ГИДРОАГРЕГАТ Российский патент 1994 года по МПК F03B3/00 

Изобретение относится к гидромашиностроению, в частности к гидроагрегатам гидроэлектростанций, например, приливных (ПЭС).

Целью изобретения является упрощение конструкции, уменьшение габаритов и массы гидроагрегата, а также повышение надежности и долговечности уплотнения.

На фиг. 1 изображен гидроагрегат, продольный разрез; на фиг. 2 - узел уплотнительных манжет.

На неподвижной оси 1 закреплены радиально-упорные подшипники качения 2, защищенные от соприкосновения с водой уплотнениями 3 манжетного типа. На одной паре подшипников установлена ступица рабочего колеса 4, а на другой паре - ступица дополнительного рабочего колеса 5. Оба колеса имеют лопасти, выполненные с взаимно-противоположными направлениями вращения.

К вершинам лопастей рабочих колес 4 и 5 прикреплены соответственно ободы 6 и 7.

В ободе 7 размещена обмотка ротора 8, которая электрически взаимодействует с обмоткой статора 9, размещенной в ободе 6.

Неподвижная ось 1 установлена на радиальных опорах 10 и прижата крышками 11.

Со стороны свободных торцов ободов 6 и 7 установлены неподвижные кольца 12. Зазоры 13 между торцами ободов и кольцами 12 уплотнены основными манжетами 14 и вспомогательными манжетами 15, установленными в кольцевых расточках 16 колец 12.

Уплотнение обеспечивается взаимодействием торцов манжет с торцами ободов 6 и 7.

Торцевые рабочие поверхности манжет 14 и 15 снабжены несколькими кольцевыми концентричными обнижениями 17. Такая конфигурация рабочего торца манжет является дополнительным уплотнением. Поверхность торца обода 6 и 7 в районе действия манжет 14 и 15 покрыта фторопластовой накладкой 18. Усилие прижатия манжет к трущимся поверхностям ободов обеспечивается упругостью манжет прямоугольного сечения, устанавливаемых с продольным сжатием. Аналогично уплотнен зазор между ободами 6 и 7 с помощью манжет 19 и 20.

Между манжетами 14 и 15 в теле колец 12 выполнены сквозные дренажные каналы 21, через которые объем зазора между манжетами заполняется консистентной смазкой.

В углах неподвижных колец 12 установлены равномерно расположенные по окружности сопла 22, сообщенные через канал 23 с трубопроводом водяного насоса (не показан).

Контактные кольца 24 соединены с концами обмотки статора 9, а контактные кольца 25 - с концами обмотки ротора 8.

Токосъемные щетки, взаимодействующие с контактными кольцами, закреплены на внутренней поверхности крышки 26, а токонесущие провода 27 выведены наружу.

Неподвижные кольца 12 снабжены приваренными к ним патрубками 28 с фланцами, образующими фланцевое соединение 29 с трубопроводом 30 проточной части гидроагрегата. Опоры 10 закреплены на внутренней поверхности патрубков 28.

Крышка 26 закреплена на неподвижных кольцах 12, образуя единый сборочный узел.

Устройство работает следующим образом.

Обмотка статора 9 вращается относительно обмотки ротора 8 в противоположном направлении с относительной скоростью в 2 раза большей, чем в случае неподвижной обмотки статора. Индуцируемый ток снимается контактными щетками с контактных колец 24, а ток возбуждения передается щетками через контактные кольца 25.

Защита полости, где расположены контактные кольца и щетки, от соприкосновения с водой проточного тракта обеспечивается манжетами 14, 15 и 19, 20. Надежность этих уплотнений обеспечивается:
а) наличием узких кольцевых концентричных обнижений 17, благодаря чему повышается контактное давление на уплотняемую поверхность и создается эффект дополнительного лабиринтного уплотнения;
б) фторопластовой накладкой 18, которая, благодаря низкому коэффициенту трения, повышает долговечность манжет.

Однако, после длительной эксплуатации возможны случаи нарушения уплотнения (в результате износа) и протечки, которые будут удержаны вспомогательными манжетами 20 и 15. Эти протечки поступят на слив через дренажный канал 21.

Для того, чтобы при отсутствии протечек вспомогательные манжеты 15 и 20 не работали всухую и не сгорели бы, полость между манжетами 14 и 15, 19 и 2 заполняется консистентной смазкой, которая подается через канал 21, и далее по каналам в теле ободов (не показаны). Со стороны проточного тракта перед уплотнительными манжетами установлены сопла 22, из которых под давлением, создаваемым специальным насосом, подается вода и защищает манжеты 14 от механических примесей (мелкий песок, ил и пр. ), находящихся в виде проточного тракта.

Изобретение обеспечивает следующие преимущества перед известными объектами аналогичного назначения.

1) так как диаметры двух рабочих колес почти вдвое меньше диаметра одного рабочего колеса равной мощности, то возможен существенный выигрыш в габаритах гидроагрегата, его стоимости и гидроэлектростанции в целом;
2) так как направления вращения обоих колес различные, то относительная скорость пересечения магнитных силовых линий статора и ротора вдвое больше, чем при неподвижном статоре, и поэтому размеры и массы обмоток могут быть значительно уменьшены, что снизит маховые моменты вращающихся ободов, которые могут быть выполнены из легких, высокопрочных материалов без специальных опор;
3) упрощается технология изготовления уплотнительных манжет, снижается их стоимость, увеличивается надежность и долговечность уплотнений;
4) упрощается монтаж и демонтаж гидроагрегата, так как агрегат собирается, регулируется и проверяется в заводских условиях, доставляется на место сборки как единый узел, который прикрепляется на месте к трубопроводу проточного тракта гидротурбин. (56) СН N 606801, кл. F 03 B 13/10, опубл. 1978.

Изобретение относится к гидромашиностроению. Сущность: подшипники 2 закреплены на неподвижной оси 1. Уплотнение 3 выполнено в виде манжет /М/ 14, 15. К вершинам лопастей рабочих колес 4 и 5 прикреплены ободы /О/ 6 и 7. . Обмотка 8 размещена в О 7, а обмотка 9 - в О 6. Ось 1 установлена на опорах 10 и прижата крышками 11. Уплотнения 3 установлены в зазорах 13 между торцами ободов 6, 7 и колец 12. Обнижения 17 расположены между кольцами 16. Накладки 18 размещены на торцах О 6 и 7. Зазор между О 6 и 7 уплотнен при помощи М 19 и 20. Дренажные каналы 21 выполнены между М 14 и 15. Сопла 22 сообщены через канал 23 с водяным насосом. Контактные кольца 24 и 25 соединены с концами О 9 и О 8. Токонесущие провода 27 выведены наружу крышки 26. Патрубки 28 образуют фланцевое соединение с трубопроводом 30. Такое выполнение гидроагрегата позволит упростить его конструкцию, снизить габариты и массу. 5 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. ГИДРОАГРЕГАТ, содержащий установленную в проточном тракте гидротурбину с горизонтальной осью вращения, на вершинах лопастей рабочего колеса которой закреплен обод с обмоткой ротора, электрически взаимодействующий с обмоткой статора, внешние токонесущие элементы, подшипники для установки рабочего колеса и уплотнения, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным рабочим колесом с лопастями, выполненными с направлением вращения, противоположным направлению вращения лопастей основного рабочего колеса, и общей неподвижной осью для закрепления подшипников, при этом каждое рабочее колесо установлено на радиально-упорных подшипниках качения, установленных на общей неподвижной оси, кроме того, на вершинах лопастей дополнительного колеса закреплен обод, в котором размещена обмотка статора, охватывающая по окружности с гарантированным зазором обмотку ротора в ободе основного колеса, а все обмотки электрически соединены с внешними токонесущими элементами при помощи контактных колец и токосъемников. 2. Гидроагрегат по п. 1, отличающийся тем, что неподвижная ось снабжена радиальными опорами, прикрепленными к неподвижным элементам проточного тракта, а гидроагрегат снабжен кольцами, установленными с зазором у внешних торцов ободов, закрепленными на неподвижных элементах проточного тракта и снабженными общей крышкой и отфланцованными патрубками, а в зазорах между ободами и кольцами размещены уплотнения. 3. Гидроагрегат по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что кольца снабжены кольцевыми расточками, уплотнения выполнены в виде манжет прямоугольного сечения из упругого материала, установлены с предварительным продольным сжатием в кольцевых расточках для взаимодействия со смежными торцами ободов, при этом торцевые и рабочие поверхности манжет снабжены несколькими кольцевыми концентричными обнижениями, а обода - фторопластовыми накладками, закрепленными на их участках трения. 4. Гидроагрегат по пп. 1 и 3, отличающийся тем, что упругие манжеты выполнены из резины. 5. Гидроагрегат по пп. 1, 3, 4, отличающийся тем, что кольца снабжены соплами для подачи воды под давлением, превышающим давление воды в проточном тракте, установленными равномерно по окружности перед уплотнениями со стороны проточного тракта.