ГИДРОГЕНЕРАТОР Российский патент 2001 года по МПК F03B11/06 H02K5/16 

Изобретение относится к области гидроэнергетики и может быть использовано во всех гидроагрегатах гидравлических и гидроаккумулирующих электростанций (ГЭС и ГАЭС).

Известен гидрогенератор, содержащий ротор, масляную ванну подпятника, в котором для уменьшения выхода масляных паров из маслованны в окружающую среду на внутренней части крышки установлены контактные или лабиринтные кольцевые уплотнения между крышкой и вращающимся ротором (Александров А.Е. Подпятники гидроагрегатов. М., Энергия, 1975 г.).

Недостаток устройства заключается в том, что уплотнения не обладают абсолютной герметичностью и с течением времени подвергаются износу, в результате чего практически утрачивают свое назначение, что снижает надежность и долговечность всего устройства.

Известен гидрогенератор, содержащий статор и ротор с остовом в виде спиц, масляную ванну подпятника, имеющую корпус, крышку, втулку подпятника, насаженную на вал ротора, и уплотняющие камеры, размещенные по внутреннему и наружному диаметрам втулки, охладители, установленные в камерах, выполненные в виде кольцевых труб и предназначенные для конденсации масляных паров (Авторское свидетельство СССР N 875541, кл. H 02 K 5/12 1980 г.).

К недостаткам устройства относятся:
недостаточная надежность и долговечность, вызванная тем, что при контакте окружающего трубопроводы воздуха с холодными поверхностями на них конденсируется влага, содержащаяся в воздухе, которая неизбежно стекает в масляную ванну и смешивается с маслом. Наличие же воды в смазке вызывает такие нежелательные явления, как коррозия трущихся поверхностей и повреждение опор скольжения;
повышенная пожароопасность и загрязнение окружающей среды, вызванное тем, что пары масла могут относительно свободно выходить через зазор между вращающимся ротором и кольцевыми трубопроводами в окружающую среду, не успев сконцентрироваться на холодных поверхностях кольцевых трубопроводов, а поскольку кольцевые трубопроводы охлаждаются водой из водоема ГЭС, температура их поверхности, находящейся вблизи уплотнения, будет несколько выше, чем температура протекающей в них воды, которая не может быть ниже 0^oC. Обычно температура охлаждающей воды колеблется в интервале от +2 до +25^oC, а в южных широтах она может доходить до +(28 - 30)^oC. Таким образом, большую часть года, а в южных широтах круглогодично интенсивность конденсации масляных паров на поверхностях трубопроводов относительно мала. Следовательно, известная конструкция конденсаторов недостаточно эффективна, а значит, ненадежна;
кроме того, относительно большая громоздкость и металлоемкость таких охладителей, сложность их монтажа и демонтажа во время установки и ремонта значительно снижает ремонтопригодность и экономичность гидрогенератора.

Известен гидрогенератор, содержащий ротор с остовом в виде спиц, масляную ванну подпятника, имеющую корпус, опорные элементы, выгородку, крышку и размещенные на крышке конденсаторы масляных паров и разъемный кольцевой фильтр, а также установленные снаружи корпуса на кронштейнах и платформах центробежные маслоотделители, снабженные воздушными винтами, размещенными в диффузорах и воздухо-воздушные эжекторы, причем внутренняя полость масляной ванны трубопроводом через конденсатор и маслоотделитель соединена с окружающей средой, а открытый конец трубопровода размещен внутри эжектора (Авторское свидетельство СССР SU N 1767624 A1, кл. H 02 K 5/16 1989 г.).

К недостаткам устройства относятся:
недостаточная надежность и долговечность, вызванная тем, что конденсаторы охлаждаются водой, подаваемой к ним из верхнего бьефа. Температура воды в водоемах ГЭС обычно не опускается ниже (2 - 3)^oC, а летом она достигает +(20 - 25)^oC. Таким образом, большую часть года, а в южных широтах круглогодично интенсивность конденсации масляных паров на элементах конденсаторов относительно мала. Неосевшие пары масла вместе с воздухом будут попадать в центробежный маслоотделитель. Скорости потоков воздуха, циркулирующего в подпятниках гидроагрегатов, относительно малы и не позволяют раскрутить роторы центробежных маслоотделителей до частоты вращения, при которой все частицы паров масла, проходящие через них, будут отделены от идущего из маслованны к эжекторам воздуха и далее через эжекторы будут выброшены в окружающую среду. Это же обстоятельство, а именно недостаточная скорость движения циркулирующего в подпятниках воздуха, приводит к существенному снижению перепада давлений в эжекторах, а следовательно, к снижению их производительности;
кроме того, известное устройство практически не может быть использовано в подвесных гидроагрегатах, где маслованна расположена над спицами ротора непосредственно в машинном зале ГЭС.

Наличие указанных недостатков приводит к тому, что в известном устройстве имеет место загрязнение окружающей среды парами масла, расход масла из маслованны и повышенная пожароопасность от осевших на статорах и оборудовании паров масла.

Кроме того, известное устройство относительно громоздко и металлоемко, а также усложняет монтаж и демонтаж во время установки и ремонта, снижает ремонтопригодность и экономичность гидроагрегата.

Поставлена задача - повысить надежность и долговечность, снизить пожароопасность, уменьшить загрязнение окружающей среды, а также повысить ремонтопригодность и экономичность.

Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом гидрогенераторе, содержащем ротор с остовом в виде спиц, масляную ванну подпятника, имеющую корпус, опорные элементы, выгородки, крышку и размещенные на крышке конденсаторы масляных паров, разъемный кольцевой фильтр, новым является то, что за пределами маслованны установлены фильтр-отстойник и водяной эжектор, соединяющийся трубопроводами через обратный клапан, герметичный вентиль, фильтр-отстойник, герметичный вентиль и конденсатор с воздушной полостью маслованны, а внутри конденсаторов установлены абсорбционные холодильные камеры, питающиеся переменным током напряжением менее 36 вольт, и под элементами конденсатора установлен маслосборник, имеющий форму усеченного конуса, сужающаяся часть которого обращена внутрь маслованны.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображен общий вид гидрогенератора в вертикальном радиальном сечении. Гидрогенератор содержит ротор 1, расположенный в масляной ванне, содержащей днище 2, корпус 3, опорные элементы 4, охладители 5, выгородку 6 и крышку 7. В крышке 7 выполнены сквозные отверстия, равномерно расположенные по окружности, над которыми с внешней стороны крышки герметично установлены конденсаторы 8 масляных паров, в районе уплотнения установлен разъемный кольцевой фильтр 9.

За пределами маслованны установлены фильтр-отстойник 10 и водяной эжектор 11, соединяющийся трубопроводами 12 через обратный клапан 13, герметичный вентиль 14, фильтр-отстойник 10, герметичный вентиль 15, трубопровод 16 и конденсатор 8 с воздушной полостью маслованны. Причем водяной эжектор расположен в плоскости, находящейся выше максимального уровня воды в нижнем бьефе.

Внутри конденсаторов 8 установлены холодильные камеры, питающиеся переменным током напряжением менее 36 вольт. В корпусе конденсатора под элементами конденсатора установлен маслосборник, имеющий форму усеченного конуса, сужающаяся часть которого обращена внутрь маслованны. В нижней части фильтра-отстойника установлен трубопровод слива 17 и герметичный вентиль 18. За пределами маслованны установлены трубопровод 19 и герметичный вентиль 20, соединяющиеся с водяным эжектором 11 со стороны подвода воды в эжектор 11 и трубопровод 21 с герметичным вентилем 22, также соединяющийся с водяным эжектором 11 со стороны выхода воды из эжектора 11.

Гидрогенератор работает следующим образом. При вращении ротора 1 пары масла, находящиеся в масляной ванне, под действием центробежных сил отбрасываются на периферию к стенке 3 масляной ванны, как показано стрелками "а". На входе в конденсатор 8 за счет разрежения на свободном конце трубопровода 16, соединяющегося с эжектором 11 через фильтр-отстойник 10, герметичный вентиль 14, обратный клапан 13 и трубопровод 12, создается пониженное давление, благодаря чему пары из маслованны устремляются в конденсатор 8, как показано стрелками "б". Пары масла, попавшие в конденсатор, при движении по нему контактируют с холодными его элементами, конденсируются на них и, накапливаясь в избытке, стекают под действием собственной массы по стенкам элементов конденсатора вниз, в конический маслосборник, т.е. обратно в масляную ванну, как показано стрелками "в". В связи с тем, что на периферии масляной ванны создается пониженное, по сравнению с атмосферным, давление, воздух из окружающей среды через фильтр 9 и зазоры в уплотнении затягивается в масляную ванну, как показано стрелками "г".

Воздух с парами масла, прошедший через конденсатор 8, практически очищается от паров масла и далее по трубопроводу 16 поступает через герметичный вентиль 15 и фильтр-отстойник 10 и далее через герметичный вентиль 14, обратный клапан 13 и трубопровод 12 в водяной эжектор 11. Крайне незначительная часть паров масла, которые могут пройти через конденсатор 8, адсорбируются элементами фильтра-отстойника 10. Таким образом, в эжектор 11 засасывается воздух из маслованны при его глубокой очистке от масляных паров, а в нижний водоем из эжектора 11 сливается вода с воздухом, не содержащим примесей масла.

Вода для работы водяного эжектора 11 подается к нему из верхнего бьефа через трубопровод 19 и герметичный вентиль 20, а выходит вместе с откачиваемым из маслованны воздухом через трубопровод 21, герметичный вентиль 22 и далее сливается в нижний бьеф.

Создающееся в результате работы водяного эжектора 11 разрежение в маслованне обеспечивает подсос воздуха в маслованну из среды, окружающей маслованну через разъемный кольцевой фильтр 9 и зазор в уплотнении и между ротором 1 и крышкой 7 маслованны.

Благодаря такому движению (циркуляции) воздуха исключен выход паров масла из маслованны в окружающую среду через зазор в уплотнении между ротором 1 и крышкой 7 маслованны, а глубокая очистка воздуха, отсасываемого из маслованны, от паров масла: в конденсаторе 8 и фильтре-отстойнике 10, - обеспечивает надежную защиту окружающей среды от попадания в нее паров масла и исключает пожароопасность и расход самого масла.

Возврат отсасываемых с воздухом масляных паров обратно в маслованну за счет их концентрации в конденсаторах 8 и дальнейшего стекания по коническому маслосборнику в ванну практически исключает расход масла, имеющий место при его испарении и выходе в окружающую среду при традиционно применяющихся конструкциях уплотнений, в том числе и конструкциях рассмотренных аналогов уплотнений.

Таким образом, предлагаемый гидрогенератор, по сравнению с прототипом, позволит повысить надежность и долговечность, уменьшить загрязнение окружающей среды, пожароопасность, повысить ремонтопригодность и экономичность.

Такая конструкция исключает выход паров масла в окружающую среду через уплотнение между ротором 1 и крышкой 7 маслованны 3, обеспечивает надежную защиту окружающей среды от попадания в нее паров масла, повышает пожаробезопасность.

Гидрогенератор предназначен для использования в гидроэнергетике, в гидроагрегатах электростанций. Гидрогенератор содержит ротор с остовом в виде спиц, масляную ванну подпятника, имеющую корпус, опорные элементы, выгородку, крышку и размещенные на крышке конденсаторы масляных паров и разъемный кольцевой фильтр. За пределами маслованны установлены фильтр-отстойник и водяной эжектор, соединенные между собой и через конденсатор с воздушной полостью маслованны. Внутри конденсаторов установлены абсорбционные холодильные камеры. В корпусе конденсатора установлен маслосборник, имеющий форму усеченного конуса, сужающаяся часть которого обращена внутрь маслованны. Конструкция гидрогенератора позволяет повысить надежность эксплуатации и уменьшить загрязнение окружающей среды. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Гидрогенератор, содержащий ротор с остовом в виде спиц, масляную ванну подпятника, имеющую корпус, опорные элементы, выгородку, крышку и размещенные на крышке конденсаторы масляных паров и разъемный кольцевой фильтр, отличающийся тем, что за пределами маслованны установлены фильтр-отстойник и водяной эжектор, соединенные между собой и через конденсатор с воздушной полостью маслованны, а внутри конденсаторов установлены абсорбционные холодильные камеры, причем в корпусе конденсатора под элементами конденсатора установлен маслосборник, имеющий форму усеченного конуса, сужающаяся часть которого обращена внутрь маслованны. 2. Гидрогенератор по п.1, отличающийся тем, что в трубопроводе, соединяющем эжектор с фильтром-отстойником, установлен обратный клапан и герметичный вентиль. 3. Гидрогенератор по п.1, отличающийся тем, что водяной эжектор расположен в плоскости, находящейся выше максимального уровня воды в нижнем бьефе.