана на рисунке 7, который представляет собой поперечный разрез этих шестерен и
схематически отображает соответствующие шестерни.
Каждая из шестерен 88 опирается на подшипниковые кольца 99, жестко закрепленные на валу 87. Каждая из
шестерен 88 снабжена пазом для шпонки, как показано на рисунке 7 под номером 100, а подпружиненная
шпонка 101 предназначена для защелкивания в любой из этих пазов. Этот подпружиненный ключ 101
установлен на стержне 102, скользяще закрепленном внутри вала 87, и этот стержень снабжен поперечным
пазом для приема ключа 101, а также пружины и связанного с ним механизма. Следует отметить, что каждое
из колец 99 имеет скошенную внутреннюю поверхность, и края ключа 101 также имеют скошенные края. Таким
образом, при перемещении стержня 102 относительно вала 87, шпонка будет вдавлена кольцами 99 и
отсоединена от шестерен 88. Однако, когда ключ выскользнет из-под колец 99, он снова защелкнется в
выбранном слоте для ключа 100.
Для перемещения стержня 102 могут быть предусмотрены любые подходящие средства. Например, на
выступающем конце стержня может быть предусмотрено множество кольцевых ребер 103, которые
зацепляются с зубьями прямозубой шестерни 104, установленной внутри соответствующего корпуса 105 и
приводимой в движение кривошипом 106. Следует отметить, что стержень 102 вращается вместе с валом 87,
поскольку шпонка 101 проходит через паз в валу 87 и, следовательно, вращает стержень вместе с этим
валом.
Иногда желательно быстро закрутить винт 31 и, следовательно, быстро поднять вертикальную
направляющую пластину 29 с помощью фрез. Это легко достигается путем установки вспомогательного
двигателя 10 и соединения его звездочки 107 со звездочкой 108 вспомогательного или промежуточного вала
109, как показано на рисунках 3 и 4.
На этом промежуточном валу расположены две неподвижные шестерни 110 и 111. Обычно эти шестерни
находятся вне зацепления с другими шестернями в редукторе 8. Описанная ранее шестерня 86,
установленная на валу 87, имеет скользящее шлицевое соединение с этим валом и предназначена для
перемещения из зацепления с ведущей шестерней 85 и для установки в зацепление с шестерней 110. Это
обеспечивает оперативное соединение вспомогательного двигателя с подъемным винтом 31 и,
следовательно, позволяет быстро поднимать или опускать режущие элементы. Однако резцы и
обрабатываемая деталь не сбиваются с ритма, поскольку вал 90, являющийся частью механизма передачи
движения винта, постоянно соединен с валом 80 через дифференциал и через зубчатую передачу на внешней
стороне редуктора. Следовательно, обрабатываемые детали и режущие инструменты постоянно
поддерживаются в правильном относительном положении.
Иногда также желательно быстро менять место работы. Этого также легко добиться, установив скользящую
шестерню 112, соединенную шлицами с валом 77, как показано на рисунке 4. Эта скользящая шестерня может
быть приведена в зацепление с шестерней III, и, следовательно, вспомогательный двигатель может быстро
вращать обрабатываемую деталь. Шестерни 86 и 112 приводятся в действие раздвоенными рычагами,
показанными на рисунке 4, которые проходят наружу через редуктор 8, как показано на рисунке 1 под
номерами 113 и 114 соответственно.
Принцип работы аппарата следующий: двигатель 9 приводит в движение коленчатые валы 18 и 19 и
совершает возвратно-поступательное движение режущих элементов.
Движение передается от этих валов к валу 59, который входит в редуктор и приводит в движение диск 60
Женевского колеса. Это передает прерывистое движение на вал 67, который работает через дифференциал
68 и приводит в действие зубчатые передачи 74, 75 и 76, расположенные сбоку коробки передач. Отсюда
движение вала 78 передается на приводной вал 80 для выполнения работы. Винт 31 приводится в движение
от шестерни 85 (см. рис. 4), которая передает движение на шестерню 86 и вращает вал 87. Этот вал соединен
с валом 90 посредством селективных конусных шестерен 88 и 89 (см. рисунки 4 и 7) и, следовательно,
приводит в движение вал 90 с выбранной скоростью. Вал 90 соединен с валом 93 посредством шестерен 91 и
92 на внешней стороне редуктора, как показано на рисунке 4.
Следует понимать, что зубчатые передачи 74, 75 и 76 определяют количество зубьев, которые будут
нарезаны на заготовке, поскольку они определяют индексацию колеса.
Следует также отметить, что шестерни 91 и 92, являющиеся сменными шестернями, определяют шаг зубьев,
поскольку они определяют относительное положение резцов и заготовки.
Доступ к каждой из этих переключающих передач осуществляется с внешней стороны коробки передач,
поэтому выбор подходящей комбинации шестерен для желаемого количества зубьев, а также шага, не
представляет сложности.
Как видно, заготовка подается, как показано на рисунке 1, а резцы подаются вверх, как показано на этом
рисунке.
Следовательно, отсутствует люфт и потери хода, которые могли бы повлиять на точность работы. Кроме того,
следует отметить, что во время вращения заготовки "W" резцы перемещаются вверх по всей своей длине, и
после этого все зубья полностью обрабатываются вокруг заготовки.
Следует также отметить, что скользящая шестерня 86 может быть выведена из зацепления либо с шестерней
85, либо с шестерней 110 и, следовательно, может занимать нейтральное или промежуточное положение. В
этих условиях возможно быстрое вращение ворли независимо от подачи режущих элементов. Быстрое
вращение обрабатываемого элемента достигается путем зацепления шестерни 112 с шестерней 111.
После этого муфта 115 размыкается, и, следовательно, шестерня 76 отсоединяется от вала z f. Такое
быстрое вращение ворли часто желательно для обрезки шестерни после ее полного формирования и без
снятия ее с оправки.
Этот станок может быть целесообразно использован не только для изготовления крупных двойных косозубых
шестерен, но и для изготовления небольших шестерен, которые обязательно должны продаваться достаточно
дешево.
Приведенные выше результаты стали возможны благодаря конструкции машины, которая обеспечивает ее
быструю работу и, следовательно, очень экономичный режим эксплуатации с минимальными потерями
времени.
Следует также отметить, что машина, несмотря на достижение перечисленных выше результатов и
формирование двойных косозубых передач высочайшей точности, тем не менее, имеет относительно
простую и чрезвычайно прочную конструкцию.
Хотя изобретение описано достаточно подробно, такое описание носит иллюстративный, а не
ограничивающий характер, поскольку изобретение может быть реализовано в различных вариантах, и объем
изобретения будет определен в соответствии с заявленными характеристиками.
Очевидно, что если расположить направляющие горизонтально (или перпендикулярно заготовке), можно
вырезать зубчатые колеса; используя две заготовки (или комплекты заготовок), расположенные вместе,
можно одновременно вырезать две заготовки (или комплекты), как винтовые, так и прямозубые.
Подробно описав и определив природу моего изобретения и способ его осуществления, я заявляю, что то, на
что я претендую, это: 1. Способ нарезки зубчатых колес, при котором резцы совершают
возвратно-поступательное движение с противоположных сторон заготовки или заготовок с помощью пары
кривошипов, установленных несинхронно (под углом 90°), или эквивалентной конструкции, при которой время
режущих движений распределено неравномерно относительно полного цикла, а индексация осуществляется
на заготовке или заготовках в то время, когда оба резца или группы резцов находятся вне зацепления с
заготовкой.
2.
Способ нарезания двойных косозубых шестерен, заключающийся в возвратно-поступательном движении
пары резцов под соответствующими углами с противоположных сторон шестерни, при этом резцы выводятся
из зацепления в основной части обратного хода, а синхронизация режущих ходов резцов неравномерна
относительно зацепления.
**ВНИМАНИЕ** Конец поля DESC может перекрывать начало поля CLMS **.
=== НАЧАЛО ФАЙЛА: patent_287238.txt ===
ССЫЛКА: https://translationportal.epo.org/emtp/translate/?ACTION=description-retrieval&COUNTRY=GB&ENGINE=
google&FORMAT=docdb&KIND=A&LOCALE=sq_AL&NUMBER=287238&SRCLANG=EN&OPS=ops.epo.org/3.2&T
RGLANG=ru
========================================
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ GB287238A
[]
--СПЕЦИФИКАЦИЯ ПАТЕНТА
Дата подачи заявки; Декабрь. 17, 1926. № 82028/26, Полный список слева: октябрь. 17, 1927.
Полное подтверждение:. 19 марта 1928 г.
СПЕЦИФИКАЦИЯ КОМПАНИИ.
Усовершенствования, относящиеся к упругим жидкостным турбинам или связанные с ними.
Мы, Ричард Уильям Бейли, проживающий по адресу: Стокпорт-роуд, 23, Альтринчем, графство Честер,
подданный короля Великобритании, и компания «МемнопоЛиТан Викерс Эллектрик Коми Лимитед»,
проживающая по адресу: Централ Билдингс, 4, Вестминстер, британская компания, настоящим заявляем, что
данное изобретение имеет следующий характер:
Изобретение относится к усовершенствованиям турбин с упругой жидкостью, его основная цель состоит в
преодолении трудностей, связанных с использованием высокотемпературных рабочих жидкостей, и в
обеспечении возможности привода турбин в движение рабочей жидкостью при значительно более высоких
температурах, чем это было обычно возможно на практике до настоящего времени.
У большинства металлов, обычно используемых в турбиностроении, механическая прочность снижается с
повышением температуры. Например, в случае низкоуглеродистой стали прочность быстро падает при
повышении температуры выше 4000 °C, поэтому устанавливаются определенные температурные пределы,
выше которых детали, подверженные значительным напряжениям, нельзя нагревать. Это приводит к
ограничению температуры используемого рабочего тела, так что в современной практике турбин
максимальная температура пара редко превышает 4000 °C, в то время как разработка газовой турбины
затруднена аналогичными факторами. Изобретение предлагает способ охлаждения турбин с упругой
жидкостью, который заключается в использовании рабочего тела в качестве охлаждающей среды между
деталями, находящимися при высокой температуре, и деталями, подверженными высоким нагрузкам, которые
необходимо поддерживать при более низкой температуре. Таким образом, между зонами
высокотемпературной рабочей жидкости и теми частями машин, которые подвергаются значительным
напряжениям, располагаются зоны относительно холодной рабочей жидкости, при этом указанные части
экранируются, так что их температура может постоянно поддерживаться ниже температуры
высокотемпературной рабочей жидкости.
Вся или часть рабочей жидкости, приводящей в движение турбину, может обеспечивать среду охлаждения,
будь то до или после ее полного расширения на рабочих ступенях турбины или для защиты частей турбины от
тепла рабочей жидкости при более высоких температурах. Могут использоваться две или более турбины или
два или более различных рабочих тела или источника рабочего тела. Рабочая жидкость одной турбины может
использоваться в качестве охлаждающей среды в другой турбине электростанции, или в одной и той же
турбине может быть два или более источников подачи рабочей жидкости, при этом очистка сильно
нагруженных частей от тепла рабочей жидкости из одного источника может быть выгодно осуществлена с
помощью рабочей жидкости из другого источника. В 65 таких случаях рабочая жидкость может также
использоваться для охлаждения до или одновременно с выполнением работы над лопатками турбины, и,
кроме того, рабочая жидкость из одного источника может впоследствии смешиваться с жидкостью из другого
источника.
Изобретение будет особенно выгодно для использования в системах охлаждения роторов турбин, поскольку
статоры можно легко охладить или укрепить, чтобы они выдерживали создаваемые на них напряжения, тогда
как роторы менее доступны и подвергаются высоким центробежным напряжениям, против которых трудно
укрепить ротор. Ниже предложены несколько конструкций и способов охлаждения роторов в соответствии с
изобретением.
В дисковых и цилиндрических роторах обычно предпочтительна конструкция, предусматривающая кольцевую
зону охлаждения рабочей жидкости, которая защищает центральные части роторов от высокотемпературной
рабочей жидкости, проходящей через лопатки. Таким образом, в простом случае, вся или часть рабочей
жидкости 90 после выхода из последнего кольца движущихся лопаток может протекать через каналы или
воздуховоды, образованные в корпусе ротора, предпочтительно расположенные в кольцевой зоне вблизи его
более обрезанной окружности, 95 благодаря чему область, прилегающая к поверхности ротора, которая
снаружи подвергается нагревающему действию высокотемпературной рабочей жидкости, воздействующей на
лопатки, внутри подвергается охлаждающему действию относительно холодной рабочей жидкости,
находящейся практически при температуре выхлопных газов, в то время как центральная часть ротора,
расположенная в зоне охлаждения, будет поддерживаться при температуре, находящейся между
температурой соседней высокотемпературной рабочей жидкости и охлаждающей рабочей жидкостью.
Для изменения направления потока рабочей жидкости, выходящего из последнего кольца лопаток, внутри
статора могут быть расположены неподвижные направляющие лопатки или каналы, а также аналогичные
лопатки или подобные элементы могут быть предусмотрены в местах выхода охлаждающей рабочей
жидкости из ротора, чтобы свести к минимуму ударные нагрузки и потери энергии.
Примером устройства, в котором рабочая жидкость используется для охлаждения на промежуточном этапе
прохождения через турбину, является комбинированная газопаровая турбина M5, в которой одна часть
ротора, несущая лопатки, на которые воздействует газообразная жидкость, расположена между приводимой в
движение паровой частью турбины. Газоприводная часть ротора может быть предпочтительно
цилиндрической формы, а пароприводная часть — дисковой. Пар высокого давления подается в одну часть
турбины и, отдав часть своей энергии при выполнении работы, проходит через каналы в газонагнетательной
части турбины, где служит охлаждающей средой по отношению к высокотемпературному газообразному
рабочему потоку, а также поглощает дополнительную тепловую энергию, которую впоследствии расходует на
выполнение работы на одном или нескольких последующих этапах. В такой паросиловой установке
отработанный газообразный флюид может использоваться для перегрева подаваемого пара высокого
давления, а также для повторного нагрева пара между различными ступенями давления и для
предварительного нагрева питательной воды для парогенераторной установки.
В качестве еще одного примера, газовая реактивная турбина может охлаждаться паром, проходящим через
ее ротор, причем такой пар является рабочим телом отдельной турбины. Пар поступает через кольцевую
камеру между обычным балансировочным поршнем и одним из подшипников вала, и после прохождения
через балансировочный поршень и ротор выходит через кольцевой выпускной канал вокруг вала ротора
рядом с другим подшипником; предусмотрены соответствующие сальники для предотвращения смешивания
пара и газообразного вещества. В случае использования в турбине рабочих жидкостей из двух разных
источников, рабочая жидкость из одного источника может быть организована таким образом, чтобы служить
охлаждающей средой одновременно с совершением работы над лопатками, путем создания двухъярусной
конструкции лопаток, в которой высокотемпературная рабочая жидкость проходит через внешний ярус, а
низкотемпературная — через внутренний. Низкотемпературная рабочая жидкость может иметь несколько
более высокое давление, чем высокотемпературная, и в любом случае между двумя ярусами может быть
установлена лабиринтная набивка для ограничения или предотвращения смешивания рабочих жидкостей,
если такое смешивание нежелательно.
Кроме того, используя трехъярусную лопаточную конструкцию аналогичным образом, подавая
высокотемпературную рабочую жидкость в центральный ярус и низкотемпературную рабочую жидкость во
внешний и внутренний ярусы, можно создать кольцевые зоны охлаждения с обеих сторон
высокотемпературной зоны, тем самым экранируя части корпуса как ротора, так и статора.
Для предотвращения теплопроводности от лопаток и частей турбины, непосредственно контактирующих с
высокотемпературным рабочим телом, могут быть введены различные конструктивные особенности, а также
для облегчения передачи тепла охлаждающей среде. Таким образом, каналы охлаждения или каналы 85 в
роторе могут быть снабжены внутренними ребрами, выполненными заодно с ним или поддерживаемыми
трубчатыми элементами, предпочтительно из металла с высокой теплопроводностью, вставленными в
продольные отверстия 90 в роторе и обеспечивающими хороший тепловой контакт со стенками указанных
отверстий. Ротор может даже иметь форму полого барабана или корпуса, внутри которого протекает
охлаждающая среда 95. В конструкциях лопаток, в которых корневые части увеличены и обеспечивают
значительную поверхность контакта с высокотемпературным рабочим телом, в корневой части лопатки может
быть предусмотрен зазор соразмерных размеров, так что теплопроводность через корень прерывается, и,
следовательно, уменьшается поток тепла к центру ротора.
В аналогичных целях в упомянутых выше многоярусных конструкциях лопастей ij5 перегородки между
ярусами могут быть снабжены пазами. Кроме того, между различными частями машины может быть также
использован теплоизоляционный материал. 110 Могут использоваться и другие конструкции корпусов ротора,
например, в роторе могут быть предусмотрены продольные пазы по его окружности, причем эти пазы могут
быть выполнены в форме ласточкиного хвоста или иным подходящим образом сформированы для удержания
сегментов лопаток, вставленных в них, причем такие сегменты лопаток служат для закрытия пазов, которые,
таким образом, обеспечивают каналы охлаждения ротора. Сегменты лопастей также могут быть снабжены
прорезями под углом 120° с целью прерывания процесса вращения в направлении центра ротора, как описано
выше со ссылкой на отдельные лопасти. Любое удобное количество лопастей может быть установлено на
одном 125-сантиметровом элементе, который может простираться аксиально более чем на одно кольцо
лопастей и на любое количество пазов, или, в крайнем случае, может представлять собой цилиндрическую
оболочку, поддерживающую лопасти.
В модифицированной конструкции между кольцами лопаток предусмотрено 130 распорных колец или
сегментов для обеспечения надлежащего разделения последних и содействия закрытию пазов в роторе.
Ввиду того, что сегменты лопаток будут иметь более высокую температуру, чем щелевые части ротора, а
также в связи с тем, что они, как правило, изготовлены из разных металлов, желательно предусмотреть
компенсацию разницы в тепловом расширении.
Например, концы смежных сегментов могут быть соединены пазами и шипами, что обеспечивает свободу
расширения по окружности, но предотвращает утечку пара между ними в осевом направлении.
-j,5 При применении изобретения к корпусу или статору в них могут быть сформированы каналы, как описано
выше со ссылкой на ротор, или корпус может быть иным образом защищен рубашкой любым подходящим
способом. Следует также отметить, что изобретение может быть использовано в сочетании с другими
системами охлаждения, которые могут использовать воду, воздух или тому подобное в качестве
охлаждающей среды.
Легко понять, что благодаря вышеописанному изобретению можно использовать рабочую жидкость 25 при
значительно более высоких температурах, чем это было практически возможно до сих пор; детали,
непосредственно подвергающиеся воздействию рабочей жидкости при ее максимальной температуре, могут
быть изготовлены из специальных жаропрочных сталей или других металлов или сплавов, в то время как
другие детали экранируются, а их температура поддерживается в соответствующих пределах в соответствии
с их характером и характером воздействующих на них напряжений.
Датировано 16 декабря 1926 года.
А. С. Касимайль, дипломированный патентный поверенный, Норфолк-стрит, Стрэнд, 2, Лондон, У. К.,
представитель заявителей.
ПОЛНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ.
Усовершенствования, относящиеся к упругим жидкостным турбинам или связанные с ними.
Мы, Ричард Уильям Бейи, проживающий по адресу: Стокпорт-роуд, 23, Альтринчем, графство Честер,
подданный короля Великобритании, и компания MFTiRoroLiTANVICRcaS ELECTRICAL, CoiiPAwy LiIiTED,
проживающая по адресу: Центральные здания, 4, Вестминстер, британская компания, настоящим заявляем о
характере данного изобретения и о том, каким образом оно должно быть реализовано, что будет подробно
описано и установлено в следующем заявлении:
Изобретение относится к усовершенствованиям упругожидкостных турбин, его основная цель — преодоление
трудностей, связанных с использованием высокотемпературных рабочих жидкостей, и обеспечение
возможности привода турбин в движение рабочей жидкостью при значительно более высоких температурах,
чем это было обычно возможно на практике до настоящего времени.
У большинства металлов, обычно используемых в турбиностроении, механическая прочность снижается с
повышением температуры. Например, в случае низкоуглеродистой стали прочность быстро падает при
повышении температуры выше 4000 °C, поэтому устанавливаются определенные температурные пределы,
выше которых детали, подверженные значительным напряжениям, нельзя нагревать. Это приводит к
ограничению температуры используемого рабочего тела, так что в современной практике турбин
максимальная температура пара редко превышает 70400 °C, в то время как разработка газовых турбин
сдерживается аналогичными соображениями.
Высокая скорость вращения ротора турбины в нормальном режиме работы приводит к возникновению в нем
высоких центробежных напряжений, причем эти напряжения особенно сильны в центральной части ротора,
поэтому в роторах дискового типа толщина дисков обычно делается больше в центральной части, чем в
периферийной. Из этого следует, что рабочие жидкости при более высоких температурах могут быть
использованы только в том случае, если будут разработаны удовлетворительные методы защиты ротора, и
особенно его центральной области, от нагрева рабочим веществом. 8 Для охлаждения роторного диска 85
газовой турбины в Спецификации писем было предложено использовать следующее решение.
Патент № 13185 от 1905 года предусматривает наличие кольцевого канала внутри диска вблизи его
периферии, сообщающегося с рядом радиальных каналов, идущих от центральных осевых отверстий в
роторе, через которые подается и отводится охлаждающая вода или пар. Подобная конструкция будет
сопряжена с серьезными недостатками, особенно ввиду перфорации корпуса ротора значительным
количеством отверстий в сильно нагруженной центральной области. Еще одно предложение — подавать
охлаждающую жидкость через каналы, установленные на статоре, в открытую канавку или канавки,
образованные в расширенной верхней части обода вращающегося диска, — также будет иметь серьезные
недостатки на практике, что станет очевидным любому конструктору турбин.
Настоящее изобретение предлагает практическое решение проблемы эффективной защиты сильно
нагруженной центральной области ротора от тепла, передаваемого на периферийные или лопаточные части
ротора рабочей жидкостью высокой температуры, контактирующей с ними, без создания каких-либо
существенных дополнительных напряжений в указанной сильно нагруженной центральной области, а именно,
путем размещения зоны охлаждения, имеющей в основном кольцевую форму, между периферийной и
центральной областями ротора или элемента ротора, при этом центральная область остается свободной от
каналов или проходов, кроме обычного центрального вала, и пропускания относительно холодной рабочей
жидкости через указанную зону охлаждения, при этом общее движение указанной охлаждающей жидкости
через ротор осуществляется поперечно лопаточным кольцам.
Вся или часть рабочей жидкости, приводящей в движение турбину, может служить охлаждающей средой,
отбираемой либо до, либо после ее полного расширения на рабочих ступенях турбины и используемой для
защиты частей турбины от тепла рабочей жидкости при более высоких температурах.
температуры.
В одной турбине, например, в паровой турбине, могут использоваться две или более турбин, или два или
более различных рабочих тела или источника рабочего тела, которые могут с успехом использоваться в
качестве охлаждающей среды в другой турбине, например, в газовой турбине, или в одной и той же турбине
может быть два или более источника подачи рабочего тела, при этом экранирование сильно нагруженных
частей от тепла рабочего тела из одного источника является преимуществом.
_эффективным образом достигается за счет использования рабочей жидкости из другого источника. В таких
случаях рабочая жидкость — O — может также использоваться для охлаждения до или одновременно с
выполнением работы над лопатками турбины, например, с помощью многоступенчатой системы охлаждения,
и, кроме того, рабочая жидкость из одного источника может впоследствии смешиваться с рабочей жидкостью
из другого источника.
Круговая зона охлаждения может быть обеспечена за счет продольных каналов, образованных в корпусе
ротора вблизи его периферийной части для прохождения через них охлаждающей рабочей жидкости, или,
например, за счет использования многоярусных лопаток, на разные ярусы которых подается рабочая
жидкость при разных температурах, при этом более холодная жидкость обеспечивает кольцевую зону
охлаждения по отношению к более горячей жидкости.
Эти и другие особенности изобретения более подробно описаны ниже со ссылкой на прилагаемые рисунки,
где рис. 1, 2 и 3 более или менее схематично представляют собой конструкции турбин в продольном сечении
в соответствии с изобретением, рис. 4 представляет поперечное сечение корпуса ротора турбины, показанной
на рис. 1, рис. 5 показывает деталь в увеличенном масштабе, рис. 6 показывает поперечное сечение части
многоярусной лопатки, используемой в одной из конструкций в соответствии с изобретением, рис. 7
представляет собой детальный вид поперечного сечения одного из вариантов воздуховода охлаждения
ротора, рис. На фиг. 8 и 9 представлены соответственно поперечный разрез и план лопатки турбины,
используемой для осуществления изобретения; на фиг. 10 показан вид под углом 75° в направлении оси
ротора, демонстрирующий часть ротора и лопатки в соответствии с одной из конструкций для осуществления
изобретения; и на фиг. 11 показано поперечное сечение, соответствующее линии XI-XI на фиг. 10.
В конструкции, показанной на рис. 1, роторный барабан 1 перфорирован множеством продольных каналов 2,
расположенных таким образом, чтобы обеспечить кольцевую зону охлаждения внутри роторного барабана 85,
как показано на рис. 4. Движущий газ или пар при высокой температуре и давлении поступает в цилиндр 3
через входное отверстие 4 и совершает работу, протекая через лопаточную часть 5, как обычно. 90 После
выхода из лопаточной части 5 газ или пар, претерпевший значительное падение давления и температуры при
прохождении через лопатку, меняет направление у торцевой стенки 6 цилиндра 3 и возвращается обратно
Соседние файлы в папке патенты