Антиреверсный механизм Российский патент 2018 года по МПК F04D29/00 F04D15/02 F04D7/08 

Изобретение относится к насосам необъемного вытеснения для жидкостей с вращательным движением рабочих органов, а более конкретно - к конструктивным узлам лопастных насосов, и может быть преимущественно использовано на атомных электростанциях в главных циркуляционных насосных агрегатах (ГЦНА) первого контура теплоносителя ядерной энергетической установки.

Известен насосный агрегат (патент RU №2244165 F04D 15/02, опубликован 10.01.2005), антиреверсный механизм которого содержит закрепленное неподвижно зубчатое колесо с внутренним зацеплением и подвижные стопорные элементы, размещенные на вертикальном валу лопастного насоса. Два стопорных элемента выполнены со смещенными центрами масс, относительно цилиндрических осей, на которых они расположены. Для уменьшения ударных усилий на стопорных элементах при противодействии обратному вращению, в случае размещения равномерно по окружности нескольких одинаковых стопорных элементов, предлагается выполнять храповое кольцо с таким числом зубьев, чтобы при его делении на число стопорных элементов остаток был отличен от нуля.

Устройство надежно работает, если при передаче момента от вала двигателя на вал насоса конструкция имеет некоторую податливость, например, применяется длинный торсионный вал.

Недостатком антиреверсного устройства в этом насосном агрегате является недостаточность мер по снижению ударных усилий в элементах конструкции при переходе к обратному вращению, особенно при использовании жесткого соединения вала насоса с валом ротора электродвигателя.

Предлагаемое изобретение - антиреверсный механизм направлено на снижение ударных усилий в конструкции и на снижение напряжений на стопорных элементах при вхождении в зацепление, то есть исключается недостаток антиреверсного устройства - прототипа.

При осуществлении предлагаемого изобретения могут быть получены, в частности, следующие взаимосвязанные технические результаты: во-первых, уменьшение крутящих и изгибающих усилий на стопорном элементе, его оси и элементах ее крепления; во-вторых, уменьшение ударных усилий при противодействии обратному вращению.

Как решение задачи защиты от обратного вращения, позволяющее достигнуть эффекта с указанными характеристиками, предлагается для насосного агрегата, который содержит лопастной насос с вертикальным валом, антиреверсный механизм, включающий неподвижное зубчатое колесо с внутренним зацеплением и подвижные стопорные элементы, которые размещены с возможностью поворота на осях, соединенных с валом насоса, и отличается тем,

что зубчатое колесо выполнено составным, состоящим из трех плоских дисков, стянутых болтами, с канавками, выполненными на соприкасающихся плоскостях дисков, заполненными телами качения, при этом в центральном зубчатом диске выполнены овальные пазы, через которые проходят цилиндрические втулки, одетые на стягивающие диски болты, при этом центральный зубчатый диск имеет возможность смещаться относительно двух крайних беззубцовых дисков в пределах сжатия подпружиненных упоров, установленных в прямоугольных пазах, выполненных на соприкасающихся плоскостях нижнего и зубчатого дисков, обеспечивающих снятия избыточной нагрузки со стопорных элементов при их вхождении в зацепление. Втулки являются дистанцирующими элементами между крайними дисками и предотвращают заклинивание тел качения в канавках, а так же совместно со стягивающими диски болтами являются дополнительными блокираторами хода зубчатого диска.

Подпружиненный упор целесообразно выполнить в виде пружины, с обоих концов которой вставлены цилиндрические втулки, через центральные отверстия которых проходит ось, служащая для стягивания пружины.

Подпружиненные упоры рассчитываются из ударных усилий, возникающих при противодействии обратному вращению, которые зависят от угла поворота вала насоса в обратном направлении до его остановки.

В предлагаемом изобретении целесообразно использовать не менее четырех стопорных элементов.

В антиреверсном механизме желательно предусмотреть стопоры, установленные в пазах на соприкасающихся плоскостях верхнего и зубчатого дисках, которые служат силовыми блокираторами хода зубчатого диска и предотвращающими разрушение антиреверсного механизма при выходе из строя подпружиненных упоров.

Предлагаемое изобретение может быть применено в конструкции главного циркуляционного насосного агрегата, в котором вал насоса жестко соединен с валом ротора электродвигателя, а также и в конструкции главного циркуляционного насосного агрегата, где применяется торсионный вал.

Предлагаемый механизм поясняется чертежами:

Фиг. 1 - Составное зубчатое колесо.

Фиг. 2 - Составное зубчатое колесо (вид сбоку).

Фиг. 3 - Подпружиненный упор.

Фиг. 4 - Стопор.

Фиг. 5 - Обойма со стопорами.

Антиреверсный механизм, имеет закрепленное на корпусе насоса неподвижное составное зубчатое колесо и обойму с подвижными стопорными элементами 7, которая закреплена на валу насоса. Составное зубчатое колесо состоит из трех плоских дисков: центрального 3 с зубцами внутреннего зацепления и двух крайних 1 и 2 без зубцов (фиг. 1). На дисках 1 и 2 с внутренней стороны, а на зубчатом диске 3 с двух сторон проточены канавки, которые заполнены телами качения 6. Три плоских диска стянуты болтами, которые проходят через цилиндрические втулки и овальные пазы, выполненные в центральном зубчатом диске 3, при этом втулки являются дистанцирующими элементами между крайними дисками и позволяют свободно смещаться центральному зубчатому диску 3 относительно крайних.

Втулки совместно со стягивающими диски болтами являются дополнительными блокираторами хода зубчатого диска.

Зубчатый диск 3 связан с двумя крайними беззубцовыми дисками 1 и 2 через упругую связь, посредством подпружиненных упоров 4, в количестве не менее четырех (фиг. 2). Подпружиненный упор (амортизатор) 4 состоит из пружины, с обоих концов которой вставлены цилиндрические втулки, через центральные отверстия которых проходит ось с выполненной резьбой на обоих концах и служащая для стягивания пружины (фиг. 3).

Подпружиненные упоры 4 уложены в прямоугольные пазы, выполненные на соприкасающихся плоскостях нижнего диска 2 и зубчатого диска 3 и служат для смягчения удара в начальный момент срабатывания антиреверсного механизма и предотвращения разрушения зубчатого диска 3. Стопоры 5 состоят из цилиндрических втулок с плоскими параллельными гранями, в центре которых выполнено отверстие под винт. Стопоры 5 уложены в отверстия на верхней плоскости зубчатого диска 3, закреплены винтами и расположены в овальных глухих пазах в нижней плоскости верхнего диска 1, и служат силовыми блокираторами, которые предотвращают разрушение антиреверсного механизма при выходе из строя амортизаторов (фиг. 4).

В зацепление с зубчатым колесом входят подвижные стопорные элементы 7, в количестве не менее четырех и размещенные на валу. Они выполнены со смещенными центрами масс, относительно цилиндрических осей, параллельных оси вращения вала, на которых они имеют возможность поворачиваться с упругой связью посредством толкателей 10 одетых на пружины 8, которые размещены в отверстиях, выполненных в цилиндрической обойме 9, закрепленной на валу насоса (фиг. 5).

При остановке насоса или при снижении частоты вращения центробежная сила, поворачивающая стопорные элементы 7 исчезает. При этом пружина, действующая на стопорный элемент 7, заталкивает его в зацепление с зубчатым диском 3 (фиг. 5).

Когда происходит зацепление стопорного элемента 7 с зубчатым колесом, теплоноситель продолжает действовать на лопасти насоса и стремится повернуть вал, вал с зубчатым диском 3 смещается относительно дисков 1 и 2 при этом сжимаются подпружиненные упоры 4, тем самым разгружая стопорные элементы 7 и элементы его крепления.

Таким образом, предлагаемый антиреверсный механизм является универсальным устройством, с элементами податливости в своей конструкции, предназначенными для предотвращения опасных напряжений в начальный момент срабатывания, и может быть применен для всех типов ГЦНА.

Изобретение относится к лопастным насосам и может быть использовано на АЭС в главных циркуляционных насосных агрегатах первого контура теплоносителя ядерной энергетической установки. Антиреверсный механизм для насосного агрегата состоит из трех стянутых болтами плоских дисков с канавками, выполненными на соприкасающихся плоскостях дисков и заполненными телами качения. При этом центральный зубчатый диск имеет возможность смещаться относительно двух крайних беззубцовых дисков в пределах сжатия подпружиненных упоров, установленных в прямоугольных пазах, выполненных как на нижней плоскости зубчатого диска, так и на верхней плоскости нижнего диска, обеспечивающих снятие избыточной нагрузки со стопорных элементов при их вхождении в зацепление с зубчатым диском. Изобретение направлено на уменьшение усилий на стопорных элементах и элементах его крепления. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Антиреверсный механизм, включающий закрепленное неподвижно зубчатое колесо с внутренним зацеплением и подвижные стопорные элементы, размещенные на валу, со смещенными центрами масс относительно цилиндрических осей, параллельных оси вращения вала, на которых они имеют возможность поворачиваться с упругой связью посредством пружин, отличающийся тем,

что зубчатое колесо выполнено составным, состоящим из трех плоских дисков, стянутых болтами, с канавками, выполненными на соприкасающихся плоскостях дисков, заполненными телами качения, при этом центральный зубчатый диск имеет возможность смещаться относительно двух крайних беззубцовых дисков в пределах, ограниченных блокираторами хода, нижний и зубчатый диск связаны между собой через упругую связь подпружиненных упоров, установленных в прямоугольных пазах, выполненных на соприкасающихся плоскостях нижнего и зубчатого дисков, обеспечивающих снятие избыточной нагрузки со стопорных элементов при их вхождении в зацепление с зубчатым диском.

2. Антиреверсный механизм по п. 1, отличающийся тем, что одинаковые стопорные элементы не менее четырех размещены равномерно по окружности.

3. Антиреверсный механизм по п. 1, отличающийся тем, что в пазах верхнего и зубчатого дисков установлены стопоры, закрепленные, например, винтами на зубчатом диске, служащие силовыми блокираторами, предотвращающими разрушение антиреверсного механизма при выходе из строя подпружиненных упоров.

4. Антиреверсный механизм по п. 1, отличающийся тем, что болты, стягивающие составное зубчатое колесо, проходят через цилиндрические втулки и овальные пазы, выполненные в центральном зубчатом диске, при этом втулки, являясь дистанцирующими элементами между крайними дисками, позволяют незажатому центральному диску свободно смещаться относительно крайних, опираясь на тела качения.

5. Антиреверсный механизм по п. 1, отличающийся тем, что втулки и проходящие сквозь них болты, стягивающие составное зубчатое колесо, являются дополнительными блокираторами хода центрального зубчатого диска.