Устройство для привода исполнительного механизма
Полезная модель относится к области привода различных исполнительных механизмов газотурбинного двигателя (ГТД), работающего на природном газе, компрессорных газоперекачивающих станций, при этом в устройстве в качестве рабочего тела используется сжатый топливный газ. Технический результат - упрощение конструкции устройства, снижение трудоемкости при его изготовлении и повышение КПД двигателя. Для достижения этого технического результата в устройстве, содержащем корпус (1) агрегата управления (2) внутри которого установлен подпружиненный распределительный золотник (3), приводимый поршнем (4) и исполнительный механизм (17) с рабочими полостями (16) и (18). Распределительный золотник выполнен в виде двух торцевых клапанов (5) и (6). Клапан (5) поджат пружиной (7) к седлу корпуса, а клапан (6) установлен с зазором относительно своего седла. Соответствующие полости (8, 12, 15, 19) мест их установки, соединены соответственно с источником сжатого газа (11), с рабочими полостями (16) и (18) исполнительного механизма, со штуцерами вход (9), выход (14) и слив (25) электромагнитного клапана (10) и с дренажной магистралью (13) выброса газа, полости (20) и (21) утечек газа через уплотнения штока поршня и механизма, соединены с дренажной магистралью (13). Благодаря наличию этих признаков устройство при его внедрении значительно упрощается, снижается трудоемкость при его изготовлении и повышается КПД двигателя, т.к. используется подготовленный сжатый газ необходимого давления, при этом отпадает необходимость наличия агрегатов маслосистемы и исключаются затраты мощности для привода маслонасоса от ГТД, как это имеет место в устройстве-прототипе. 1 ил.
Полезная модель относится к области привода различных исполнительных механизмов газотурбинного двигателя (ГТД), работающего на природном газе и используемого на компрессорных газоперекачивающих станциях по транспортировке газа, при этом в устройстве в качестве рабочего тела используется сжатый топливный газ, которым питается ГТД, но может быть использован и сжатый воздух.
Известно устройство для привода исполнительного механизма, содержащего подпружиненный распределительный золотник с поршнем и исполнительный механизм, выполненный в виде цилиндра с поршнем с рабочими полостями [1] и [3].
Указанное устройство реализовано на ГТД НК-16СТ газоперекачивающего агрегата, оно содержит агрегат управления регулируемого направляющего аппарата (АУ РНА) и агрегат управления клапанами перепуска воздуха (АУ КПВ) компрессора, представляющими собой подпружиненный распределительный золотник с поршнем и исполнительный механизм, содержащий цилиндр с поршнем.
В качестве рабочего тела используется масло, отбираемое от маслосистемы двигателя, и для обеспечения рабочего давления масла, его фильтрации и охлаждения предусмотрены нагнетающий маслонасос, теплообменник, масляный фильтр, клапан постоянного давления, сборник сливов и дренажный клапан.
Агрегаты перекладываются от настроечного давления масла Pтк , подаваемого в полость «С» [3], что приводит к подаче масла под давлением в полость «Б» поршня исполнительного механизма и перекладке РНА.
В системе [1] постоянно происходит слив масла в сливную магистраль через жиклер клапана постоянного давления, через жиклер и маятник регулятора РО-16, через зазоры распределительного золотника АУ РНА и КПВ, в связи с чем для компенсации этих утечек и обеспечения перекладками агрегатов, маслонасос постоянно потребляет мощность от двигателя, что приводит к снижению КПД двигателя и увеличению расхода топливного газа.
В усовершенствованной системе [2] и [4], реализованной на ГТД НК-16СТД и НК-16-18СТД, имеются теже агрегаты маслосистемы, что и в системе [1], но управление агрегатами РНА и КПВ производится по электрической команде, подаваемой на электромагниты «Г», при срабатывании которых, управляющий золотник «В» перемещается вверх, приводя к падению давления над поршнем распределительного золотника «А», который пружиной перемещаясь вверх, подает рабочее давление масла под поршень «Б» исполнительного механизма, который производит перекладку РНА и КПВ.
Это устройство наиболее близко к предлагаемому.
Выше рассмотренные конструкции системы управления РНА и КПВ [1] и [2], в которых задействовано множество обслуживающих агрегатов, обладают высокой сложностью и большой трудоемкостью при изготовлении, при этом снижается КПД ГТД из-за необходимости постоянно вращать маслонасос.
Предлагаемой полезной моделью решается задача упрощения конструкции устройства и снижения трудоемкости при его изготовлении, а также повышения коэффициента полезного действия ГТД.
Для достижения этого технического результата в устройстве, содержащем корпус агрегата управления, внутри которого установлен подпружиненный распределительный золотник, приводимый поршнем, нормально закрытый электромагнитный клапан, в котором в его обесточенном состоянии входной штуцер закрыт, а выходной штуцер соединен со штуцером слива, источник рабочего тела под давлением, дренажную магистраль выброса рабочего тела и исполнительный механизм с рабочими полостями и полостями утечек рабочего тела, распределительный золотник, жестко связанный с поршнем, выполнен в виде двух торцевых клапанов, один из которых поджат к седлу корпуса пружиной, а второй установлен с зазором относительно своего седла, при этом полость корпуса места его установки и входной штуцер электромагнитного клапана соединены с источником рабочего тела под давлением, выходной штуцер электромагнитного клапана соединен с поршневой полостью распределительного золотника и с рабочей полостью исполнительного механизма, вторая рабочая полость которого соединена с межседельной полостью клапанов распределительного золотника, полость места установки поджатого клапана распределительного золотника и штуцер слива электромагнитного клапана, а также полости утечек рабочего тела через уплотнения штока поршня и крышки цилиндра исполнительного механизма, соединены с дренажной магистралью выброса рабочего тела.
Отличительными признаками предлагаемого устройства от указанного выше известного наиболее близкого, является выполнение распределительного золотника в виде двух торцевых клапанов, которые установлены соответствующим образом, относительно своих седел, соответствующие полости мест их установки и межседельная полость, соединены соответственно, с источником рабочего тела под давлением и с входным штуцером электромагнитного клапана, и со штуцером слива электромагнитного клапана и с дренажной магистралью, а также с одной из рабочих полостей исполнительного механизма, поршневая полость распределительного золотника соединена с выходным штуцером электромагнитного клапана и со второй рабочей полостью исполнительного механизма, полости утечек рабочего тела, через уплотнения штока поршня и крышки цилиндра исполнительного механизма, соединены с дренажной магистралью выброса рабочего тела.
Благодаря наличию этих признаков, устройство для привода исполнительного механизма значительно упрощается, снижается трудоемкость при его изготовлении и повышается КПД ГТД, т.к. используется подготовленный сжатый топливный газ необходимого давления, который используется для питания ГТД, при этом отпадает необходимость наличия агрегатов маслосистемы и исключаются затраты мощности для привода маслонасоса от ГТД, как это имеет место в системе-прототипе управления РНА и КПВ [2].
Предлагаемое устройство показано на чертеже.
Устройство для привода исполнительного механизма содержит: корпус 1 агрегата управления 2, внутри которого установлен подпружиненный распределительный золотник 3, приводимый жестко связанным поршнем 4, выполненный в виде двух торцевых клапанов 5 и 6. Клапан 5 поджат пружиной 7 к седлу корпуса, а клапан 6 установлен с зазором относительно своего седла. Полость 8 корпуса места установки клапана 6 и входной штуцер 9 электромагнитного клапана 10 соединены с источником сжатого газа 11. Полость 12 корпуса места установки клапана 5 соединена с дренажной магистралью выброса газа 13.
Выходной штуцер 14 электромагнитного клапана 10 соединен с поршневой полостью 15 распределительного золотника 3, которая соединена с рабочей штоковой полостью 16 исполнительного механизма 17, а его вторая рабочая поршневая полость 18 соединена с межседельной полостью 19 клапанов 5 и 6.
Полости 20 и 21 утечек газа через уплотнения штока поршня 22 и крышки 23 цилиндра 24 исполнительного механизма 17, а также штуцер 25 слива электромагнитного клапана 10 соединены с дренажной магистралью выброса газа 13.
Поршень 22 через тягу 26 соединен с рычагом 27 выходного валика исполнительного механизма.
Входной штуцер 9 обесточенного электромагнитного клапана 10 закрыт, его выходной штуцер 14 соединен со штуцером слива 25.
При включении электромагнитного клапана входной штуцер соединяется с выходным штуцером 14, штуцер слива 25 закрывается.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
В начале перед запуском ГТД, при наличии рабочего давления газа 11, подают электропитание от источника 28 через выключатель 29 на электромагнит 10, при срабатывании которого его входной штуцер 9 соединяется с выходным штуцером 14, а штуцер слива 25 закрывается, в результате чего газ под давлением от источника 11 поступает через штуцера вход 9 и выход 14 электромагнитного клапана в поршневую полость 15 и далее в штоковую рабочую полость 16 поршня 22 исполнительного механизма.
Соединение соответствующих полостей агрегатов 2, 10 и 17 осуществляется соответствующими трубопроводами 30, 31, 32 и 33.
Под действием давления газа в полости 15 поршень 4 перемещается влево, при этом клапан 6 садится на свое седло в корпусе, клапан 6 закрывается и открывается клапан 5, сообщая рабочую полость 18 под поршнем 22 через межседельную полость 19 и полость 12 корпуса с дренажной магистралью 13 выброса газа. Дренажная магистраль имеет давление атмосферное. Под действием перепада давления поршень 22 перемещается вправо и через тягу 26 и рычаг 27 поворачивает валик исполнительного механизма в одно из рабочих положений.
При снятии электропитания с электромагнита 10 его входной штуцер 9 закрывается, а выходной штуцер 14 соединяется со штуцером слива 25, при этом рабочая полость 16 поршня 22 и поршневая полость 15 сообщаются с дренажной магистралью 13, давление в полости 15 падает.
Под действием усилия пружины 7 и дополнительного усилия на распределительный золотник 3 от действия давления на его дифференциальную площадь, распределительный золотник перемещается вправо, закрывая клапан 5 и открывая клапан 6, в результате чего, газ под давлением из полости 8 поступает через межседельную полость 19 в рабочую полость 18 под поршень 22.
Под действием перепада давления поршень 22 перемещается влево и через тягу 26 и рычаг 27 поворачивает выходной валик исполнительного механизма в другое рабочее положение.
Таким образом, для привода РНА и КПВ компрессора ГТД достаточно иметь источник сжатого газа, предлагаемый агрегат управления 2 с электромагнитным клапаном 10 и прежний исполнительный механизм, обеспечив соединение его полостей утечек газа через уплотнения штока поршня и крышки цилиндра с дренажной магистралью выброса газа, соединив указанные элементы соответствующими трубопроводами как указано на чертеже.
Использование предлагаемого устройства упрощает конструкцию привода РНА и КПВ компрессора двигателя, снижает трудоемкость при его изготовлении и повышает КПД двигателя.
Предлагаемое устройство было реализовано и проверено с положительным результатом [5].
При проверке функциональной работоспособности устройство было собрано в полном соответствии с вышеуказанным чертежом.
В качестве рабочего тела использовался сжатый воздух с рабочим давлением (25±1) кгс/см2, соответствующим давлению сжатого газа, применяемому на двигателе. Проверке и испытанию подвергался исполнительный механизм - привод РНА и КПВ в отдельности с агрегатом управления.
В качестве исполнительного механизма использовались серийные агрегаты, работающие в настоящее время на масле, которые загружались противодействующими загрузками, соответствующими заданным в технических условиях на агрегаты.
Результаты испытаний, а также состояние деталей и узлов агрегатов после разборки при дефектации удовлетворительное, подтверждена функциональная работоспособность устройства.
В настоящее время разработана техническая документация под серийный вариант и выпущено техническое задание на установку предлагаемого устройства на двигатель НК-16-18 СТД, для проведения приемо-сдаточного испытания, при этом с этого двигателя будет демонтирована вышеуказанная маслосистема питания агрегатов управления РНА и КПВ, указанная в системе [2].
При положительных результатах устройство будет установлено на двигатель для прохождения подконтрольной эксплуатации на одной из компрессорных станций по перекачке газа.
Использованные источники:
1. Двигатель НК-16СТ «Руководство по технической эксплуатации», раздел 7, стр.5/6.1, рис.7.2.1 (рис.1). Принципиальная схема системы топливопитания и регулирования.
2. Двигатели НК-16СТД и НК-16-18СТД. «Дополнение к РТЭ двигателей НК-16СТ и НК-16-18СТ, ДД-0217-02», стр.6/7, рис.2. Принципиальная схема системы топливопитания и регулирования.
3. Двигатель НК-16СТ «Руководство по технической эксплуатации», раздел 7, стр.95.1, рис.7.16.1 (рис.3). Агрегат управления регулируемым направляющим аппаратом.
4. Двигатели НК-16СТДи НК-16-18СТД. «Дополнение к РТЭ двигателей НК-16СТ и НК-16-18СТ, ДД-0217-02», стр.54, 55, 56, 57, рис.13 (рис.4). Агрегат управления регулируемым направляющим аппаратом.
5. «Двигатель НК-16-18СТД. Испытание на герметичность и работоспособность агрегатов управления КПВ 16.625.150 и РИА 16.625.140 совместно с распределительным золотником 16.622.000 и электромагнитным клапаном МКВ - 251 А. Технический акт 
4.03.001 - 2012 г.», в который включены принципиальные схемы рис.Д и рис.Е, соответствующие предлагаемому устройству.
Устройство, содержащее корпус агрегата управления, внутри которого установлен подпружиненный распределительный золотник, приводимый поршнем, нормально закрытый электромагнитный клапан, в котором в его обесточенном состоянии входной штуцер закрыт, а выходной штуцер соединен со штуцером слива, источник рабочего тела под давлением, дренажную магистраль выброса рабочего тела и исполнительный механизм с рабочими полостями и полостями утечек рабочего тела, отличающееся тем, что распределительный золотник, жестко связанный с поршнем, выполнен в виде двух торцевых клапанов, один из которых поджат к седлу корпуса пружиной, а второй установлен с зазором относительно своего седла, при этом полость корпуса места его установки и входной штуцер электромагнитного клапана соединены с источником рабочего тела под давлением, выходной штуцер электромагнитного клапана соединен с поршневой полостью распределительного золотника и с рабочей полостью исполнительного механизма, вторая рабочая полость которого соединена с межседельной полостью клапанов распределительного золотника, полость места установки поджатого клапана распределительного золотника и штуцер слива электромагнитного клапана, а также полости утечек рабочего тела через уплотнения штока поршня и крышки цилиндра исполнительного механизма соединены с дренажной магистралью выброса рабочего тела.
