Stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

vynález se týká vysokootáčkové expanzní turbíny sloužící k dosahovaní hlubokých teplot,určená zejména pro heliová kryogenní zařízení s malým chladicím výkonem.známá expanzní turbíny sestávají z pracovního stupně, rotoru s kapalinovými nebo plynovými ložisky a brzdicího zařízení. Brzdicím zařízením bývá kapalinová brzda nebo kompresorově kolo umístěné na společném hřídeli, případně generátor synchronního nebo asynchronního typu.Expanzní turbíny malých kryogenních heliových zařízení dosahují výkonu 100 až l 000 W a pro dosažení příznivé účinnosti používají pracovní stupně s koly průměru 10920 mm, která se otáčejí až 300 000 ot/min. Malý výkon a mimořádně vysoké otáčky vylučují použití kapalínových ložisek, která mají velké vnitřní tření. Plynová radiální ložiska mají dostatečně malé vnitřní tření, avšak ve statickém provedení s přívodem tlakového plynu do ložisek jsou náchylna na vznik dynamických nestabilit vznikajících při.vysokých rychlostech otáčení.Plynová radiální segmentová ložiska dynamického typu nejsou citlivá na vznik dynamických nestabilit, vyžadují však výrazně vyšší přesnost výroby než statická plynová ložiska. Kapalinové brzdicí zařízení, vhodné pro větší výkony, výrazně komplikuje konstrukcí expanzní turbíny, protože je nutné dokonale oddělit prostor pracovního plynu a prostor brzdné kapaliny,obvykle oleje.Brzdění expanzní turbíny kompresorem. stejně jako kapalinovou brzdou, je vzhledem k jejich dynamickým vlastnostem obtížně regulovatelné pomocí řídicího procesoru. Vhodné dynamické vlastnosti i jednoduché metody regulace mají elektrická brzdicí zařízení s asynchronním,případně synchronním alternátorem. Pro vysokootáčkové expanzní turbíny malých kryoqenních zařízení jsou však nepoužitelné vzhledem k omezené mechanické pevnosti rotoru, která neumožZňuje dosáhnout dostatečně vysokých otáček.Pro zajištění dostatečně přesností vzájemné polohy pracovního kola a rozváděcích lopatek pracovního stupně jsou díly expanzní turbíny obvykle sestaveny ve společném tělese. Pracovní stupeň vysokootáčkových expanzních turbín heliových kryogenních zařízení pracuje při mimořádně nízkých pracovních teplotách až -260 °C. Tělesem expanzní turbíny uvedené konstrukce jsou k pracovnímu stupni přiváděny značné tepelné toky snižující chladící výkon expanzní turbíny.Použití společného tělesa expanzní turbíny vyžaduje provést alespoň jeden demontovatelný spoj v nízkoteplotní části, obvykle v části z vnější strany tepelně izolované vakuem. Vakuově těsné provedenitohoto nízkoteplotního spoje je technicky mimořádně náročné. Další známé provedení připojení nízkoteplotní části bez demontovatelného spoje je pomoci dvojice tenkostěnných mostu. Toto provedení řeší problém těsnoatí za cenu dvojnásobných tepelných toku k pracovnĺmu stupni expanzní turbíny.Uvedené nedostatky odstraňuje expanzní turbína podle vynálezu, zahrnující nízkoteplotni část s rozváděčem plynu a hřídel s pracovním kolem, uložený v plynových axiálních kluzných ložiskách a v plynových radiálních kluzných ložiskách se třemi stavitelnými naklápěcími segmenty, přičemž axiální kluzná ložiska i radiální kluzná ložiska jsou umístěna symetricky vně elektrické vířivé brzdy.Podstata vynálezu spočíva v tom, že radiální kluzná ložiska jsou společně s axiálnímí ložisky upevněna v ložiskových štítech pevně spojených s tělesem elektrické vířivé brzdy. Nízkoteplotní část je připevněna k ložiskovému štítu ze strany pracovního kola přírubou a tenkostěnným mostem. V nízkoteplotní části je vytvořena komora, do které je na jedné straně zaústěno potrubí pro přívod plynu a na opačné straně je opatřena kanálem zužujícím se ve směru k lopatkám rozváděče.Tenkostěnný most, s výhodou rotační, je vytvořen z materiálu o nízké tepelné vodivosti. V komoře nĺzkoteplotní části je mezi potrubím pro vstup plynu a kanálem umístěn filtr, přičemž kanál je opatřen šikmymi usměrňovacími lopatkami. Radiální kluzné ložisko se stavitelnýminaklápěcími segmenty je tvořeno tak, že k podpěře naklápěcího segmentu je na straně protilehlé k čelní ploše umistěno pouzdro na dřiku stavěciho šroubu, který je svým závitovým koncem uložen ve stavěcím dorazu uchyceném v ložiskovém tělese, přičemž mezi stavěcim dorazem a pouzdrem je souose upraven pružný element.Řešení expanzni turbíny podle vynálezu omezuje tepelné toky k nízkoteplotnĺ části, pří vodem tepla z teplého tělesa expanzní turbíny. uspořádání axiálních a radiálnich ložisekv ložiskových štítech vně vířivé brzdy zajištuje stabilní provoz při vysokých otáčkach. Šroubovitý pohyb plynu vstupujícího do lopatek rozváděče, způsobený usměrňovacími lopatkami a vhodnou volbou průřezů kanálů, zajištuje bezeztrátový vstup do lopatek rozváděče a tím i lopatek pracovního kola, což se projeví zvýšenou účinnosti expanzní turbíny. Filtr, umístěnýv komoře nízkoteplotní části, kromě filtračního účinku, přispívá k rovnoměrnému rozdělení plynu před vstupem do šikmých usměrñovacích lopatek. Podpěry stavitelných naklápěcích segmentu radiálních kluzných ložisek umožňují nezávislým natáčenim stavěcího dorazu a stavěciho šroubu nastaveni základní ložiskové vůle s přesností 0,5 nm.Možnost přesného nastavení ložiskové vůle při montáži výrazně snižuje nároky na přesnost výroby ložisek. Pružný element. umístěný mezi pouzdrem a stavěcím dorazem, vymezuje jednak vůli v závitu, jednak umožňuje posunutí pouzdra a tedy i ložiskového segmentu směrem od osy ložiska. Tato možnost se uplatní zejména při velmi rozdŕlných teplotních režimech ložiska,eventuálně při havarijnich stavech, kdy takto dochází k automatické kompenzaci ložiskové vůle.Přiklad provedení expanzní turbiny podle vynálezu je znázorněn na výkresech, kde na obr. 1 je řez expanzni turhínou a na obr. 2 je řez naklápěcího segmentu s pružinou.Pracovní kolo lg je uloženo na hřideli § uloženém v plynových radiálních kluzných ložiskách 1 a plynových axiálnicnkluznýçh ložiskách §, která jsou upevněna v ložiskových štitech ł a g. Ložiskové štíty ł.a gjsou připevněny k tělesu vířivé brzdy. Nízkoteplotní část expanzní turbiny je tvořena lopatkami gg rozváděče, které jsou pckračovánim kanálu lg spojeného s komorou li, do které je zaústěno potrubí lg pro pfĺvod plynu. Potrubim gg je expandovaný plyn odváděn z nízkoteplotni části. Do kanálu gg jsou vložený šikmé usměrňovaci lopatky ll, v komoře 35 je umistěn filtr lg. Tenkostěnným mostem gg je nizkoteplotni část expanzní turbiny spojene s přirubou 33, která ji připevňuje k ložiskovému štítu l. Na obr. 2 je stavitelný nsklápěci segment radiálnich kluzných ložisek nesen podpěrou Q s pouzdrem g umistěným na dříku g stavěcího šroubu gł, který je svým závitovým koncem uložen ve stavěcim dorazu gg uchyceném v ložiskových štítech l, g, Mezi stavěcim dorazem 3 a pouzdrem Q je souose upraven pružný element ggFunkce expanzní turbíny je následující stlačený chladný plyn je přiváděn potrubím 55 do komory li, kde prochází filtrem łá a poté, rovnoměrně rozdělen, vstupuje do kanálu lg, ve kterém je šíkmými usměrňovacími lopatkamí ll uveden do šroubovitého pohybu tak, aby se shodným úhlem vstupoval do lopatek lg rozváděče. Plyn, usměrněný lopatkami A 2 rozváděče, předává při průchodu pracovním kolem energií hřídeli Q, který se otáčí v ložiskách 3, à. V tělese 1 vířivé brzdy je energie přeměněna v teplo odváděné chladící vodou. Expanzí ochlazený plyn je odváden potrubím gg. Pro omezení přívodu tepla k nizkoteplotni části je tato nesena tenkostěnným mostem lg z materiálu o nízká tepelné vodivosti. Pomocí příruby lg je nízkoteplotní část spojena s ložiskovým štítem l. Kluzná radiální ložiska A maji naklápěci segmenty nesené podpěrami g, jejichž přesné poloha je zajištěna tak, že stavitelná podpěra 3 se opírá o pouzdro § dorazu nasazené na džiku 2 stavěcího šroubu gł. Dosednutí pouzdra g dorazu na nákružek stavěciho šroubu gł zajišťuje pružný element 33, který se svým opačným koncem opírá o stavěcí doraz 32. závit stavěciho šroubu gł a případný vnější závit stavěcího dorezu 3 maji přednostně různé stoupání, což zajišťuje jemnou regulaci polohy podpěry Q a tim i segmentu rádiálniho ložiska 5.1. Expanzni turbina zahrnujici nizkoteplotni část 5 rozváděčem plynu a hfídel s pracov~ ním kolem, uložený v plynových sxiálních kluznýoh ložiskáoh a v plynových radiálnlch kluzných ložiskách se třemi stavitelnými naklápěcími segmenty, přičemž plynová axiálni kluzná ložiska i plynová radiální kluzná ložiska jsou umístěna symetricky vně elektrické viřivé brzdy, vyznačená tím, že radiální kluzná ložiska (4) jsou společně s axiâlními kluznými ložisky (5) upevněna v ložiskových štíteoh (1, 2) pevně spojených s tělesem (7) elektrické vířivé brzdy,přičemž nízkoteplotní část je připevněna k ložiskovému štítu (1) ze strany pracovního kola přírubou (12) a tenkostěnným mostem (13), zatímoo v nizkoteplotní části je vytvořena komora(14), do kteréje na jedné straně zaústěno potrubí (16) pro přivod plynu a na opačné straně je vytvořen kanál (18) zužující se ve směru k lopatkám (19) rozváděče a opatřený šikmými usměrñovacími lopatkami (17).2. Expanzní turhina podle bodu 1, vyznačená tím, že tenkostěnný most (13)je vytvořen z materiálu o nízká tepelné vodivosti. n3. Expanzni turbina podle bodu 1, vyznačená tím, že tenkostěnný most (13) je proveden jako rotační.4. Expsnzni turbina podle bodů 1 a 2, vyznačená tim, že v komoře (14) mezi potrubim (15) pro vstup plynu a kanálem (18) je umístěn filtr (15).5. Expanzni turbína podle bodu l, vyznačená tím, že radiálni kluzné ložisko se stavitelnými naklápěcími segmenty je tvořeno tak, že k podpěře (3) naklápěciho segmentu je na straně protilehlá k čelní plcše umístěno pouzdro (8) na dřiku (9) stavěcího šrouhu (21), který je svým závitovým koncem uložen ve stavěcím dorazu (22), uchyceném v ložiskových štitech (1. 2),přičemž mezi stavěoím dorazem (22) a pouzdrem (8) je souose upraven pružný element (23).

MPK / Značky

MPK: F25B 11/00

Značky: turbina, expanzní

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/6-246659-expanzni-turbina.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Expanzní turbina</a>

Podobne patenty