Паровая винтовая машина. Паровая машина винтоваяПаровая винтовая машина | Sovmash.comС.Р. БЕРЕЗИН, д.т.н., профессор, Уфимский государственный авиационный технический университет (УГАТУ)В.М. БОРОВКОВ, д.т.н., заслуженный энергетик России, зав. кафедрой промтеплоэнергетики Санкт-Петербургского государственного политехнического университета (СПбГПУ), профессорВ.И. ВЕДАЙКО, к.т.н., Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий (СПбГУНиПТ)А.И. БОГАЧЕВА, генеральный директор ЗАО «Эко-Энергетика»
Из учебника по физике за 8-й класс мы можем узнать, что первая паровая турбина, нашедшая практическое применение, была изготовлена в далеком 1889 году шведом Лавалем. Классической паровой турбине уже больше века, а классика, как известно, всегда в моде. В настоящее время в России и в мире получают все большее распространение новые технологии энергосбережения. К ним, в частности, относится использование энергии пара для выработки электроэнергии в котельных и перевода их в мини-ТЭЦ. Масштабы применения этой технологии энергосбережения достаточно велики. Так, в России находится в эксплуатации около 80 тыс. паровых котельных паропроизводительностью 10-100 т/час. Эти котельные обычно используются в производственно-отопительных целях и принадлежат небольшим предприятиям бумажной, лесопильной, пищевой, мясомолочной, кондитерской, строительных материалов, текстильной, кожевенной и многих других индустрий. Параметры производимого пара в разных котельных сильно различаются в зависимости от назначения использования пара на данном предприятии. В свою очередь, потребление пара сильно меняется в зависимости от времени года (летний и зимний режимы) и от времени суток. Давление пара на выходе из котла зависит от потребностей технологии предприятия, а также от степени изношенности котлов. Так, обычные котлы широкого промышленного применения проектируются на давление пара 13 ати (атмосфера избыточная). Для изношенных котлов, которых в настоящее время очень много, Гостехнадзор ограничивает давление всего 7-8 ати. Для нужд технологии обычно требуется 4-6 ати, для отопления требуется 1,5-2 ати с расходом пара 3-6 т/час. Таким образом, наиболее часто в котельных имеется неиспользуемый перепад давления пара 3-6 ати с расходом пара 6-50 т/ час. Из этого пара возможно реально получить 200-1500 кВт электроэнергии. Для этого необходимо пар после котла направить в расширительную машину, например, в паровую турбину, связанную с электрогенератором. Таким образом можно получить очень дешевую электроэнергию (дополнительный расход топлива и эксплуатационные расходы незначительны). Однако использование паровой турбины здесь малопродуктивно, поскольку в указанной области небольших мощностей она имеет ряд хорошо известных недостатков.Наиболее привлекательными по совокупности свойств в данном диапазоне мощности являются паровые винтовые машины (ПВМ). ПВМ по своей сути является новым типом парового двигателя. ПВМ разработана в России, она уникальна, зарубежные аналоги отсутствуют. На конструкцию ПВМ, ее узлов и систем получено около 25 патентов в России и за рубежом. В диапазоне мощности 200-1500 кВт ПВМ практически по всем показателям значительно превосходит обычную лопаточную паровую турбину. ПВМ является наиболее перспективной основой для создания мини-ТЭЦ, особенно в районах Крайнего Севера и в районах к ним приравненным. Здесь ориентация на электростанции на дизельном топливе должна быть исключена в связи с многократным повышением цены топлива. В мини-ТЭЦ должны использоваться местные топливные ресурсы: уголь, торф, отходы лесопере-работки. ПВМ является машиной объемного типа действия. В корпусе вращаются рабочие органы — винты роторов. Роторы выполнены из стали, на них нарезаны винты асимметричного профиля. Синхронизирующие шестерни, установленные на роторах, которые абсолютно исключают возможность касания профилей винтов друг с другом. Выходной вал ведущего ротора соединен с электрогенератором. Принцип действия ПВМ показан на РИС. 1. Пар высокого давления из котла поступает в ПВМ через впускное окно в корпусе с одного торца роторов. После заполнения паром канавки между зубьями происходит отсечка пара, и при дальнейшем вращении роторов в канавке (парной полости) происходит объемное расширение порции пара. В конце расширения канавка сообщается с выпускными окнами в корпусе на другом торце роторов. Отработанный пар поступает в тепловую сеть для нужд технологии или для отопления. Основное преимущество энергоустановки с ПВМ по сравнению с имеющимися на рынке паротурбинными энергоустановками заключается в следующем: установки спроектированы практически на одно-единственное сочетание расхода и давлений пара на входе в машину и на выходе из нее. Данное сочетание условий по пару определяет мощность машины. В то же время условия по пару у разных предприятий сильно различаются, и очень наиболее часто встречающийся диапазон мощности 200-1500 кВт. Подобная вариативность значительно расширяет спектр применения ПВМ. Можно сформулировать ряд требований к облику энергетической установки с ПВМ, чтобы она наиболее полно учитывала потребности сложившегося рынка и могла успешно конкурировать на нем. Прежде всего, необходимо оценить наиболее вероятный потенциал мощности пара в котельных и уже исходя из этого задать диапазон мощности машины. В ТАБЛ. 1 приведены наиболее часто встречающиеся у различных предприятий параметры пара: давление на впуске ПВМ, давление на выпуске, потребление (расход) пара и мощность, которую можно реально получить с помощью ПВМ. Каждое такое сочетание режимных параметров пара определяет мощность ПВМ. Оптимальная настройка конструкции ПВМ на определенное сочетание параметров пара осуществляется за счет подбора в широком диапазоне соответствующих конструктивных параметров ПВМ при единой базовой конструкции машины, которая определяется литейными моделями корпуса. Таким образом, ПВМ способна выработать мощность в диапазоне 200-1500 кВт практически на любом предприятии, которое имеет пар с указанными в табл. 1 параметрами. Энергоустановка с ПВМ может быть трех типов: для автономного режима, для режима параллельно сети, а также для привода исполнительных механизмов, например, водяных насосов. Стоит заметить, что при работе в параллельном режиме энергоустановка работает на сеть предприятия, покрывая часть его собственных нужд в электроэнергии и уменьшая тем самым ее потребление из сети. Обороты и частота переменного тока энергоустановки жестко привязаны к частоте сети. Мощность установки определяется перепадом давления и расходом пара через машину и регулируется дроссельным клапаном на входе в ПВМ. ПВМ рассчитана на достаточно низкий уровень технического обслуживания, поскольку эксплуатация ее проводится исключительно персоналом самой котельной. Система автоматического управления и защиты, основанная на микропроцессорной технике, должна учитывать различный технический уровень приборного оснащения котельных, и допускает возможность работы совместно с современными АСУ ТП на базе персональных компьютеров, а также может работать автономно в котельной с морально устаревшими КИП. Работа ПВМ в год должна составлять не менее 6500 часов из имеющихся 8760 часов, с учетом необходимого технического обслуживания оборудования котельной и перерывов в подаче пара. В мае 2007 года предприятием ЗАО «Эко-Энергетика» совместно с Санкт-Петербургским политехническим государственным университетом была внедрена паровая винтовая турбина с мощностью асинхронного генератора 1000 кВт в производственной котельной ОАО «НПФ «Пигмент». В настоящее время машина находится в опытно-промышленной эксплуатации в условиях реального производства. Она вышла на максимальную проектную мощность и показала свою работоспособность и эффективность. При работе по тепловому графику выдача активной электрической мощности в сеть предприятия колебалась от 320 до 808 кВт, среднечасовая мощность составила 563,3 кВт, общая наработка — 5000 часов, стоимость выработанной электроэнергии — 0,21 руб/кВт*ч. Расчетный срок окупаемости составляет 18 месяцев при годовой наработке 6000 часов и средней мощности 600 кВт. Электрическая система отбора мощности энергоустановки на основе асинхронного генератора при параллельной работе с сетью показала свою высокую надежность. Выдача энергии в электрическую сеть не оказывает дестабилизирующего влияния на сеть. Претензии со стороны энергоснабжающей организации не поступали. Замечаний к работе энергоустановки нет, машина проста в эксплуатации, оснащена многоуровневой защитой от аварийных ситуаций. Предприятия, имеющие собственные котельные, обычно очень заинтересованы в приобретении эффективного и быстро окупающегося паросилового электрогенерирующего оборудования по следующим причинам:
Расчет экономической эффективности применения ПВМ в котельной показывает, что удельный расход топлива на выработанную электроэнергию составляет 140-145 г.у.т./кВт*ч, а срок окупаемости энергетической установки — до полутора лет. При расчете в качестве установленной принята мощность ПВМ, равная 800 кВт. При повышении мощности эффективность ПВМ еще более повышается. В заключение хотелось бы расставить акценты и показать, почему уже сегодня следует задуматься над тем, чем ваше предприятие будет жить завтра:
www.sovmash.com Паровая винтовая машина
Паровая винтовая машина может быть использована для преобразования энергии пара в механическую энергию. Особенностью конструктивного выполнения паровой машины является то, что она снабжена устройством для уравновешивания реактивных усилий в подшипниковых узлах, возникающих со стороны винтов, и разделителями пара и масла. Устройство для уравновешивания реактивных усилий в подшипниковых узлах выполнено в виде полости, образованной между валом и корпусом и сообщенной с одной стороны с источником пара, а с другой стороны - посредством дросселирующих каналов с выпускным патрубком. Полость выполнена в корпусе по обе стороны от винтов и размещена вдоль боковой поверхности вала на участке, расположенном противоположно направлению действия реактивных усилий. Разделители пара и масла снабжены элементами отвода пара и/или масла. Повышается КПД при одновременном увеличении ее моторесурса за счет улучшения уплотнения эксплуатационных и технологических зазоров между подвижными и неподвижными деталями паровой винтовой машины. 4 з.п.ф-лы, 4 ил. Изобретение относится к области машиностроения, в частности к паровым расширительным машинам объемного вытеснения, а именно к паровым винтовым машинам, предназначенным для преобразования энергии пара в механическую энергию. Предшествующий уровень техники Известна паровая винтовая машина (SU, A3, 1838632), содержащая корпус, внутри которого выполнена камера высокого давления с размещенными в ней ведущим и ведомым винтами, находящимися в зацеплении, выходной редуктор и синхронизирующая передача, первый из которых связан с одной стороны с выходным валом машины, а с другой - с ведущим винтом, вторая передача предназначена для синхронизации оборотов винтов, которые установлены в подшипниковых опорах. Известна также винтовая машина (SU, A, 1146482), содержащая корпус, в котором расположены находящиеся в зацеплении ведущий и ведомый винты, валы которых установлены в подшипниковых узлах, синхронизирующую передачу, впускной и выпускной патрубки для подачи и отвода рабочего тела, в частности пара, цилиндр для компенсации осевых усилий, подвижная деталь которого связана с валом ведущего винта, и система смазки подшипниковых узлов и упомянутых передач, впускной патрубок и цилиндр сообщены с источником пара. Недостатком известных устройств является относительно невысокий КПД, обусловленный потерями в подшипниковых узлах ввиду проникновения в них пара из области высокого давления и наличия осевых и радиальных перенапряжений от действия винтов. Кроме этого, известные машины обладают небольшим сроком службы ввиду повышенного износа подшипниковых узлов и передач. В основу настоящего изобретения положена задача создания паровой винтовой машины, обладающей повышенным КПД при одновременном увеличении ее моторесурса за счет улучшения уплотнения эксплуатационных и технологических зазоров между подвижными и неподвижными деталями паровой винтовой машины, включая зазоры между винтами, и более эффективного использования рабочего тела, а также за счет уравновешивания сил, действующих на тела вращения, в том числе в подшипниковых узлах. Поставленная задача решается тем, что известная паровая винтовая машина, содержащая корпус, в котором расположены находящиеся в зацеплении ведущий и ведомый винты, валы которых установлены в подшипниковых узлах, выходная и синхронизирующая передачи, посредством первой из которых ведущий винт связан с выходным валом, а посредством второй - ведущий и ведомый винты связаны между собой, впускной и выпускной патрубки, цилиндр для компенсации осевых усилий, подвижная деталь которого связана с валом ведущего винта, и система смазки подшипниковых узлов и упомянутых передач, при этом выходная и синхронизирующая передачи расположены по разные стороны от упомянутых винтов, а впускной патрубок и цилиндр сообщены с источником пара, она снабжена устройством для уравновешивания реактивных усилий в подшипниковых узлах, возникающих со стороны винтов, и разделителями пара и масла, установленными на валах между винтами и подшипниковыми узлами, при этом устройство для уравновешивания реактивных усилий в подшипниковых узлах выполнено в виде полости, образованной между валом и корпусом и сообщенной с одной стороны с источником пара, а с другой стороны - посредством дросселирующих каналов с выпускным патрубком, причем полость выполнена в корпусе по обе стороны от винтов и размещена вдоль боковой поверхности вала на участке, расположенном противоположно направлению действия реактивных усилий, при этом разделители пара и масла снабжены элементами отвода пара и/или масла. Целесообразно, чтобы каждый разделитель пара и масла был выполнен в виде уплотнительных колец, между которыми расположены элементы отвода пара и/или масла. Предпочтительно, чтобы каждый элемент отвода пара и/или масла был выполнен в виде, по меньшей мере, двух полостей, каждая из которых расположена между обращенными друг к другу уплотнительными кольцами, причем первая полость - дренажная, расположенная со стороны подшипникового узла, была сообщена каналом с атмосферой, а вторая полость, расположенная со стороны винта, была сообщена посредством канала с выпускным патрубком. Целесообразно, чтобы элемент отвода пара и/или масла был снабжен с механизмом принудительного отвода пара и масла. Целесообразно, чтобы механизм принудительного отвода пара и/или масла был выполнен в виде диафрагмы, расположенной между обращенными друг к другу уплотнительными кольцами с зазорами, один из которых со стороны подшипникового узла сообщен с каналом, связанным с гидробаком системы смазки, а второй зазор, расположенный со стороны винта, сообщен с каналом, связанным с атмосферой, при этом на поверхности вала или диафрагмы на участке их взаимодействия между собой выполнены противоположно направленные винтовые канавки, входы которых сообщены с атмосферой, а выходы - с соответствующим зазором, при этом винтовая канавка, сообщенная с зазором, связанным с гидробаком, выполнена с направлением, соответствующим направлению ведущего винта, с возможностью обеспечения принудительного отвода просочившегося масла в гидробак. Краткое описание чертежей На фиг. 1 изображен общий вид паровой винтовой машины; на фиг. 2 - сечение А-А по фиг. 1; на фиг. 3 - разделитель пара и масла паровой винтовой машины; на фиг. 4 - разделитель пара и масла, выполненный с механизмом принудительного их отвода. Лучший вариант осуществления изобретения Паровая винтовая машина согласно изобретению содержит корпус 1 (фиг. 1), в камере высокого давления которого расположены находящиеся в зацеплении ведущий 2 и ведомый 3 винты, валы 4 и 5 которых установлены в подшипниковых узлах 6. Винты связаны между собой синхронизирующей передачей 7, шестерни которой размещены на валах 4 и 5 с одной стороны винтов. С другой стороны винтов 2 и 3 расположена выходная передача 8, предназначенная для снятия выходной мощности и связанная с одной стороны с ведущим винтом 2, а с другой стороны - с выходным валом 9 машины. Для подачи и отвода пара служат впускной и выпускной патрубки 10 и 11 (фиг. 1), первый из которых сообщен с камерой высокого давления и с источником пара, обеспечивающим подачу теплоносителя под высоким давлением в упомянутую камеру (изображено в виде стрелки и сплошной линии). Система смазки подшипниковых узлов 6 и передач 7 и 8 выполнена в виде насоса 12 (фиг. 1) с приводом от выходного вала 9. Вход насоса 12 гидравлически связан с гидробаком 13, а выход насоса 12 через охладитель 14 масла и фильтр 15 - с нагнетательным масляным коллектором 16, обеспечивающим подачу масла в зону передач 7 и 8, а также к подшипниковым узлам 6 (изображено в виде стрелки и пунктирной линии). Для уравновешивания осевых усилий, возникающих на винтах 2 и 3 и, как следствие, в подшипниковых узлах 6, паровая винтовая машина (фиг. 1) снабжена цилиндром 17 для компенсации осевых усилий, поршень 18 которого связан с валом 4 ведущего винта 2, при этом полость цилиндра 17 сообщена с источником пара. На валах 4 и 5 винтов 2 и 3 между подшипниковыми узлами 6 и упомянутыми винтами, т.е. в зонах наиболее вероятного соприкосновения пара и масла, расположены разделители пара и масла. Каждый разделитель пара и масла выполнен в виде установленных в несколько рядов уплотнительных колец 19, отдельные из которых обращены друг к другу с возможностью предотвращения проникновения пара или масла с противоположных направлений. При этом между уплотнительными кольцами 19, обращенными друг к другу, расположены элементы отвода пара и/или масла. Элемент отвода пара и/или масла выполнен в виде, по меньшей мере, двух полостей 20 и 21 (фиг. 3, 4), каждая из которых расположена между уплотнительными кольцами 19, причем первая 20, расположенная со стороны подшипникового узла, сообщена каналом 22 с атмосферой - выполняет функцию дренажной полости, а вторая полость 21, расположенная со стороны соответствующего винта, сообщена посредством канала 23 с выпускным патрубком. Для повышения эффективности изоляции камеры высокого давления от масла каждый элемент отвода пара и/или масла выполнен с механизмом принудительного отвода пара и/или масла. Механизм принудительного отвода пара и/или масла выполнен в виде диафрагмы 24 (фиг. 4), расположенной между обращенными друг к другу уплотнительными кольцами 19 с зазорами 25, один из которых со стороны подшипникового узла 6 сообщен с каналом 26 с гидробаком 13 системы смазки, а второй зазор, расположенный со стороны винта, сообщен с каналом 23, связанным с выпускным патрубком 11. На поверхностях валов 4 и 5 ( фиг.4) на участке их взаимодействия с диафрагмой 24 выполнены противоположно направленные винтовые канавки 27 и 28, входы которых сообщены посредством выполненных в диафрагме 24 кольцевой проточки 29 и канала 30 с атмосферой, а выходы - с соответствующим зазором 25, при этом винтовая канавка 27, сообщенная с зазором 25, связанным с гидробаком 13, выполнена с направлением, соответствующим направлению ведущего винта 2 для обеспечения принудительного отвода масла в гидробак 13 за счет выталкивания его из зазора 25 напором воздуха, обеспечивая, тем самым, надежную изоляцию масляных и паровых сред, способствующую повышению КПД и срока службы машины в целом. Возможно выполнение винтовых канавок 27 и 28 в диафрагме 24 на участке ее взаимодействия с валом винта. Канал 30 сообщен с атмосферой посредством канала 31. Устройство для уравновешивания реактивных усилий в подшипниковых узлах также предназначено для достижения этого эффекта. Устройство (фиг. 2) расположено на валах 4 и 5 между винтами 2 и 3 и подшипниковыми узлами 6. Каждое устройство выполнено в виде полости 32, образованной между валом 4 или 5 и корпусом 1 и сообщенной с одной стороны с источником пара, а с другой стороны - посредством, по меньшей мере, одного дросселирующего канала 33 с выпускным патрубком 11, в частности через промежуточную камеру 34. На фиг. 2 изображен вариант выполнения дросселирующего канала 33 в виде щели, образованной между валом винта и выступом 35 корпуса 1. В другом варианте (фиг. 2) дросселирующие каналы 33 выполнены в виде отверстий 36, размещенных в выступах 35. Выступы 35 выполнены на корпусе 1 вдоль валов 4 и 5 и разделяют полость 32 и промежуточную камеру 34. Полость 32 выполнена в корпусе 1 и размещена вдоль боковой поверхности вала 4 или 5 на участке, расположенном противоположно направлению действия реактивных усилий. С целью дополнительного повышения эффективности разделения пара от масла, между поршнем 18 (фиг. 1) и цилиндром 17 для компенсации осевых усилий последовательно расположены в направлении от его полости узел для уплотнения и разделитель пара от масла. В одном из вариантов уплотнительное кольцо 19 (фиг. 3, 4) выполнено в виде стакана 37 с размещенным в нем и подпружиненным относительно него уплотнительным элементом, выполненного с кожухом 38. Уплотнительные кольца 19, расположенные на валах 4 и 5, установлены в промежуточном корпусе 39. Работа паровой винтовой машины осуществляется следующим образом. Пар под высоким давлением поступает во впускной патрубок 10 и приводит во вращение винты 2 и 3 (фиг. 1, 3 и 4). Отработанный пар выходит через выпускной патрубок 11 под давлением, превышающим атмосферное. Одновременно пар от его источника под высоким давлением поступает в цилиндр 17, где воздействуя на поршень 18, связанный с валом 4, формирует силу, противодействующую осевым усилиям, обусловленным, в частности, взаимодействием винтов 2 и 3 между собой и с теплоносителем. В процессе преобразования энергии теплоносителя в механическую энергию пар под высоким давлением постоянно подается в полость 32 (фиг. 2) устройства для уравновешивания реактивных усилий в подшипниковых узлах 6. В полостях 32, размещенных вдоль боковой поверхности вала 4 и 5 на участках, противоположно расположенных направлению действия реактивных усилий со стороны винтов, за счет давления пара на вал в этих участках возникает радиальное усилие "P", компенсирующее действие реактивных усилий и разгружающее, тем самым, подшипниковые узлы 6. Кроме этого, при перетекании пара через дросселирующие каналы 33 из полости 32 в промежуточную камеру 34 и далее в выпускной патрубок 11 происходит его конденсация. Образующаяся в процессе конденсации пара жидкость заполняет эксплуатационные и технологические зазоры, повышает сопротивление на пути движения пара, уменьшая тем самым вероятность его проникновения в зону подшипниковых узлов при одновременном обеспечении эффективной разгрузки подшипниковых узлов. Насос 12 подает масло под давлением через фильтр 15 и охладитель 14 к передачам 7 и 8, а также в подшипниковые узлы 6. Проникновение масла в камеру высокого давления, а пара в зону работы подшипниковых узлов и передач существенно снижает КПД машины и срок службы отдельных ее узлов. Для исключения этого предусмотрено следующее. В случае выхода пара, находящегося под высоким давлением, за пределы камеры высокого давления и первые ряды уплотнительных колец 19, пар (на фиг. 3 и 4 изображено в виде стрелки и сплошной линии) попадает в полость 21 и далее посредством канала 23 - в выпускной патрубок 11. Учитывая, что давление пара во впускном патрубке 10 превышает атмосферное, значительная его часть, просочившаяся через зазоры и уплотнительные кольца 19, будет отведена за пределы передач и подшипниковых узлов. Оставшаяся часть пара в небольшом количестве через последующие ряды уплотнительных колец 19 попадает в полость 20, сообщенную с атмосферой. В эту же полость 20 с другой стороны, т.е. со стороны подшипникового узла 6, попадает просочившееся через уплотнительные кольца 19 масло. Соприкосновению масла и пара в полости 20 препятствует диафрагма 24, которая обеспечивает отведение просочившегося масла в гидробак 13, а пара - в атмосферу. Для обеспечения стабильного выведения масла и пара применен механизм принудительного отвода пара и/или масла. Согласно варианту, изображенному на фиг. 4, при вращении вала с винтом 2 или 3 противоположно направленные винтовые канавки, выполненные на валу, работая как шнековые насосы, подсасывают воздух (изображено в виде стрелки с точками) из атмосферы через канал, направляют поток воздуха по одной канавке навстречу просочившемуся маслу и по другой канавке - навстречу пару и конденсату, подхватывают их и по зазорам 25 и каналам 26 масло транспортируют в гидробак 13, а по каналам 23 пар и конденсат - в атмосферу. Таким образом создается надежная изоляция масла и пара. Промышленная применимость Настоящее изобретение может быть использовано в энергетических установках, наземных и водных транспортных средств.РИСУНКИ Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4www.findpatent.ru Паровая винтовая машинаИзобретение относится к области энергетического машиностроения, конкретно к устройству паровых винтовых машин (ПВМ), работающих на паре и применяющихся для привода, например, электрогенераторов. Паровая винтовая машина содержит корпус высокого давления (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, параллельно установленные на попарно размещенных в КВД 1 и КНД 3 опорных подшипниках 7, связанные между собой при помощи синхронизирующих шестерен 9, имеющие в своей средней части винтовые зубья, находящиеся в зацеплении, и снабженные парными торцовыми уплотнениями 11 и размещенными в КВД 1 разгрузочными поршнями 12. Торцы поршней 12, обращенные к винтовым зубьям 10, сообщены с впускным патрубком 2. Противоположные торцы - с выпускным патрубком 4. В КВД 1 и КНД 3 между опорными подшипниками 7 и торцовыми уплотнениями 11 дополнительно установлены разделительные диафрагмы 18 с образованием с роторами зазоров 5, 6 и с торцовыми уплотнениями 11 полостей 19, сообщенных с атмосферой при помощи сливных патрубков 20. Изобретение направлено на повышение эксплуатационных качеств машины. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к области энергетического машиностроения, конкретно к устройству паровых винтовых машин (ПВМ), работающих на паре и применяющихся для привода, например электрогенераторов. 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.). 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.). 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. Задачей изобретения является устранение указанного недостатка и повышение эксплуатационных качеств машины. Сущность предложенного технического решения заключается в следующем. 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. 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. 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. 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. Конструкция предлагаемой паровой винтовой машины представлена на фиг.1, 2, 3, 4, где: на фиг.1 изображен разрез по вертикальной плоскости, проходящей через ось ведущего ротора; на фиг.2 изображен разрез по горизонтальной плоскости разъема, проходящей через оси обоих роторов; на фиг.3 изображена конструкция разделительной диафрагмы; на фиг.4 изображен узел ПВМ, включающий торцовое уплотнение и разделительную диафрагму. 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. 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. 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. 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. 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). 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. 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. Описываемая машина работает следующим образом. 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. 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. 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. Таким образом, предотвращается соприкосновение и смешивание воды и масла в машине, что существенно улучшает эксплуатационные свойства ПВМ. 1. 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, отличающаяся тем, что 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. 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что по краям внутренней цилиндрической поверхности каждой разделительной диафрагмы выполнены две противоположно направленные маслоотгонная и водоотгонная резьбы, разделенные цилиндрическим пояском. 3. Машина по п.1, отличающаяся тем, что на роторах под каждой разделительной диафрагмой выполнены две противоположно направленные маслоотгонная и водоотгонная резьбы, разделенные цилиндрическим пояском. 4. Машина по п.1, отличающаяся тем, что каждое торцовое уплотнение 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. www.findpatent.ru При каких условиях работает паровая винтовая машина
Условия функционирования ПВМ в автоматическом режиме
Установка на заводах средней мощности 2000-3000 дал/сутки таких турбин позволяет решать выборочно следующие проблемы:
Об условиях расчета на затраты на электроэнергиюПо данным лаборатории комплексной переработки зерна (В.П.Леденев) ВНИИПБТ: для производства 10 тонн кормопродуктов (спиртзавод мощностью 2000 дал/сутки) при газовой сушке продукта расход электроэнергии составит 140 кВт.ч, а для завода мощностью 3000 дал/сутки – 250 кВт.ч; организовать производство сжиженной углекислоты и сухого льда из газов брожения, являющихся практически чистым пищевым диоксидом углерода – СО2. При реальном выходе 5 тонн сжиженной углекислоты на 1000 дал спирта завод мощностью 3000 дал/сутки может получить 15 т сжиженной углекислоты, пользующейся большим спросом для производства газированных напитков и в машиностроении, или сухой лёд для хранения замороженных продуктов. При этом весьма прибыльном производстве расход электроэнергии укладывается в те же 250 кВт.ч. Как видим, паровые турбины малой мощности в состоянии решить отдельные проблемы дефицита электроэнергии. При этом отпадает необходимость выделения дополнительных лимитов от внешних сетей. А что это за процедура, и во что обходятся технические условия на подключение дополнительных мощностей, знает каждый руководитель. В данном же случае мы имеем собственный источник питания, не подлежащий согласованиям с органами Энергонадзора, себестоимость которого в 3 раза ниже отпускной цены снабжающих организаций. Б.Е.Кореннов, кандидат технических наук, ЗАО «Новая энергия», В.М.Соломонов, кандидат технических наук, В.В.Мандебура, ЗАО «Энергорезерв-сервис». ruskontest.ru паровая винтовая машина - патент РФ 2464427Изобретение относится к области энергетического машиностроения, конкретно к устройству паровых винтовых машин (ПВМ), работающих на паре и применяющихся для привода, например, электрогенераторов. Паровая винтовая машина содержит корпус высокого давления (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, параллельно установленные на попарно размещенных в КВД 1 и КНД 3 опорных подшипниках 7, связанные между собой при помощи синхронизирующих шестерен 9, имеющие в своей средней части винтовые зубья, находящиеся в зацеплении, и снабженные парными торцовыми уплотнениями 11 и размещенными в КВД 1 разгрузочными поршнями 12. Торцы поршней 12, обращенные к винтовым зубьям 10, сообщены с впускным патрубком 2. Противоположные торцы - с выпускным патрубком 4. В КВД 1 и КНД 3 между опорными подшипниками 7 и торцовыми уплотнениями 11 дополнительно установлены разделительные диафрагмы 18 с образованием с роторами зазоров 5, 6 и с торцовыми уплотнениями 11 полостей 19, сообщенных с атмосферой при помощи сливных патрубков 20. Изобретение направлено на повышение эксплуатационных качеств машины. 3 з.п. ф-лы, 4 ил. Рисунки к патенту РФ 2464427Изобретение относится к области энергетического машиностроения, конкретно к устройству паровых винтовых машин (ПВМ), работающих на паре и применяющихся для привода, например электрогенераторов. 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.). 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.). 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. Задачей изобретения является устранение указанного недостатка и повышение эксплуатационных качеств машины. Сущность предложенного технического решения заключается в следующем. 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. 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. 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. 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. Конструкция предлагаемой паровой винтовой машины представлена на фиг.1, 2, 3, 4, где: на фиг.1 изображен разрез по вертикальной плоскости, проходящей через ось ведущего ротора; на фиг.2 изображен разрез по горизонтальной плоскости разъема, проходящей через оси обоих роторов; на фиг.3 изображена конструкция разделительной диафрагмы; на фиг.4 изображен узел ПВМ, включающий торцовое уплотнение и разделительную диафрагму. 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. 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. 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. 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. 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). 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. 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. Описываемая машина работает следующим образом. 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. 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. 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. Таким образом, предотвращается соприкосновение и смешивание воды и масла в машине, что существенно улучшает эксплуатационные свойства ПВМ. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ1. 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, отличающаяся тем, что 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. 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что по краям внутренней цилиндрической поверхности каждой разделительной диафрагмы выполнены две противоположно направленные маслоотгонная и водоотгонная резьбы, разделенные цилиндрическим пояском. 3. Машина по п.1, отличающаяся тем, что на роторах под каждой разделительной диафрагмой выполнены две противоположно направленные маслоотгонная и водоотгонная резьбы, разделенные цилиндрическим пояском. 4. Машина по п.1, отличающаяся тем, что каждое торцовое уплотнение 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. www.freepatent.ru Паровая винтовая машина
Изобретение относится к области энергомашиностроения, конкретно к паровым винтовым машинам для получения механической мощности. Паровая винтовая машина содержит установленные в корпусе на подшипниках и находящиеся в зацеплении ведущий и ведомый винтовые роторы, впускное отверстие, выполненное в корпусе и связанное с системой подачи пара в полость между роторами. На торце ротора установлен диск с окнами, выходящими в каждую впадину между зубьями этого ротора. Окна расположены с возможностью поочередного совмещения с впускным отверстием при повороте ротора для создания нестационарного течения пара. Диск с окнами может быть установлен как на торце ведущего ротора, так и на торце ведомого ротора. Система подачи пара дополнительно содержит резонансный патрубок. Повышается геометрическая степень расширения машины. 3 з.п.ф-лы, 4 ил. Изобретение относится к области энергомашиностроения, конкретно - к паровым винтовым машинам (ПВМ) для получения механической мощности. Известна ПВМ, содержащая установленные в корпусе на подшипниках и находящиеся в зацеплении ведущий и ведомый винтовые роторы, в корпусе выполнено впускное отверстие, связанное с системой подачи пара в полость между роторами (см. патент РФ 2076246), 1994 г.). Недостатком известной системы является невозможность получения высокой геометрической степени расширения пара внутри машины. Это обстоятельство препятствует получению высокого термодинамического КПД двигателя. Задачей изобретения является получение высокого термодинамического КПД двигателя. Технический результат изобретения - повышение геометрической степени расширения ПВМ до значений  20. Технический результат достигается тем, что в ПВМ, содержащей установленные в корпусе на подшипниках и находящиеся в зацеплении ведущий и ведомый винтовые роторы, впускное отверстие, выполненное в корпусе и связанное с системой подачи пара в полость между роторами, на торце ротора установлен диск с окнами, выходящими в каждую впадину между зубьями этого ротора, причем окна расположены с возможностью поочередного совмещения с впускным отверстием при повороте ротора для создания нестационарного течения пара. Кроме того, диск с окнами может быть установлен на торце ведущего ротора. Кроме того, диск с окнами может быть установлен на торце ведомого ротора. Кроме того, система подачи пара может дополнительно содержать резонансный патрубок. Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен продольный горизонтальный разрез машины, на фиг.2 - продольный вертикальный разрез машины, сечение А-А, на фиг.3 - вид на винтовые роторы со стороны впускного торца, на фиг.4 - схема движения волн сжатия и расширения, распространяющихся в паровой среде в резонансном патрубке. ПВМ имеет корпус 1, в котором ведущий 2 и ведомый 3 винтовые роторы установлены на подшипниках. В корпусе 1 выполнена система подачи пара, включающая резонансный патрубок 4, выходящий во впускное отверстие 5 с торцов роторов 2 и 3, и выпускной патрубок 6. На торце, например, ведомого ротора 3 установлен диск 7 с окнами 8, выходящими в каждую впадину между зубьями (фиг.3). Диск с окнами может быть также установлен на торце ведущего ротора. Работа ПВМ осуществляется следующим образом. Пар высокого давления подается через систему полдачи пара в резонансный патрубок 4 и далее через впускное отверстие 5 поступает к диску 7, установленному, например, на ведомом роторе 3. При повороте ведомого ротора 3 окна 8 в диске 7 поочередно совмещаются с впускным отверстием 5, и пар поступает в полость между роторами 2, 3. В процессе расширения в полости между винтовыми роторами 2, 3 пар приводит последние во вращение. Отработанный пар выходит из машины через выпускной патрубок 6. Геометрическая степень расширения ПВМ определяется через величину объема полости между роторами 2, 3 в момент отсечения ее от системы впуска и может достигать значений 20. Момент отсечения определяется размерами, расположением и формой окон 8. Форма окон 8 может быть круглой или фигурной. При поочередном совмещении окон 8 с отверстием 5 в резонансном патрубке 4 создается нестационарное течение пара. При совмещении окна 8 и отверстия 5, т.е. при открытии отверстия 5, пар устремляется в полость между роторами 2, 3, и в патрубке 4 образуется волна разряжения 9. которая начинает двигаться против потока пара к открытому концу патрубка 4 (фиг.4). При достижении открытого конца патрубка 4 волна разряжения 9 отражается волной сжатия 10, которая начинает двигаться обратно к отверстию 5. При своевременном приходе волны сжатия 10 перед закрытием отверстия 5 эта волна производит дозарядку пара в полость между роторами 2, 3 и, тем самым, увеличивает расход пара через ПВМ и соответственно ее мощность. Своевременный приход волны сжатия 10 обеспечивается подбором длины резонансного патрубка 4 и зависит от скорости движения волн в паре, равной скорости звука, а также частоты вращения ротора. Описанный волновой процесс широко используется для повышения мощности поршневых двигателей и называется резонансный или динамический наддув. Механизм движения и отражения волн сжатия и разряжения подробно описан, например, в монографии Рудого Б.П. "Прикладная нестационарная газодинамика", 1985 г. Таким образом, предложенная конструкция обеспечивает работу ПВМ с высокой степенью расширения, что способствует повышению термодинамического КПД двигателя. Кроме того, применение резонансного патрубка на впуске обеспечивает возникновение динамического наддува, что способствует повышению мощности ПВМ.Формула изобретения 1. Паровая винтовая машина, содержащая установленные в корпусе на подшипниках и находящиеся в зацеплении ведущий и ведомый винтовые роторы, впускное отверстие, выполненное в корпусе и связанное с системой подачи пара в полость между роторами, отличающаяся тем, что на торце ротора установлен диск с окнами, выходящими в каждую впадину между зубьями этого ротора, причем окна расположены с возможностью поочередного совмещения с впускным отверстием при повороте ротора для создания нестационарного течения пара. 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что диск с окнами может быть установлен на торце ведущего ротора. 3. Машина по п.1, отличающаяся тем, что диск с окнами может быть установлен на торце ведомого ротора. 4. Машина по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что система подачи пара дополнительно содержит резонансный патрубок.РИСУНКИ Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4Rh5A - Выдача дубликата патента Российской Федерации на изобретение Дата выдачи дубликата: 22.10.2004 Наименование лица, которому выдан дубликат:Ахметшин Равиль Миргасимович (RU) Наименование лица, которому выдан дубликат:Березин Сергей Романович (RU) Наименование лица, которому выдан дубликат:Петров Павел Георгиевич (RU) Извещение опубликовано: 20.12.2004 БИ: 35/2004 www.findpatent.ru Портал машиностроения: Паровая винтовая машинаС.Р. Березин, д.т.н., профессор, Уфимский государственный авиационный технический университет (УГАТУ) В.М. Боровков, д.т.н., заслуженный энергетик России, зав. кафедрой промтеплоэнергетики Санкт-Петербургского государственного политехнического университета (СПбГПУ), профессор В.И. Ведайко, к.т.н., Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий (СПбГУНиПТ) А.И. Богачева, генеральный директор ЗАО "Эко-Энергетика" Из учебника по физике за 8-й класс мы можем узнать, что первая паровая турбина, нашедшая практическое применение, была изготовлена в далеком 1889 году шведом Лавалем. Классической паровой турбине уже больше века, а классика, как известно, всегда в моде. В настоящее время в Россиии в мире получают все большее распространение новые технологии энергосбережения. К ним, в частности, относится использование энергии пара для выработки электроэнергии в котельных и перевода их в мини-ТЭЦ. Масштабы применения этой технологии энергосбережения достаточно велики. Так, в России находится в эксплуатации около 80 тыс. паровых котельных паропроизводительностью 10–100 т/час. Эти котельные обычно используются в производственно отопительных целях и принадлежат небольшим предприятиям бумажной, лесопильной, пищевой, мясо-молочной, кондитерской, строительных материалов, текстильной, кожевенной и многих других индустрий. Параметры производимого пара в разных котельных сильно различаются в зависимости от назначения использования пара на данном предприятии. В свою очередь, потребление пара сильно меняется в зависимости от времени года (летний и зимний режимы) и от времени суток. Давление пара на выходе из котла зависит от потребностей технологии предприятия, а также от степени изношенности котлов. Так, обычные котлы широкого промышленного применения проектируются на давление пара 13 ати (атмосфера избыточная). Для изношенных котлов, которых в настоящее время очень много, Гостехнадзор ограничивает давление всего 7–8 ати. Для нужд технологии обычно требуется 4–6 ати, для отопления требуется 1,5–2 ати с расходом пара 3–6 т/час. Таким образом, наиболее часто в котельных имеется неиспользуемый перепад давления пара 3–6 атм с расходом пара 6–50 т/ час. Из этого пара возможно реально получить 200–1500 кВт электроэнергии. Для этого необходимо пар после котла направить в расширительную машину, например, в паровую турбину, связанную с электрогенератором. Таким образом можно получить очень дешевую электроэнергию (дополнительный расход топлива и эксплуатационные расходы незначительны). Однако использование паровой турбины здесь малопродуктивно, поскольку в указанной области небольших мощностей она имеет ряд хорошо известных недостатков. Наиболее привлекательными по совокупности свойств в данном диапазоне мощности являются паровые винтовые машины (ПВМ). ПВМ по своей сути является новым типом парового двигателя. ПВМ разработана в России, она уникальна, зарубежные аналоги отсутствуют. На конструкцию ПВМ, ее узлов и систем получено около 25 патентов в России и за рубежом. В диапазоне мощности 200–1500 кВт ПВМ практически по всем показателям значительно превосходит обычную лопаточную паровую турбину. ПВМ является наиболее перспективной основой для создания мини-ТЭЦ, особенно в районах Крайнего Севера и в районах к ним приравненным. Здесь ориентация на электростанции на дизельном топливе должна быть исключена в связи с многократным повышением цены топлива. В мини-ТЭЦ должны использоваться местные топливные ресурсы: уголь, торф, отходы лесопереработки. Устройство и принцип действия ПВМ является машиной объемного типа действия. В корпусе вращаются рабочие органы — винты роторов. Роторы выполнены из стали, на них нарезаны винты асимметричного профиля. Синхронизирующие шестерни, установленные на роторах, которые абсолютно исключают возможность касания профилей винтов друг с другом. Выходной вал ведущего ротора соединен с электрогенератором. Принцип действия ПВМ показан на Рис. 1. Рис. 1. Работа ПВМ. Пар высокого давления из котла поступает в ПВМ через впускное окно в корпусе с одного торца роторов. После заполнения паром канавки между зубьями происходит отсечка пара, и при дальнейшем вращении роторов в канавке (парной полости) происходит объемное расширение порции пара. В конце расширения канавка сообщается с выпускными окнами в корпусе на другом торце роторов. Отработанный пар поступает в тепловую сеть для нужд технологии или для отопления. ПреимуществаОсновное преимущество энергоустановки с ПВМ по сравнению с имеющимися на рынке паротурбинными энергоустановками заключается в следующем: установки спроектированы практически на одно единственное сочетание расхода и давлений пара на входе в машину и на выходе из нее. Данное сочетание условий по пару определяет мощность машины. В то же время условия по пару у разных предприятий сильно различаются, и очень маловероятно, чтобы они совпали с расчетными условиями машины. Конструкция ПВМ позволяет в широком диапазоне приспосабливаться к конкретным условиям предприятия и, как следствие, может покрывать весь наиболее часто встречающийся диапазон мощности 200–1500 кВт. Подобная вариативность значительно расширяет спектр применения ПВМ. Можно сформулировать ряд требований к облику энергетической установки с ПВМ, чтобы она наиболее полно учитывала потребности сложившегося рынка и могла успешно конкурировать на нем. Прежде всего, необходимо оценить наиболее вероятный потенциал мощности пара в котельных и уже исходя из этого задать диапазон мощности машины. В Табл. 1 приведены наиболее часто встречающиеся у различных предприятий параметры пара: давление на впуске ПВМ, давление на выпуске, потребление (расход) пара и мощность, которую можно реально получить с помощью ПВМ. Табл. 1. Расчет мощности. Каждое такое сочетание режимных параметров пара определяет мощность ПВМ. Оптимальная настройка конструкции ПВМ на определенное сочетание параметров осуществляется за счет подбора в широком диапазоне соответствующих конструктивных параметров ПВМ при единой базовой конструкции машины, которая определяется литейными моделями корпуса. Таким образом, ПВМ способна выработать мощность в диапазоне 200–1500 кВт практически на любом предприятии, которое имеет пар с указанными в табл. 1 параметрами. Энергоустановка с ПВМ может быть трех типов: для автономного режима, для режима параллельно сети, а также для привода исполнительных механизмов, например, водяных насосов. Стоит заметить, что при работе в параллельном режиме энергоустановка работает на сеть предприятия, покрывая часть его собственных нужд в электроэнергии и уменьшая тем самым ее потребление из сети. Обороты и частота переменного тока энергоустановки жестко привязаны к частоте сети. Мощность установки определяется перепадом давления и расходом пара через машину и регулируется дроссельным клапаном на входе в ПВМ. ПВМ рассчитана на достаточно низкий уровень технического обслуживания, поскольку эксплуатация ее проводится исключительно персоналом самой котельной. Система автоматического управления и защиты, основанная на микропроцессорной технике, должна учитывать различный технический уровень приборного оснащения котельных, и допускает возможность работы совместно с современными АСУ ТП на базе персональных компьютеров, а также может работать автономно в котельной с морально устаревшими КИП. Работа ПВМ в год должна составлять не менее 6500 часов из имеющихся 8760 часов, с учетом необходимого технического обслуживания оборудования котельной и перерывов в подаче пара. Доказано практикой и экономикой В мае 2007 года предприятием ЗАО "Эко-Энергетика" совместно с Санкт-Петербургским политехническим государственным университетом была внедрена паровая винтовая турбина с мощностью асинхронного генератора 1000 кВт в производственной котельной ОАО "НПФ "Пигмент". В настоящее время машина находится в опытно-промышленной эксплуатации в условиях реального производства. Она вышла на максимальную проектную мощность и показала свою работоспособность и эффективность. Рис. 2. Агрегат, смонтированный в производственной котельной ОАО "НПФ Пигмент". При работе по тепловому графику выдача активной электрической мощности в сеть предприятия колебалась от 320 до 808 кВт, среднечасовая мощность составила 563,3 кВт., общая наработка — 5000 часов, стоимость выработанной электроэнергии — 0,21 руб/кВт•ч. Расчетный срок окупаемости составляет 18 месяцев при годовой наработке 6000 часов и средней мощности 600 кВт. Электрическая система отбора мощности энергоустановки на оснрве асинхронного генератора при параллельной работе с сетью показала свою высокую надежность. Выдача энергии в электрическую сеть не оказывает дестабилизирующего влияния на сеть. Претензии со стороны энергоснабжающей организации не поступали. Замечаний к работе энергоустановки нет, машина проста в эксплуатации, оснащена многоуровневой защитой от аварийных ситуаций. Предприятия, имеющие собственные котельные, обычно очень заинтересованы в приобретении эффективного и быстро окупающегося паросилового электрогенерирующего оборудования по следующим причинам: 1. Высокие цены на электроэнергию обусловлены тем, что в сетевой тариф заложены дополнительные расходы на эксплуатацию и амортизацию сетей, НДС, прибыль и пр. Собственное производство электроэнергии в котельной приводит к некоторому увеличению расхода топлива, однако это окупается низкой стоимостью получаемой электроэнергии, обычно в 4–5 раз дешевле, чем из сети. 2. Вероятность отключения электроснабжения, особенно для предприятий низкой категории электроснабжения. Этот фактор часто значит не меньше (а во многих случаях и больше), чем экономия на оплате электроэнергии. Так, при отключении энергии зимой котельная останавливается и размораживается, поскольку все агрегаты собственных нужд работают от электропривода. В настоящее время фактор надежности электроснабжения превалирует в большинстве регионов России. Расчет экономической эффективности применения ПВМ в котельной показывает, что удельный расход топлива на выработанную электроэнергию составляет 140–145 г.у.т./кВт•ч, а срок окупаемости энергетической установки — до полутора лет. При расчете в качестве установленной принята мощность ПВМ, равная 800 кВт. При повышении мощности эффективность ПВМ еще более повышается. В заключение хотелось бы расставить акценты и показать, почему уже сегодня следует задуматься над тем, чем ваше предприятие будет жить завтра:
Простота конструкции, высокая ремонтопригодность. Высокий межремонтный ресурс обусловлен отсутствием взаимного касания роторов и, соответственно, отсутствием механического износа. ПВМ может работать на паре любой влажности, в то время как миниM мальная степень сухости пара на выходе лопаточных турбин составляM ет 88%. Влажный пар вызывает эрозионный износ лопаток. Как известM но, у подавляющего большинства котлов малой производительности отсутствуют пароперегреватели, поэтому этими котлами вырабатываM ется сухой насыщенный пар. При расширении его в проточной части турбины степень сухости падает, что создает опасность преждевременM ного выхода установки из строя. Неприхотливость к качеству пара, наличию в нем частиц окалины и грязи. Габариты и масса ПВМ меньше, чем у лопаточной турбины аналогичной мощности. Это важно при размещении ПВМ в действующем здании коM тельной. Высокая маневренность при изменении режима работы. Быстрый пуск и останов. Высокая эксплуатационная надежность и безопасность при возникM новении аварийной ситуации. www.mashportal.ru |
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
Сегодня, когда большинство крупных спиртзаводов работает с половинной нагрузкой, мощные турбоагрегаты, установленные на производственных площадях, экономически могут себя не оправдывать, поскольку окупаемость капитальных вложений на их установку растянется на длительный срок. Эти агрегаты могут быть востребованы при значительной загрузке предприятий большой мощности либо при существенном расширении с организацией новых производств — потребителей тепловой энергии, обеспечивающих их полную загрузку. Другое дело – паровые турбины малой мощности (в таблице). В настоящее время предлагается разработка технических условий для паровой винтовой машины (ПВМ) номинальной мощностью 250 кВт при расходе пара от 5 до 9 т/час. Данная турбоустановка предназначена для использования пара любого качества, в том числе высоковлажного.
ПВМ способна функционировать в автоматическом режиме работы в тех случаях, когда плавно или аварийно отключается, или вовсе отсутствует подача электроэнергии извне (на рисунке). Наиболее эффективным режимом эксплуатации ПВМ является ее круглосуточная работа в максимально возможное количество дней в году. Именно такой режим существует в котельных спиртовых заводов. Расход пара на ректификацию на заводах производительностью 2000 дал/сутки хорошо корреспондируется с потребностью данного турбоагрегата 4-5 тонн пара в час, что обеспечивает его эксплуатацию в номинальном режиме и снижает энергозатраты на производство продукции. В разработанной программе производственного контроля (ппк) каждого предприятия должны быть указаны пределы (допустимые уровни) контролируемых показателей энергозатрат и размещены разработки корректирующих действий.
