ГИДРОГЕНЕРАТОР ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ Российский патент 2001 года по МПК H02K5/16 H02K5/00 

Изобретение относится к области гидроэнергетики и может быть использовано во всех горизонтальных гидроагрегатах ГЭС.

Известен гидрогенератор, содержащий горизонтально расположенный ротор с упорным диском, корпус упорного подшипника, упорные элементы, расположенные с обеих сторон упорного диска с равным шагом по окружности, и радиальные опорные подшипники, AC N 406271.

Недостаток устройства заключается в том, что при отсутствии тормозных цилиндров выбег и остановка гидроагрегата после его отключения от сети осуществляется в основном за счет сопротивления вращению лопастей турбины и трения в подшипниках скольжения. При этом неизбежно возникает момент, когда частота оборотов ротора, уменьшаясь, становится такой малой, что линейная скорость скольжения в подшипниках скольжения не обеспечивает режим чистого жидкостного трения и поверхность трения шеек вала начинает скользить по поверхности трения радиально-опорных и упорных подшипников скольжения при граничном трении. При этом происходит интенсивное изнашивание поверхностей трения подшипников скольжения, приводящее к их быстрому повреждению и выходу из строя.

Кроме того, гидроагрегаты, оснащенные эластичными металлопластмассовыми (ЭМП) подшипниками скольжения, в связи с малым коэффициентом трения имеют весьма продолжительное время выбега и вовсе не останавливаются вследствие протечек воды через направляющий аппарат. При этом подшипники подвергаются длительному интенсивному износу.

Причем даже при использовании электрического торможения после остановки агрегата и отключении электротормоза вследствие протечек воды в направляющем аппарате ротор вновь приводится во вращение с малой частотой оборотов и при этом подшипники подвергаются износу.

Таким образом, для исключения вращения ротора и износа подшипников необходима либо непрерывная работа электротормоза, что маловероятно и недопустимо, либо применение механического тормозного аппарата, что и предусмотрено в предлагаемом гидрогенераторе.

Поставлена задача - повысить долговечность и надежность агрегата, радиальных и осевых подшипников, уменьшить их износ в период выбега (остановки) ротора и исключить вращение ротора за счет протечек воды в направляющем аппарате.

Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом генераторе, содержащем горизонтально расположенный ротор с упорным диском, корпус упорного подшипника, опорные элементы - сегменты, расположенные с обеих сторон упорного диска с равным шагом по окружности, согласно изобретению в корпусе упорного подшипника со стороны, противоположной направлению действующей гидравлической нагрузки, установлены расположенные в осевом направлении тормозные гидроцилиндры с фрикционными колодками с равным шагом по окружности, плунжеры тормозных гидроцилиндров выполнены фасонными двух разных диаметров, а под фрикционными тормозными колодками установлены упругие демпфирующие элементы, на свободных торцах гидроцилиндров установлены демпфирующие элементы и электроконтактное реле, на внешней торцевой части корпуса упорного осевого подшипника установлены два концентрично расположенных кольцевых коллектора, сообщающихся с двухпозиционным краном и соответственно с полостями прямого и обратного хода тормозных гидроцилиндров и с электроконтактными манометрами, которые соединены с блоком контакторов включения и выключения электродвигателя, приводящего в движение маслонасос, соединяющийся через трубопровод и маслокран с полостью маслобака и через обратный клапан с двухпозиционным краном, который соединен сливным трубопроводом со сливной полостью маслобака.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где 1 изображен общий вид гидрогенератора.

Гидрогенератор содержит ротор 1 с упорным диском 2, расположенным в корпусе 3 упорного подшипника, упорные элементы - сегменты 4, расположенные с обеих сторон упорного диска 2 с равным шагом по окружности, опорные радиальные подшипники 5.

На внутренней части корпуса со стороны, противоположной направлению действующей нагрузки P, установлены расположенные в осевом направлении тормозные гидроцилиндры 6 с фрикционными колодками 7 с равным шагом по окружности, плунжеры 8 гидроцилиндров 6 выполнены фасонными двух разных диаметров, фрикционные тормозные колодки 7 с расположенными под ними демпфирующими элементами 9 установлены в корпусе 10, на свободных торцах гидроцилиндров 6 установлены кольцевые демпфирующие элементы 11 и электроконтактное реле 12.

На внешней торцевой части корпуса 3 упорного подшипника установлены два концентрично расположенных кольцевых коллектора 13 и 14, сообщающихся с двухпозиционным краном 15 и соответственно с полостями прямого "А" и обратного "Б" хода плунжеров 8 тормозных гидроцилиндров 6 и с электроконтактными манометрами 16 и 17, которые соединены с блоком контакторов 18 включения и выключения электродвигателя 19, приводящего в движение маслонасос 20, соединяющийся через трубопровод 21 и маслокран 22 с полостью маслобака 23 и через обратный клапан 24 с двухпозиционным краном 15, который соединен сливным трубопроводом 25 со сливной полостью маслобака 23.

Гидрогенератор работает следующим образом. После отключения агрегата от сети и перекрытия направляющего аппарата ротор 1 начинает изменять частоту вращения за счет гидравлического сопротивления вращающихся в воде лопастей, а также за счет потерь мощности на трение в подшипниках скольжения 4 и 5. При достижении весьма малой частоты вращения ротора 1 скорость скольжения в подшипниках скольжения 4 и 5 станет настолько малой, что жидкостное гидродинамическое трение исчезнет и поверхности трения шеек вала 1 и упорного диска 2 начнут касаться поверхностей трения подшипников 4 и 5, в результате чего возникает режим полужидкостного граничного трения.

При этом рабочая поверхность трения подшипников 4 и 5 подвергается интенсивному износу.

В связи с тем, что коэффициент трения в эластичных металлопластмассовых (ЭМП) подшипниках скольжения 4 и 5 весьма мал, даже незначительных протечек воды через направляющий аппарат достаточно, чтобы привести ротор 1 во вращение с малой скоростью. В этом случае ротор 1 практически не останавливается и подшипники 4 и 5 длительное время подвергаются интенсивному износу, в результате чего со временем выходят из строя и становятся неработоспособными в режиме гидродинамического трения.

Кроме того, безостановочное вращение ротора 1 крайне нежелательно и даже недопустимо при выполнении ремонтных работ на агрегате.

С целью устранения указанных нежелательных явлений производят полную остановку ротора 1 путем включения тормозного аппарата. При включении в работу маслонасоса 20 при положении двухпозиционного крана 15 в позиции I масло под давлением подается в коллектор 13 и из него в полости "А" (прямого хода плунжера 8 всех гидроцилиндров).

Под действием давления плунжеры 8 перемещаются и прижимают тормозные колодки 7 к торцевой ненагруженной поверхности упорного диска 2.

Масло из полости "Б" (обратного хода) выдавливается в коллектор 14 и далее через двухпозиционный кран 15 по трубопроводу 25 сливается в маслобак 23.

В результате возникающего трения между тормозными колодками 7 и торцевой поверхностью упорного диска 2 ротор 1 останавливается и остается неподвижным даже при наличии протечек в направляющем аппарате. Возникающие в момент соприкосновения тормозных колодок 7 с упорным диском 2 динамические нагрузки гасятся с помощью демпфирующих элементов 9.

Прижатие тормозных колодок 7 к диску 2 остается практически постоянным весьма продолжительное время в результате действия обратного клапана 24. обеспечивающего постоянство давления в системах прямого хода плунжеров после отключения электродвигателя 19.

В случае снижения давления в рабочей полости гидроцилиндра по причине протечек масла через уплотнения срабатывает электроконтактный манометр 17, включает электродвигатель 19 и за счет работы маслонасоса 20 давление в рабочей полости "А" гидроцилиндра возрастает до требуемой величины, после чего вновь срабатывает электроконтактный манометр 17 и двигатель 19 отключается.

Таким образом, ротор 1 гидрогенератора остается неподвижным сколь угодно долгое время.

При необходимости ввода гидрогенератора в работу отключают электроконтактный манометр 17 коллектора 13 прямого хода, двухпозиционный кран 15 устанавливают в положение II, включают электродвигатель 19 и маслонасос 20. При этом положении двухпозиционного крана масло под давлением подается в кольцевой коллектор 14 обратного хода, а из него в полости "Б" (обратного хода всех тормозных гидроцилиндров 6).

Плунжеры 8 под давлением масла перемещаются и отодвигают тормозные колодки 7 от торцевой поверхности упорного диска 2.

Масло, находящееся в полости "А" (прямого хода), выдавливается в кольцевой коллектор 13 и далее через двухпозиционный кран 15 по трубопроводу в маслобак 23, как показано пунктиром.

Возникающие в момент соприкосновения корпуса тормозных колодок 10 со свободным торцем гидроцилиндров 6 динамические нагрузки гасятся с помощью кольцевых демпфирующих элементов 11. Давление в полости Б (обратного хода) также остается длительное время постоянным благодаря действию обратного клапана 24 и срабатыванию электроконтактного манометра 16 в случае падения давления масла в полости "Б" - обратного хода вследствие его протечки через уплотнения.

Контроль давления и защита от перегрузок в системах прямого и обратного хода осуществлены с помощью электроконтактных манометров 16 и 17.

При достижении предельно допустимого давления от манометров 16 и 17 подается сигнал к блоку контакторов 18, выключающему электродвигатель 17. После остановки элетродвигателя и получения сигналов с контактных реле 12 о полном отводе тормозных колодок 7 от упорного диска 2 открывают направляющий аппарат и выводят гидрогенератор на режим холостого хода с последующим включением в сеть.

Таким образом, предлагаемый гидрогенератор по сравнению с прототипом позволит повысить надежность и долговечность, а также обеспечить необходимую безопасность и возможность проведения ремонтных работ при неподвижном заторможенном роторе.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в гидроэнергетике при создании горизонтальных гидроагрегатов. Гидрогенератор горизонтальный капсульный содержит горизонтально расположенный ротор 1 с упорным диском 2, корпус упорного подшипника 3, упорные элементы - сегменты 4, расположенные с обеих сторон упорного диска 2 с равным шагом по окружности, и опорные радиальные подшипники 5. Сущность изобретения: в корпусе упорного подшипника 3 со стороны, противоположной действующей гидравлической нагрузке, установлены расположенные в осевом направлении тормозные цилиндры 6 с фрикционными колодками 7 с равным шагом по окружности, плунжеры 8 тормозных гидроцилиндров 6 выполнены фасонными двух разных диаметров, на внешней торцевой части корпуса 3 упорного подшипника установлены два концентрично расположенных кольцевых коллектора 13 и 14, сообщающихся с двухпозиционным краном 15 и соответственно с полостями прямого и обратного хода плунжеров 8 тормозных гидроцилиндров 6 и с электроконтактными манометрами 16 и 17, которые соединены с блоком контакторов 18 включения и выключения электродвигателя 19, приводящего в движение маслонасос 20, двухпозиционный кран 15, который соединен через обратный клапан с маслонасосом и со сливным трубопроводом 25, соединенным со сливной полостью маслобака 23. Технический результат: повышение долговечности и надежности гидроагрегатов и их радиальных и осевых подшипников, уменьшение их износа в период остановки ротора и исключение вращения ротора за счет протечек воды в направляющем аппарате. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Гидрогенератор горизонтальный, содержащий горизонтально расположенный ротор с упорным диском, корпус упорного подшипника, опорные радиальные подшипники, упорные элементы - сегменты, расположенные с обеих сторон упорного диска с равным шагом по окружности, отличающийся тем, что в корпусе упорного подшипника со стороны, противоположной направлению действующей гидравлической нагрузки, установлены расположенные в осевом направлении тормозные гидроцилиндры с фрикционными колодками с равным шагом по окружности, плунжеры тормозных гидроцилиндров выполнены фасонными двух разных диаметров, на свободных торцах тормозных гидроцилиндров установлены кольцевые упругие демпфирующие элементы, на внешней торцевой части корпуса упорного подшипника установлены два концентрично расположенных коллектора, сообщающихся с двухпозиционным краном и соответственно с полостями прямого и обратного хода плунжеров тормозных гидроцилиндров и электроконтактными манометрами, соединенными с блоком контакторов включения и выключения электродвигателя, двухпозиционный кран соединен через обратный клапан с маслонасосом и со сливным трубопроводом, соединенным со сливной полостью маслобака. 2. Гидрогенератор горизонтальный по п.1, отличающийся тем, что на свободных торцах гидроцилиндров установлены электроконтактные реле.