ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР Российский патент 2000 года по МПК F03B11/06 

Изобретение относится к вертикальному гидрогенератору, содержащему вал, установленный в опорной крестовине ротора, причем вал имеет вращающееся кольцо для радиального подшипника и сегменты радиального подшипника, которые опираются через элементы регулирования на несущее кольцо, жестко соединенное с опорной крестовиной ротора.

Гидрогенератор с вертикальной осью такого типа известен, например, из EP-O 586861.

Электрические машины с вертикальным валом и высокой производительностью всегда оборудуются подшипниками с сегментами-вкладышами. При большом диаметре машины подшипник опирается на опорную крестовину ротора. Сегменты радиального подшипника опираются в известной машине через регулировочные шпиндели на замкнутое кольцо радиального подшипника, которое, в свою очередь, закреплено на несущем кольце опорной крестовины ротора. Так как эти регулировочные шпиндели должны иметь доступ снизу, нельзя произвольно уменьшать конструктивную высоту машины. Расстояние радиального подшипника до центра ротора, которое, кроме всего прочего, определяет число оборотов машины, тоже ограничено в нижнем направлении.

В основу изобретения положена задача создать гидрогенератор с вертикальной осью, сегменты радиального подшипника которого могут устанавливаться по отдельности и позволяют при оптимальном доступе к регулировочным элементам снизу иметь небольшую конструктивную высоту.

Эта задача решается, согласно изобретению, за счет того, что регулировочные элементы выполнены в виде проходящего радиально коромысла, причем последнее взаимодействует, с одной стороны, с упомянутым несущим кольцом, а с другой стороны, с сегментом радиального подшипника, и что свободное плечо рычага посредством регулировочного средства входит в опорную крестовину ротора.

Коромысла могут действовать как одно- или двуплечие рычаги, причем соответствующее более короткое плечо рычага проходит радиально внутри и входит между упомянутым несущим кольцом и сегментом радиального подшипника.

Таким образом, регулирование сегментов осуществляется радиально наружу, а именно в области, являющейся легко доступной. По сравнению с обычными решениями, отпадает трудоемкая обработка поверхностей на несущих плечах, на которые опираются регулировочные шпиндели.

Коромысла занимают мало места в осевом направлении. Их потребность в площади в этом направлении сопоставима с конструкциями известных упругих несущих сегментов с тарельчатыми пружинами или пружинной подложкой. В зависимости от геометрии коромысел, например, поперечного сечения и/или длины более длинного плеча рычага, они являются упругими в поперечном направлении относительно своего продольного направления. За счет этого опора сегментов радиального подшипника является пружиняще прогибаемой. Предварительный расчет прогиба коромысла (балка, работающая на изгиб) под нагрузкой можно сделать очень точно. Его легко замерить во время сборки. И во время работы очень легко осуществлять контроль за прогибом "балки", например, с помощью известных емкостных датчиков расстояния.

Ниже, с помощью чертежей, более подробно поясняются примеры выполнения изобретения и создаваемые или дополнительные преимущества.

На чертеже схематически показан пример выполнения изобретения, а именно:
фиг. 1 - часть продольного сечения гидрогенератора с вертикальной осью, вал которого выполнен за одно целое с несущей головкой и имеет индивидуально регулируемые сегменты радиального подшипника, опирающиеся с помощью двуплечего рычага;
фиг. 1а - гидрогенератор, сопоставимый с изображенным на фиг. 1 в продольном сечении, с отдельной несущей головкой;
фиг. 2 - поперечное сечение машины по фиг. 1 вдоль линии AA;
фиг. 2a - деталь X по фиг. 2;
фиг. 3 - увеличенный вид сбоку на коромысло;
фиг. 4 - альтернативная форма выполнения опоры-сегмента радиального подшипника с одноплечим рычагом.

На фиг. 1 или фиг. 1a чертежа вал 1 гидрогенератора с вертикальной осью выполнен за одно целое с несущей головкой 2, или несущая головка 2' с валом 1 выполнены в виде двух элементов, причем вал 1 установлен в опорном кольце 1a. Несущая головка 2 имеет на периферии рабочую поверхность 3 направляющего подшипника, а с торцевой стороны - рабочую поверхность 4 (радиального) опорного подшипника. Сегмент 5 направляющего подшипника опирается по внутреннему периметру опорной крестовины ротора, у которой на фиг. 1 показано только нижнее кольцо 6, натяжное кольцо, и верхнее кольцо 7, нажимное кольцо, а также радиальное ребро 8, соединяющее оба кольца 6 и 7.

Ребра 8 имеют на конце, расположенном радиально и обращенном внутрь, выемку. Несущее кольцо 9 кругом сварено с выступающим концом 8a всех ребер 8 и нижним концом 6 опорной крестовины ротора. По радиально расположенной кромке выступающих концов 8a ребер 8 проходит кольцо жесткости 10, приваренное к ним.

Каждый сегмент 12 радиального подшипника расположен на сегментном диске 13. Для перестановки по высоте сегментов 12 радиального подшипника предусмотрены коромысла 14. Как показано на фиг. 3, являющейся увеличенной по сравнению с фиг. 1, коромысла выполнены в виде двуплечих рычагов. Они не имеют точки поворота, в собственном смысле этого cлова. Их "точка поворота" образована выступом 15 материала в виде участка цилиндрической формы на нижней стороне коромысла 14, который прилегает к верхней торцевой поверхности несущего кольца 9. На верхней стороне, на внутреннем радиально расположенном конце коромысла 14, предусмотрен полусферический выступ 16, который прилегает к нижней стороне сегментного диска 13.

На наружном радиально расположенном конце коромысла 14 имеется горизонтальное отверстие, в которое входит палец 17 с резьбовым отверстием, проходящим поперечно к продольной оси пальца. В него ввинчен резьбовой шток 18, который проходит через резьбовую втулку 19 на верхнем кольце 7 опорной крестовины ротора. Верхний конец резьбового штока 18 имеет четырехгранник 20. Контргайка 21 служит предохранительной гайкой. После отвинчивания контргайки 21 путем левого или правого поворота резьбового штока 18 коромысло 14 поднимается или опускается и, тем самым, соответствующий сегментный диск 13 и соответствующий сегмент 12 радиального подшипника больше или меньше прижимается к рабочей поверхности 4 радиального подшипника. Путем замера прогиба коромысла 14 можно точно определить нагрузку на каждый сегмент и отрегулировать. При этом соотношение плечей рычага hi/ha может выбираться в широких пределах, причем длина наружного, более длинного плеча ha рычага и его поперечное сечение определяют также упругость опоры несущего сегмента.

Расстояние d между нижней стороной коромысла 14 и радиально проходящей кромкой выступающего конца 8a ребер 8 служит в качестве легко определяемого номинального размера при сборке машины. Он может быть легко контролируемым и во время работы, например, известным самим по себе путем, с помощью емкостного измерения расстояния.

Согласно фиг. 2a, для бокового направления коромысла 14, на верхней торцевой стороне несущего кольца 9 имеются парные кулачки 22 или кольцевые сегменты 22a (на фиг. 2 показаны штриховой линией). Эти кулачки 22 или кольцевые сегменты 22a предотвращают смещение коромысла 14 в окружном направлении под действием крутящего момента. В радиальном направлении коромысла 14 зафиксированы посредством попарно расположенных, горизонтально проходящих пальцев 23 в коромыслах 14.

Радиальные и направляющие подшипники известным образом закрыты снизу от вала 1 и закрыты от опорной крестовины ротора. Так, уплотнение снизу происходит (из соображений удобства сборки) за счет состоящего из двух или нескольких частей уплотнительного кольца 24, которое свинчивается радиально снаружи с нижним кольцом 6. Радиально внутри, на уплотнительном кольце 24 закреплен нижний конец трубы 25, охватывающей вал. Эта труба 25 заканчивается в глубокой проточке 26 головки 2, по которой труба 25 проходит в осевом направлении выше рабочей поверхности 3 направляющего подшипника.

Уплотнение относительно опорной крестовины ротора осуществляется посредством не обозначенной на фиг. 1 перегородки, которая приварена к обоим кольцам 6 и 7 и ребрам 8 и имеет монтажное отверстие, обычно закрытое монтажной крышкой, которое на фиг. 1 также отсутствует.

Не выходя за рамки изобретения, предлагается несколько форм выполнения предмета изобретения, которые ниже изложены лишь схематически.

Вместо коромысла 14, действующего как двуплечий рычаг, можно согласно фиг. 4 применить и коромысло 14', действующее как одноплечий рычаг, что, однако, уменьшает пространство между валом 1 и несущим кольцом 9, так называемую насосную камеру 27.

Как следует из фиг. 2, коромысла лежат каждое в направлении радиальных ребер 8. Но они могут быть расположены каждое между двумя соседними радиальными ребрами 8. Также может быть предусмотрено на каждый сегмент радиального подшипника одно или несколько коромысел 14 и 14'.

Коромысла 14, сами по себе, могут быть выполнены целиковыми (сплошными). Но предпочтительным является собрать их из отдельных листов одинаковой толщины (см. фиг. 2a), которые вырезают на лазерной машине и сваривают или склеивают друг с другом.

Генератор может быть использован в гидроэнергетике. В вертикальном гидрогенераторе вал установлен в опорной крестовине ротора. Он имеет вращающееся кольцо для радиального подшипника. Сегменты радиального подшипника опираются через регулировочные элементы на несущее кольцо, жестко соединенное с опорной крестовиной ротора. Для упрощения конструкции и улучшения доступа к регулировочным элементам они выполнены в виде коромысел. Коромысла выполнены в виде одно- и двуплечего рычага и являются упругими в направлении длины рычага. Такое выполнение позволяет при оптимальном доступе к регулировочным элементам снизу иметь небольшую конструктивную высоту. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Вертикальный гидрогенератор, содержащий вал, установленный на опорной крестовине, имеющий встроенную в него несущую головку (2) или отдельную несущую головку (2') с вращающимся кольцом для радиального подшипника и сегменты (12) радиального подшипника, которые опираются через регулировочные элементы на несущее кольцо (9), жестко соединенное с опорной крестовиной ротора (7, 8), отличающийся тем, что регулировочные элементы выполнены в виде радиально проходящих коромысел (14, 14'), которые взаимодействуют, с одной стороны, с упомянутым несущим кольцом (9), а с другой стороны, с сегментом (12) радиального подшипника, и что свободное плечо (14а) коромысла (14) взаимодействует через регулировочное средство (18, 19, 20) с опорной крестовиной ротора (7). 2. Гидрогенератор по п.1, отличающийся тем, что коромысло (14) образовано двуплечим рычагом (14а, 14i), причем точка поворота рычага лежит на упомянутом несущем кольце, одно из плечей, более короткое, плечо (14i) лежит радиально внутри и взаимодействует с сегментом (12) радиального подшипника, а другое, более длинное, плечо (14а) рычага взаимодействует через регулировочное средство (18, 19, 20) с опорной крестовиной ротора (7). 3. Гидрогенератор по п.1, отличающийся тем, что коромысло (14) образовано одноплечим рычагом, причем точка поворота рычага лежит на упомянутом несущем кольце, одно из плеч, более короткое, плечо (14i) рычага лежит радиально внутри и взаимодействует с сегментом (12) радиального подшипника, а другое, более длинное, плечо (14а) рычага взаимодействует через регулировочное средство (18, 19, 20) с опорной крестовиной ротора (7). 4. Гидрогенератор по п.2 или 3, отличающийся тем, что он имеет средства (22, 23) для фиксирования коромысла (14) в радиальном и/или окружном направлении. 5. Гидрогенератор по п. 2 или 3, отличающийся тем, что коромысла (14) выполнены из одинаковых листовых элементов.