Опора радиального подшипника электродвигателя лопастного насоса Российский патент 2023 года по МПК F04D29/46 

Предлагаемое изобретение относится к подшипниковым опорам и может быть преимущественно использовано в приводных электродвигателях (ЭД) главных циркуляционных насосных агрегатов (ГЦНА) на атомных электростанциях (АЭС). ГЦНА предназначен для создания циркуляции теплоносителя первого контура ядерной энергетической установки (ЯЭУ), проходящего через активную зону реактора.

Одним из главных показателей экономической эффективности АЭС является сокращение времени ремонта оборудования, в том числе электродвигателя ГЦНА.

На уменьшение времени ремонта ГЦНА, в том числе электродвигателя, в основном влияет время замены пар трения, а именно радиальных подшипников электродвигателя.

Известен ГЦНА который применяется на блоках АЭС с реакторами ВВЭР [патент РФ № RU 2615039 МПК F04D 29/047, опубл. 03.04.2017 Бюл. №10] в электродвигателе которого применятся радиальные подшипники скольжения, которые смазываются водой от контура АЭС. Ротор электродвигателя вращается в двух радиальных подшипниках скольжения. Для обеспечения нормальной эксплуатации электродвигателя, необходимо при сборке электродвигателя обеспечить равномерную величину воздушного зазора между ротором электродвигателя и обмотками статора электродвигателя. Равномерность воздушного зазора обеспечивается путем регулировки положения радиальных подшипников в горизонтальной плоскости. Так как воздушный зазор между ротором и статором должен сохраняться неизменным в процессе эксплуатации электродвигателя ГЦНА, радиальные подшипники должны быть надежно закреплены в местах их установки. Ввиду того, что ЭД ГЦНА является крупногабаритным изделием, диапазон регулировки радиальных подшипников является достаточно широким (1...3 мм). Недостатком данной конструкции является необходимость повторной регулировки и повторной штифтовки радиальных подшипников относительно их корпусов при ремонте ЭД ГЦНА.

Известно решение для регулировки подшипников [патент РФ №RU 2357105 МПК F04D 29/046, опубл. 27.05.2009 Бюл. №15], содержащее корпус; установленный в корпусе радиальный подшипник; элементы центрирования подшипника в виде клиньев, сопрягаемых с внутренней поверхностью корпуса опоры по цилиндрической поверхности продольного паза в последнем, а плоским скосом каждый клин сопряжен с ответным скосом суппорта, охватывающего подшипник. Клинья и суппорт скреплены с корпусом винтовыми соединениями. Клинья снабжены установочными винтами. Оси всех винтов параллельны оси корпуса.

При применении данного решения в электродвигателе ГЦНА, регулировка воздушного зазора между ротором ЭД и обмотками статора ЭД осуществляется посредством элементов центрирования подшипника в виде клиньев. Данное решение позволяет производить регулировку в требуемом диапазоне и с заданной точностью и позволяет надежно закрепить радиальный подшипник в корпусе.

Данное решение имеет следующие недостатки: при замене радиального подшипника при проведении среднего или капитального ремонта возникает необходимость демонтажа как подшипника, так и элементов центрирования подшипника. При установке радиальных подшипников из комплекта запасных частей (ЗИП), взамен изношенных, возникает необходимость повторной операции по регулировке воздушного зазора между ротором ЭД и обмотками статора ЭД.

Выполнение повторной операции по регулировке воздушного зазора между ротором ЭД и обмотками статора ЭД имеет большую трудоемкость по следующим причинам:

- требуется производить демонтаж люков для доступа во внутренний объем корпуса статора;

- требуется производить длительную регулировку элементов центрирования;

- требуется специальные приспособления (щупы) для регулировки воздушного зазора;

- требуется высокая квалификация персонала для выполнения данной операции.

Большая трудоемкость повторной операции по регулировке воздушного зазора между ротором ЭД и обмотками статора ЭД значительно увеличивает время проведение ремонта электродвигателя ГЦНА, что негативно сказывается на экономических показателях работы АЭС.

Задача, решаемая изобретением, состоит в уменьшении времени проведения ремонта ЭД ГЦНА за счет исключения операции регулировки воздушного зазора между ротором ЭД и обмотками статора ЭД при замене радиальных подшипников.

При осуществлении предлагаемого изобретения достигаются следующие технические результаты:

- операция регулировки воздушного зазора между ротором ЭД и обмотками статора ЭД осуществляется посредством перемещения радиальных подшипников;

- операция регулировки воздушного зазора между ротором ЭД и обмотками статора ЭД осуществляется однократно в условиях завода-изготовителя;

- регулировка воздушного зазора между ротором ЭД и обмотками статора ЭД при замене подшипников при дальнейшей эксплуатации не требуется.

Как решение задачи, позволяющее достигнуть эффекта с указанными техническими характеристиками, предлагается конструкторское решение -опора радиального подшипника электродвигателя лопастного насоса. Предлагаемая конструкция имеет следующее отличия от прототипа (патент PO № RU 2357105).

В конструкцию опоры радиального подшипника электродвигателя лопастного насоса входит базовое кольцо, которое представляет из себя металлическое кольцо цилиндрической формы, при этом с внешней стороны базового кольца выполнены, симметрично расположенные относительно оси симметрии базового кольца, плоские наклонные поверхности, которые выполнены так, что площадь нижней опорной поверхности базового кольца больше площади верхней опорной поверхности базового кольца, при этом внутренний диаметр базового кольца совпадает с посадочным диаметром радиального подшипника, что обеспечивает их надежное соединение. Радиальный подшипник закреплен на базовом кольце при помощи болтов, и не закрепляется к корпусу опоры радиального подшипника.

По количеству плоских наклонных поверхностей, выполненных на базовом кольце, выполнены регулировочные клинья. Каждый регулировочный клин представляет собой деталь в форме параллелепипеда, у которого одна из поверхностей (дальняя от радиального подшипника) представляет из себя цилиндрическую поверхность, а противоположная поверхность (ближняя к радиальному подшипнику) - плоская, выполнена под наклоном таким образом, что площадь нижней поверхности регулировочного клина меньше площади верхней поверхности регулировочного клина. В каждом регулировочном клине выполнены отверстия для регулировочных и отжимных болтов. Плоские наклонные поверхности регулировочных клиньев сопрягаются с ответными плоскими наклонными поверхностями, выполненными на базовом кольце, при этом во время регулировки, базовое кольцо надежно прижато к опорной поверхности корпуса благодаря сопряженным плоским наклонным поверхностям клиньев и базового кольца.

В отличие от конструкции прототипа, в которой суппорт остается подвижным, базовое кольцо, после регулировки воздушного зазора между ротором ЭД и обмотками статора ЭД и зазора между радиальным подшипником и корпусом, закрепляется штифтами к корпусу и остается в неизменном положении на весь срок службы электродвигателя и не подвергается демонтажу или ремонту.

В отличие от конструкции прототипа, в которой гильза радиального подшипника и суппорт сопряжены (с возможностью самоустановки подшипника) по выполненному на гильзе узкому пояску с малой угловой контактной жесткостью, радиальный подшипник неподвижно закреплен на базовом кольце посредством болтов.

Предлагаемая конструкция опоры радиального подшипника электродвигателя лопастного насоса (в частном исполнении для базового кольца с четырьмя наклонными поверхностями и четырьмя регулировочными клиньями) поясняется чертежами:

Фиг. 1 - общий вид электродвигателя лопастного насоса;

Фиг. 2, 2а - опора радиального подшипника электродвигателя лопастного насоса.

Конструкция вертикального приводного электродвигателя приведена на Фиг. 1, который состоит из: статора (1) ротора (2), корпуса (3), корпуса (4), нижнего радиального подшипника (5), верхнего радиального подшипника (6). При сборке электродвигателя обязательным является регулировка воздушного зазора (7) между статором (1) и ротором (2). Регулировка воздушного зазора (7) между статором (1) и ротором (2) осуществляется посредством перемещения верхнего радиального подшипника (6) относительно корпуса (4) и посредством перемещения нижнего радиального подшипника (5) относительно корпуса (3).

Для обеспечения регулировки воздушного зазора (7), выполнен зазор (8), равный приблизительно 3 мм, между корпусом (4) и верхним радиальным подшипником (6), а также выполнен зазор (9), равный приблизительно 3 мм, между корпусом (3) и нижним радиальным подшипником (5).

Ввиду этого, после регулировки зазоров (8, 9), во избежание смещения радиальных подшипников (5, 6) относительно корпусов (3, 4) при работе ГЦНА, выполняют фиксацию радиальных подшипников (5, 6) относительно корпусов (3, 4) штифтами (10) (См. Фиг 2, Фиг. 2а).

На Фиг. 2, Фиг. 2а показана подробно конструкция опоры радиального подшипника электродвигателя лопастного насоса (для верхнего радиального подшипника (6), зеркально выполнена аналогичная конструкция для нижнего радиального подшипника (5)).

В предлагаемом изобретении радиальный подшипник (6) закреплен на базовом кольце (11) при помощи болтов (12), и не закрепляется к корпусу (4).

В состав опоры радиального подшипника электродвигателя лопастного насоса (фиг. 2) входят: корпус; базовое кольцо; радиальный подшипник; болты для закрепления радиального подшипника к базовому кольцу; клинья с регулировочными и отжимными болтами; штифты для закрепления базового кольца к корпусу.

Базовое кольцо (11), представляет из себя металлическое кольцо цилиндрической формы, при этом с внешней стороны базового кольца (11) выполнены четыре, симметрично расположенные относительно оси симметрии, плоские наклонных поверхности (13), которые выполнены так что, площадь нижней опорной поверхности базового кольца (11) больше площади верхней опорной поверхности базового кольца (11).

Внутренний диаметр (14) базового кольца (11) совпадает с посадочным диаметром радиального подшипника (6), что обеспечивает их надежное соединение.

Регулировка радиального подшипника (6) выполняется посредством горизонтального перемещения базового кольца (11) по опорной поверхности (15) корпуса (4) совместно с закрепленным на нем радиальным подшипником (6) посредством затягивания (или ослабления) регулировочных болтов (16) и затягивания (или ослабления) отжимных болтов (17) установленных в четырех регулировочных клиньях (18).

Каждый регулировочный клин (18) представляет собой деталь в форме параллелепипеда, у которого одна из поверхностей (19) представляет из себя цилиндрическую поверхность, а противоположная поверхность (20) -плоская выполнена под наклоном таким образом, что площадь нижней поверхности (21) регулировочного клина (18) меньше площади верхней поверхности (22) регулировочного клина (18).

Корпус (4) представляет собой массивную цилиндрическую деталь, в которой выполнена цилиндрическая проточка, которая образует опорную поверхностью (15), на которую опирается базовое кольцо (11) и цилиндрическую поверхность (23) на которую опирается поверхность (19) каждого регулировочного клина (18).

Поверхности (20) четырех регулировочных клиньев (18) сопрягаются с ответными плоскими наклонными поверхностями (13) выполненными на базовом кольце (11), при этом во время регулировки, базовое кольцо (11) надежно прижато к опорной поверхности (15) корпуса (4) благодаря сопряженным плоским наклонным поверхностям (20) и (13).

Регулировка считается выполненной если выполнено требование по равномерности воздушного зазора (7). После выполнения регулировки радиального подшипника (6) выполняется демонтаж радиального подшипника (6) с базового кольца (11) и закрепление базового кольца (11) к корпусу (4) при помощи штифтов (10). Базовое кольцо (11) закрепляется к корпусу (4) в неизменном положении на весь срок службы ЭД ГЦНА и не подвергается демонтажу или ремонту.

После выполнения закрепления базового кольца (11) к корпусу (4), устанавливается радиальный подшипник (6) и закрепляется болтами (12) к базовому кольцу (11).

При ремонте подшипникового узла ЭД ГЦНА, с заменой радиального подшипника (6), происходит демонтаж радиального подшипника (6) с базового кольца (11) путем отвинчивания болтов (12) и установка нового радиального подшипника (6) из комплекта ЗИП в базовое кольцо (11).

Таким образом, решена задача сокращение времени на ремонт ЭД ГЦНА за счет использования предложенной конструкции опоры радиального подшипника электродвигателя лопастного насоса, которая позволяет не проводить повторную регулировку воздушного зазора между ротором ЭД и обмотками статора ЭД при замене радиальных подшипников.

Изобретение относится к подшипниковым опорам электродвигателей насосных агрегатов и может быть использовано на АЭС в главных циркуляционных насосных агрегатах первого контура теплоносителя ядерной энергетической установки. Опора радиального подшипника лопастного насоса состоит из базового кольца (11), которое имеет плоские наклонные поверхности (20); радиального подшипника (6), который устанавливается во внутреннюю расточку (14) базового кольца (11) и закрепляется на нем болтами (12); корпуса (4) с опорной поверхностью (15), по которой перемещается базовое кольцо (11) совместно с радиальным подшипником (6) при регулировке регулировочных клиньев (18), плоские наклонные поверхности (20) которых сопряжены с ответными плоскими наклонными поверхностями (13) базового кольца (11), которые служат для перемещения базового кольца (11) с радиальным подшипником (6) по опорной поверхности (15) корпуса (4) посредством регулировочных болтов (16) и отжимных болтов (17). После регулировки базовое кольцо (11) закрепляется к корпусу (4) при помощи штифтов (10). Изобретение направлено на уменьшение времени ремонта электродвигателя главного циркуляционного насосного агрегата. 3 ил.

Опора радиального подшипника лопастного насоса, содержащая корпус опоры радиального подшипника, радиальный подшипник и элементы центрирования радиального подшипника в виде регулировочных клиньев, отличающаяся тем, что каждый регулировочный клин (18) представляет собой деталь, у которой одна из поверхностей (19) представляет собой цилиндрическую поверхность, а противоположная поверхность (20) плоская, выполнена под наклоном таким образом, что площадь нижней поверхности (21) регулировочного клина (18) меньше площади верхней поверхности (22) регулировочного клина (18), что позволяет регулировочным клиньям сопрягаться с базовым кольцом (11), которое представляет собой металлическое кольцо цилиндрической формы, с внешней стороны базового кольца согласно количеству регулировочных клиньев (18) выполнены симметрично расположенные относительно оси симметрии, плоские наклонные поверхности (13), которые выполнены так, что площадь нижней опорной поверхности базового кольца больше площади верхней опорной поверхности базового кольца, при этом внутренний диаметр (14) базового кольца (11) совпадает с посадочным диаметром радиального подшипника (6); радиальный подшипник (6) закреплен на базовом кольце (11) при помощи болтов (12); надежное соединение базового кольца (11) и регулировочных клиньев (18) обеспечивается плоскими наклонными поверхностями (20) регулировочных клиньев (18), сопряженных с ответными плоскими наклонными поверхностями (13) базового кольца (11), при этом во время регулировки радиального подшипника (6), базовое кольцо (11) надежно прижато к опорной поверхности (15) корпуса (4), благодаря сопряженным плоским наклонным поверхностям (20) и (13); регулировка радиального подшипника (6) выполняется посредством горизонтального перемещения базового кольца (11) по опорной поверхности (15) корпуса (4) совместно с закрепленным на нем подшипником (6) посредством затягивания или ослабления регулировочных болтов (16) и затягивания или ослабления отжимных болтов (17), установленных в регулировочных клиньях (18); после регулировки базовое кольцо (11) закрепляется к корпусу (4) при помощи штифтов (10).