ТОРЦОВОЕ УПЛОТНЕНИЕ ВАЛА РОТОРА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2004 года по МПК H02K5/124 H02K5/12 

Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть применено в уплотнениях вала электрических машин, например, турбогенераторах, используемых в качестве синхронных компенсаторов.

Известны торцовые уплотнения вала турбогенераторов с водородным охлаждением, содержащие корпус и вкладыш, который за счет давления масла, поступающего от источника маслоснабжения, прижимается к упорному диску ротора, осуществляя функцию уплотняющего устройства [1].

Такие торцовые уплотнения, установленные на двух сторонах электрической машины, одинаково воздействуют на упорные диски вдоль продольной оси вала ротора в противоположных направлениях за счет давления масла, поступающего от общего источника маслоснабжения, так что никак не могут противодействовать внешним осевым силам, действующим на ротор электрической машины.

Такие внешние осевые силы возникают при работе электрической машины за счет электромагнитного взаимодействия ротора и статора при их осевых смещениях, например, в процессе их разогрева; за счет давления охлаждающего газа, возникающего при работе компрессора (вентилятора); за счет разновысокого расположения опорных подшипников электрической машины и других причин. Эти осевые силы малозначимы при работе электрической машины, сопряженной с приводом, например в составе турбоагрегата, т.е. вместе с турбиной, в которой имеются упорные подшипники, обеспечивающие ограничение осевого смещения валопровода, что предотвращает повреждение деталей вращающего ротора и неподвижного статора электрической машины. Однако эти внешние силы очень опасны при воздействии на вал ротора самостоятельно работающей электрической машины при отсутствии упорного подшипника, например, при использовании турбогенератора в режиме работы синхронным компенсатором и рассоединении валов турбогенератора и турбины.

Также известно торцовое уплотнение вала ротора электрической машины, например, турбогенератора, у которого для создания осевого прижима вкладыша к упорному диску вала ротора между вкладышем и корпусом устанавливаются пружины [2].

Эти пружины предназначены только для создания необходимого для уплотнения вала давления в зоне соприкосновения вкладыша с упорным диском ротора и при работе электрической машины не уравновешивают внешние осевые силы, действующие на вал ротора, в допустимом диапазоне его перемещения.

Целью изобретения является повышение надежности электрической машины и ее функциональных возможностей за счет усовершенствования торцовых уплотнений вала и приобретении ими свойств упорных подшипников. Технический результат от использования данного изобретения состоит, например, в обеспечении возможности использования отсоединенного от турбины турбогенератора в качестве синхронного компенсатора. Наиболее существенные признаки, характеризующие новую конструкцию торцового уплотнения вала электрической машины, заключаются в использовании нового взаимного положения и связей между корпусом, вкладышем и пружинами торцового уплотнения (1 и 2 варианты), а также наличия упоров (3 вариант) между вкладышем и корпусом уплотнения.

Сущность изобретения иллюстрируется фиг.1, где показано торцовое уплотнение вала электрической машины, содержащее корпус 1, вкладыш 2 с рабочей поверхностью 3, которая прижимается к упорному диску 4 вала ротора 5 за счет пружин 6. Согласно первому варианту торцового уплотнения вала ротора электрической машины по крайней мере часть пружин 7 предварительно сжата с большим усилием, чем остальные, и закреплена в сжатом состоянии (например, стяжками 8) так, что образуется гарантированный зазор 9 между торцами пружин и торцовыми поверхностями корпуса и вкладыша. При этом суммарное усилие закрепленных в сжатом состоянии пружин устанавливается таким, что в диапазоне допустимого осевого перемещения вала ротора оно превышает внешние осевые силы, действующие на ротор электрической машины.

На фиг.2 согласно второму варианту показаны установленные в двух противоположных сторонах электрической машины торцовые уплотнения вала ротора с пружинами. Причем по крайней мере часть пружин 10 торцового уплотнения вала на одной из сторон машины предварительно сжата до такой степени, что суммарное усилие пружин, установленных на этой стороне, превосходит усилие пружин, установленных в уплотнениях вала на противоположной стороне, на величину внешних осевых сил, воздействующих на ротор машины в допустимом диапазоне его перемещений.

Кроме того, на фиг.2 для третьего варианта торцового уплотнения вала ротора электрической машины показаны упоры 11, установленные между пружинами и вкладышем с зазором 12, который должен быть меньше паспортного (монтажного) зазора 13, например, между галтелью 14 вращающегося ротора и неподвижной частью детали 15, закрепленной на неподвижном корпусе торцового уплотнения. На фиг.2 стрелкой показано направление действия на ротор внешних сил.

При эксплуатации электрической машины, например турбогенератора, в качестве синхронного компенсатора с отсоединением его ротора от ротора турбины, как правило, перемещают ротор турбогенератора в осевом направлении с тем, чтобы при его развороте и работе в режиме синхронного компенсатора не происходило задевания в узле соединения роторов турбины и турбогенератора. При этом возникает отмеченная ранее внешняя электромагнитная сила, которая перемещает ротор в осевом направлении, тем самым включая в работу предварительно сжатые и закрепленные в сжатом состоянии пружины (первый вариант); пружины с усиленным сжатием (второй вариант); либо упоры (третий вариант), которые фиксируют осевое перемещение вала ротора в пределах, не превышающих допустимой величины.

Источники информации

1. М.И.Мительман, В.Ю.Аврух, Ю.И.Азбукин и Я.И.Куфман "Торцовые уплотнения турбогенераторов с водородным охлаждением". А.С. СССР №469188 от 02.04.64 (SU 469188 A, 02.04.64).

2. В.Ю.Аврух "Реконструкция масляно-водородных уплотнений турбогенераторов", М., Энергия, 1970 г., с. 56 (рис. 7 стр. 14).

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения и может быть применено в уплотнениях вала электрических машин, например турбогенераторах, используемых в качестве синхронных компенсаторов. Сущность изобретения заключается в том, что, по крайней мере, часть пружин торцовых уплотнений вала, предназначенных для прижима вкладыша к упорному диску ротора, предварительно сжата с большим усилием, чем остальные, и закреплена в сжатом состоянии так, что образуется гарантированный зазор между торцами пружин и торцовыми поверхностями корпуса и вкладыша, а суммарное усилие закрепленных в сжатом состоянии пружин в диапазоне допустимого осевого перемещения вала ротора превышает внешние осевые силы, действующие на ротор электрической машины. По другому варианту исполнения для той же цели часть пружин торцового уплотнения вала на одной из сторон машины может предварительно сжиматься до такой степени, что суммарное усилие пружин, установленных на этой стороне, превосходит усилие пружин, установленных в уплотнениях вала на противоположной стороне, на величину внешних осевых сил. По третьему варианту между вкладышем и корпусом уплотнения устанавливаются упоры, фиксирующие осевое перемещение вала ротора в пределах, не превышающих допустимой величины. Технический результат от использования данного изобретения состоит в повышении надежности электрической машины и в расширении ее функциональных возможностей за счет придания торцевым уплотнениям вала свойств упорных подшипников, что, например, позволяет использовать турбогенератор, отсоединенный от турбины, в качестве синхронного компенсатора. 3 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Торцовое уплотнение вала ротора электрической машины, установленное с двух ее противоположных сторон, содержащее корпус, вкладыш с рабочей поверхностью, соприкасающейся с упорным диском вала ротора, и пружины, установленные между корпусом и вкладышем, отличающееся тем, что, по крайней мере, часть пружин предварительно сжата с большим усилием, чем остальные и закреплена в сжатом состоянии так, что образуется гарантированный зазор между торцами пружин и торцовыми поверхностями корпуса и вкладыша, а суммарное усилие закрепленных в сжатом состоянии пружин в диапазоне допустимого осевого перемещения вала ротора превышает внешние осевые силы, действующие на ротор электрической машины.2. Торцовое уплотнение вала ротора электрической машины, установленное с двух ее противоположных сторон, содержащее корпус, вкладыш с рабочей поверхностью, соприкасающейся с упорным диском вала ротора, и пружины, установленные между корпусом и вкладышем, отличающееся тем, что, по крайней мере, часть пружин торцового уплотнения вала на одной из сторон машины предварительно сжата до такой степени, что суммарное усилие пружин, установленных на этой стороне, превосходит усилие пружин, установленных в уплотнениях вала на противоположной стороне, на величину внешних осевых сил, воздействующих на ротор машины в допустимом диапазоне его перемещений.3. Торцовое уплотнение вала ротора электрической машины, установленное с двух ее противоположных сторон, содержащее корпус, вкладыш с рабочей поверхностью, соприкасающейся с упорным диском вала ротора, и пружины, установленные между корпусом и вкладышем, отличающееся тем, что между торцовыми поверхностями вкладыша и корпуса установлены упоры с зазором в осевом направлении, величина которого меньше допустимой величины перемещения вала от внешних осевых сил, действующих на ротор электрической машины.