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) с полостью подвода газа (3), внутри которого установлен управляющий золотник (4 и 5), приводимый штоком электромагнита (6), подпружиненный распределительный золотник (7), приводимый поршнем (8) и исполнительный механизм (20) с рабочими полостями (19 и 21), управляющий и распределительный золотники выполнены в виде торцевых клапанов (4, 5, 9, 10), которые установлены соответствующим образом относительно своих седел и между собой, соответствующие полости (12, 15, 17, 22, 23) мест их установки соединены соответственно с источником сжатого газа (14), с рабочими полостями (19 и 21) исполнительного механизма и с дренажной магистралью (16) выброса газа, полости (24 и 25) утечек газа через уплотнения штока поршня и крышки цилиндра исполнительного механизма соединены с дренажной магистралью (16). 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.

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 Р_тк , 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.

Вышерассмотренные 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 с полостью подвода рабочего тела, внутри которого установлен управляющий золотник, приводимый штоком электромагнита, подпружиненный распределительный золотник, приводимый поршнем, и исполнительный механизм с рабочими полостями, управляющий золотник выполнен в виде двух подпружиненных торцевых клапанов, один из которых со штоком поджат к седлу корпуса, а второй, приводимый штоком электромагнита, установлен с зазором относительно штока первого клапана и своего седла, а распределительный золотник, жестко связанный с поршнем, выполнен виде двух торцевых клапанов, один из которых поджат к седлу корпуса, а второй установлен с зазором относительно своего седла, при этом полость корпуса места установки первого клапана со штоком управляющего золотника и полость места установки второго клапана распределительного золотника соединены с полостью подвода рабочего тела, соединенной с источником сжатого газа, полость корпуса места установки клапана управляющего золотника, приводимого штоком электромагнита, соединена с дренажной магистралью выброса газа, штоковая полость первого клапана со штоком управляющего золотника соединена с поршневой полостью распределительного золотника, которая соединена с одной из рабочих полостей исполнительного механизма, вторая рабочая полость которого соединена с межседельной полостью клапанов распределительного золотника, полость места установки поджатого клапана распределительного золотника соединена с дренажной магистралью, а полости утечек рабочего тела через уплотнения штока поршня и крышки цилиндра исполнительного механизма соединены с дренажной магистралью.

Отличительными признаками предлагаемого устройства от указанного выше известного наиболее близкого является выполнение управляющего и распределительного золотника в виде торцевых клапанов, которые установлены соответствующим образом относительно своих седел и между собой, соответствующие полости мест их установки соединены соответственно с источником сжатого газа, с рабочими полостями исполнительного механизма и с дренажной магистралью выброса газа, полости утечек газа через уплотнения штока поршня и крышки цилиндра исполнительного механизма соединены с дренажной магистралью.

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 с полостью 3 подвода рабочего тела - сжатого газа, внутри которого установлен управляющий золотник, выполненный в виде двух подпружиненных торцевых клапанов 4 и 5, последний приводится штоком электромагнита 6 с последующим воздействием на клапан 4 через его шток. Клапан 4 со штоком поджат пружиной к седлу корпуса, а клапан 5 установлен с зазором относительно штока клапана 4 и своего седла.

В корпусе 1 расположен также подпружиненный распределительный золотник 7, приводимый жестко связанным поршнем 8, выполненный в виде двух торцевых клапанов 9 и 10. Клапан 9 поджат пружиной 11 к седлу корпуса, а клапан 10 установлен с зазором относительно своего седла. Полость 12 корпуса установки клапана 4 со штоком и полость 13 корпуса места установки клапана 10 соединены с полостью 3 подвода рабочего тела, соединенной с источником сжатого газа 14. Полость 15 корпуса места установки клапана 5 соединена с дренажной магистралью выброса газа 16. Штоковая полость 17 клапана 4 соединена с поршневой полостью 18 распределительного золотника 7, которая соединена с рабочей полостью 19 исполнительного механизма 20, а его вторая рабочая полость 21 соединена с межседельной полостью 22 клапанов 9 и 10.

Полость 23 места установки клапана 9 соединена с дренажной магистралью 16.

Полости 24 и 25 утечек газа через уплотнения штока поршня 26 и крышки 27 цилиндра 28 исполнительного механизма соединены с дренажной магистралью 16.

Поршень 26 через тягу 29 соединен с рычагом 30 выходного валика исполнительного механизма.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

В начале перед запуском ГТД при наличии рабочего давления газа подают электропитание на электромагнит 6, агрегата управления 2, при срабатывании которого его шток выдвигается и перемещает клапан 5 влево на закрытие и через шток открывает клапан 4 на его открытие, в результате чего газ под давлением из полости 3 поступает через открытый клапан 4, штоковую полость 17 и канал в поршневую полость 18 и далее в штоковую рабочую полость 19 поршня 26 исполнительного механизма.

Под действием давления газа в полости 18 поршень 8 перемещается влево, при этом клапан 10 садится на свое седло в корпусе, клапан 10 закрывается и открывается клапан 9, сообщая рабочую полость 21 под поршнем 26 через межседельную полость 22 и полость 23 корпуса с дренажной магистралью 16 выброса газа. Дренажная магистраль имеет давление атмосферное. Под действием перепада давления поршень 26 перемещается вправо и через тягу 29 и рычаг 30 поворачивает валик исполнительного механизма в одно из рабочих положений.

При снятии электропитания с электромагнита 6 его шток убирается вправо, от действия усилий своих пружин клапан 4 перемещаясь вправо закрывается, а клапан 5 открывается, при этом рабочая полость 19 поршня 26 через поршневую полость 18, канал, штоковую полость 17 и открытый клапан 5 сообщается с дренажной магистралью 16, давление в полости 18 падает.

Под действием усилия пружины 11 и дополнительного усилия на распределительный золотник 7 от действия давления на его дифференциальную площадь, распределительный золотник перемещается вправо, закрывая клапан 9 и открывая клапан 10, в результате чего, газ под давлением из полости 3 подвода газа поступает через межседельную полость 22 в рабочую полость 21 под поршень 26.

Под действием перепада давления поршень 26 перемещается влево и через тягу 29 и рычаг 30 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 и прежний исполнительный механизм, обеспечив соединение его полостей утечек газа через уплотнения штока поршня и крышки цилиндра с дренажной магистралью выброса газа и обеспечить соединение указанных элементов 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, проверено и прошло длительное испытание за ресурс [5]. При проверке функциональной работоспособности и при длительных испытаниях 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 и приведены длительные ресурсные испытания. В настоящее время разрабатывается техническая документация под серийный вариант, по которой предлагаемое устройство будет изготовлено и установлено на двигатель НК-16-18СТД для проведения подконтрольной эксплуатации, при этом с этого двигателя будет демонтирована вышеуказанная маслосистема питания агрегатов управления РНА и КПВ, указанная в системе [2].

При положительных результатах подконтрольной эксплуатации устройство будет рекомендовано для внедрения в серийное производство.

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-16СТД и НК-16-18СТД. «Дополнение к РТЭ двигателей НК-16СТ и НК-16-18СТ, ДД-0217-02», стр.54, 55, 56, рис.13 (рис.4). Агрегат управления регулируемым направляющим аппаратом.

5. Двигатель НК-16-18СТД. «Результаты проверки электропневмоклапана 549.16.0090 совместно с агрегатом привода РНА 549.16.0100 и агрегатом привода КПВ 82.651.000». Техническая справка ТС-3-26/09.

В источник [5] включены источники [1], [2], [3], [4], а также принципиальные схемы рис.5 [5] и рис.6 [6], соответствующие предлагаемому устройству.

Устройство, содержащее корпус агрегата управления с полостью подвода рабочего тела, внутри которого установлен управляющий золотник, приводимый штоком электромагнита, подпружиненный распределительный золотник, приводимый поршнем, и исполнительный механизм с рабочими полостями, отличающееся тем, что управляющий золотник выполнен в виде двух подпружиненных торцевых клапанов, один из которых со штоком поджат к седлу корпуса, а второй, приводимый штоком электромагнита, установлен с зазором относительно штока первого клапана и своего седла, а распределительный золотник, жестко связанный с поршнем, выполнен в виде двух торцевых клапанов, один из которых поджат к седлу корпуса, а второй установлен с зазором относительно своего седла, при этом полость корпуса места установки первого клапана со штоком управляющего золотника и полость места установки второго клапана распределительного золотника соединены с полостью подвода рабочего тела, соединенной с источником сжатого газа, полость корпуса места установки клапана управляющего золотника, приводимого штоком электромагнита, соединена с дренажной магистралью выброса газа, штоковая полость первого клапана со штоком управляющего золотника соединена с поршневой полостью распределительного золотника, которая соединена с одной из рабочих полостей исполнительного механизма, вторая рабочая полость которого соединена с межседельной полостью клапанов распределительного золотника, полость места установки поджатого клапана распределительного золотника соединена с дренажной магистралью, а полости утечек рабочего тела через уплотнения штока поршня и крышки цилиндра исполнительного механизма соединены с дренажной магистралью.