Валоповоротное устройство Российский патент 2023 года по МПК F01D25/36 

Предлагаемое техническое решение относится к области энергомашиностроения, в частности, паротурбиностроения, конкретно, к валоповоротным устройствам паровой турбины, предназначенным для прокручивания (вращения) валопровода паровой турбины при ее остановке после прекращения подачи пара и перед пуском турбины.

В современных конструкциях паровых турбин, имеющих в составе валоповоротные устройства, одной из технических проблем является повышение эксплуатационной надежности. На эксплуатационную надежность паровой турбины влияют повышенные температура и давление в корпусе подшипника, в котором установлено валоповоротное устройство. При работе валоповортного устройства смазка поступает в механические передачи редуктора валоповоротного устройства, и происходит ее слив и разбрызгивание непосредственно на вращающийся ротор паровой турбины, вследствие чего происходит образование плотной мелкодисперсной среды, состоящей из смеси мельчайших капель смазки и воздуха. При вращении ротора в данной среде повышается температура и давление смазочной среды, что увеличивает вероятность ее утечки через горизонтальный разъем паровой турбины в машинный зал электростанции, и, как следствие, повышается пожароопасность и снижается эксплуатационная надежность. Для отвода смазки от ротора может быть использован защитный кожух, имеющий трубопровод для отвода смазки (авторское свидетельство СССР №989109, F01D 25/34, опубл. 15.01.1983 г.). Наличие кожуха требует более точной обработки поверхностей разъема в месте установки кожуха, а также поддержания герметичности разъемного соединения в процессе работы валоповоротного устройства, что в целом снижает технологичность и ремонтопригодность паровой турбины.

Повышение технологичности и обеспечение удовлетворительной ремонтопригодности паровой турбины с валоповоротным устройством также являются существенными техническими проблемами. Для оптимальной передачи крутящего момента от валоповоротного устройства необходимо выполнять его центровку относительно ротора паровой турбины. Наличие редуктора со ступенями механических передач в составе валоповоротных устройств требует множественной слесарной пригонки зубчатой пары последней ступени после центровки, и также необходима совместная обработка деталей валоповоротного устройства с деталями корпуса подшипника паровой турбины. Валоповоротные устройства содержат элементы зацепления с ротором, такие как упоры и ответные элементы - собачки на роторе, которые требуют замены при плановых ремонтах турбины, и к которым затруднен доступ без полной выемки и разборки валоповоротного устройства, вскрытия цилиндра паровой турбины и демонтажа ротора.

В описании настоящего изобретения используется следующее определение.

Межосевая линия зубчатой передачи - прямая линия, пересекающая оси зубчатых колес под прямым углом, (п.2.4.1 ГОСТ 16530-83 «Передачи зубчатые»).

Известно техническое решение «Валоповоротное устройство» (патент РФ №10781, F01D 25/36, опубл. 16.08.1999 г.) содержащее электропривод, понижающий редуктор и обгонную муфту с кулачками (собачками), расположенными между ведущим элементом муфты, сопряженным с конечным звеном редуктора и ведомым элементом валопровода. Согласно полезной модели, ведущий элемент муфты смещен от конечного звена редуктора в осевом направлении, а ведомый элемент валопровода выполнен в виде стакана, охватывающего ведущий элемент муфты и несущего кулачки. Редуктор содержит две ступени механических передач, первая ступень выполнена прямозубой эвольвентной, вторая представляет собой червячную передачу. Известное техническое решение направлено на обеспечение удобного доступа к кулачкам обгонной муфты для выполнения технического обслуживания с улучшением ее технологичности.

Недостатком данного технического решения является использование червячной передачи в качестве последней ступени редуктора, что приводит к увеличению габаритов червячной передачи, и, как следствие, всего валоповоротного устройства, крупногабаритные червячные передачи сложны в изготовлении и не технологичны. Смещение зацепления обгонной муфты от средней торцовой плоскости червячного колеса в осевом направлении приводит к увеличению габаритных размеров валоповоротного устройства вдоль оси, и, как следствие, увеличению длины консольной части ротора турбины, что, в свою очередь, ведет к повышенной вибрации и снижению эксплуатационной надежности паровой турбины. Выполнение упоров заодно с зубчатым колесом не позволяет осуществлять их замену или ремонт без разборки всего валоповоротного устройства, что снижает ремонтопригодность паровой турбины.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому техническому решению по совокупности существенных признаков и выбранным в качестве прототипа, является изобретение «Валоповоротное устройство» (авторское свидетельство СССР №274123, F01D 25/34, опубл. 24.06.1970 г.), которое содержит электродвигатель, соединенный муфтой с редуктором, состоящим из ступеней механических передач, причем последняя ступень является зубчатой передачей, обгонную муфту, содержащую зубчатое колесо, снабженное упорами с возможностью их зацепления с подпружиненными поворотными кулачками (собачками), размещенными на роторе паровой турбины. Редуктор размещен таким образом, что межосевая линия зубчатой передачи его последней ступени совпадает с вертикальной плоскостью, проходящей через ось вращения зубчатого колеса. Упоры, предназначенные для зацепления с поворотными кулачками (собачками), выполнены заодно с зубчатым колесом обгонной муфты. Согласно изобретению, муфта между электродвигателем и редуктором представляет собой гидромуфту предельного момента, а зубчатое колесо установлено на опорах качения, снабженных подвижными каретками. Представленная конструкция валоповоротного устройства не имеет общего самостоятельного корпуса, объединяющего редуктор с зубчатым колесом обгонной муфты, которое размещено непосредственно в корпусе подшипника паровой турбины.

Недостатками известного решения является то, что вследствие вертикального размещения редуктора над ротором происходит попадание смазки непосредственно на вращающийся ротор, что приводит к образованию мелкодисперсной среды, состоящей из смеси мельчайших капель смазки и воздуха. Вращение ротора в данной среде приводит к повышению ее температуры и давления, что увеличивает вероятность ее утечки через горизонтальный разъем паровой турбины в машинный зал, и, как следствие, повышает пожароопасность и снижает эксплуатационную надежность паровой турбины. Выполнение упоров заодно с зубчатым колесом не позволяет осуществлять их замену или ремонт без разборки всего валоповоротного устройства, что снижает ремонтопригодность паровой турбины. Сложность центровки валоповоротного устройства и необходимость пригонки зубчатой передачи последней ступени редуктора обусловлены установкой частей валоповоротного устройства в корпус подшипника независимо друг от друга, что не позволяет выполнить смещение валоповоротного устройства в собранном состоянии вдоль оси ротора для организации доступа к поворотным кулачкам на роторе, и, таким образом, снижает технологичность и ремонтопригодность паровой турбины.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении эксплуатационной надежности, технологичности и ремонтопригодности паровой турбины с валоповоротным устройством.

Для достижения указанного выше технического результата валоповоротное устройство содержит электродвигатель, соединенный муфтой с редуктором, состоящим из ступеней механических передач, причем последняя ступень является зубчатой передачей, обгонную муфту, содержащую зубчатое колесо, снабженное упорами с возможностью их зацепления с подпружиненными собачками, размещенными на роторе паровой турбины.

При этом, согласно заявляемому изобретению, межосевая линия зубчатой передачи последней ступени редуктора смещена вправо или влево относительно вертикальной плоскости, проходящей через ось вращения зубчатого колеса, на угол, находящийся в диапазоне 35-65°.

Шестерня зубчатой передачи последней ступени редуктора, предыдущие ступени механических передач редуктора и зубчатое колесо обгонной муфты выполнены в общем корпусе.

Упоры выполнены в виде отдельных съемных элементов, соединенных с зубчатым колесом обгонной муфты разъемным соединением.

Смещение межосевой линии зубчатой передачи последней ступени редуктора вправо или влево относительно вертикальной плоскости, проходящей через ось вращения зубчатого колеса, на угол, находящийся в диапазоне 35-65°, позволяет после установки валоповоротного устройства в корпус подшипника паровой турбины направить большую часть потока смазки в обход ротора непосредственно в емкость, находящуюся под ротором. Тем самым, при вращении ротора, исключается образование мелкодисперсной среды, состоящей из смеси мельчайших капель смазки и воздуха, что, в свою очередь, предотвращает повышение температуры и давления в корпусе подшипника, в который устанавливается валоповоротное устройство. Как следствие снижается вероятность утечки смазочной среды через горизонтальный разъем турбины в машинный зал, а также вероятность возгорания при попадании смазки на горячие узлы турбины, и, следовательно, повышается эксплуатационная надежность паровой турбины с валоповоротным устройством. Смещение межосевой линии зубчатой передачи последней ступени вправо или влево определяется конкретной компоновкой паровой турбины. По результатам расчетно-экспериментальных исследований, проведенных авторами, диапазон угла α выбран следующим образом:

- при значениях α, меньших 35°, смазка будет попадать непосредственно на вращающийся ротор, что приводит к повышению пожароопасности;

- при значениях α, больших 65°, конструкция общего корпуса не позволит разместить редуктор.

В частном случае выполнения валоповоротного устройства выполнение упоров в виде отдельных съемных элементов, соединенных с зубчатым колесом обгонной муфты разъемным соединением, позволяет осуществлять их замену или ремонт при износе рабочей поверхности без выемки и разборки валоповоротного устройства, что обеспечивает повышение ремонтопригодности паровой турбины.

Выполнение в общем корпусе шестерни зубчатой передачи последней ступени редуктора, предыдущих ступеней механических передач редуктора и зубчатого колеса обгонной муфты, позволяет выполнить центровку сразу всего валоповоротного устройства относительно ротора, что приводит к исключению необходимости множественной слесарной пригонки зубчатой передачи последней ступени редуктора после центровки, и также не требуется совместная обработка деталей валоповоротного устройства с деталями корпуса подшипника паровой турбины, что обеспечивает повышение технологичности паровой турбины. Также выполнение указанных элементов валоповоротного устройства в общем корпусе повышает ремонтопригодность паровой турбины за счет возможности смещения валоповоротного устройства в собранном состоянии вдоль оси ротора без его выемки, что позволяет организовать доступ к собачкам на роторе для их ревизии, замены и пригонки к упорам при центровке валоповоротного устройства относительно ротора.

Таким образом, предлагаемая конструкция в раскрытой выше совокупности существенных признаков позволяет обеспечить повышение эксплуатационной надежности, технологичности и ремонтопригодности паровой турбины с валоповоротным устройством.

Представленные графические материалы содержат пример конкретного выполнения валоповоротного устройства. На фиг. 1 изображено валоповоротное устройство со смещением межосевой линии зубчатой передачи последней ступени редуктора вправо, главный вид; на фиг. 2 - валоповоротное устройство со смещением межосевой линии зубчатой передачи последней ступени редуктора влево, главный вид, на фиг. 3 - валоповоротное устройство со смещением межосевой линии зубчатой передачи последней ступени редуктора вправо, вид слева.

Валоповоротное устройство паровой турбины для установки его в корпусе подшипника паровой турбины (на фиг. не показано) содержит электродвигатель 1, соединенный муфтой 2 с редуктором 3, состоящим из ступеней зубчатых передач, обгонную муфту, содержащую зубчатое колесо 4. Зубчатое колесо 4 снабжено упорами 5 с возможностью их зацепления с собачками 6, подпружиненными пружинами 7, и размещенными на роторе 8 паровой турбины. Муфта 2 представляет собой, например, шарнирную муфту, компенсирующую перекос и смещение осей соединяемых валов электродвигателя 1 и редуктора 3.

В конкретном примере выполнения редуктор 3 содержит четыре ступени механических передач, первая ступень представляет собой червячную передачу, а остальные ступени передач выполнены зубчатыми прямозубыми эвольвентными. Количество ступеней в редукторе 3 выбирается с учетом необходимого расчетного крутящего момента на роторе 8 паровой турбины, частоты вращения ротора 8 и оптимальных габаритных размеров элементов редуктора 3.

Обгонная муфта представляет собой муфту свободного хода храпового типа с зубчатым колесом 4, которое одновременно является ведомым зубчатым колесом последней ступени редуктора 3. Внутренняя расточка зубчатого колеса 4 снабжена упорами 5, которые в частном случае выполнены в виде отдельных съемных элементов, соединенных с зубчатым колесом 4 обгонной муфты разъемным соединением, например, болтами 9. Количество установленных упоров 5 должно быть не менее трех для обеспечения необходимого запаса надежности, при этом крутящий момент передается только одним упором 5. На роторе 8 шарнирами 10 закреплены собачки 6 для зацепления с упорами 5. Собачки 6 входят в пазы 11, выполненные в роторе 8.

Межосевая линия 12 зубчатой передачи последней ступени редуктора 3 смещена вправо (фиг. 1) или влево (фиг. 2) относительно вертикальной плоскости, проходящей через ось вращения зубчатого колеса 4, на угол а, находящийся в диапазоне 35-65°.

Шестерня 13 зубчатой передачи последней ступени редуктора 3, предыдущие ступени механических передач редуктора 3 и зубчатое колесо 4 обгонной муфты выполнены в общем корпусе 14. Корпус 14 имеет вертикальный разъем 15 (фиг. 3) для установки зубчатого колеса 4. Для установки механических передач редуктора 3 в общем корпусе 14 предусмотрен наклонный разъем 16.

Для установки валоповоротного устройства в корпус подшипника корпус 14 имеет лапы 17, снабженные пригоночными элементами 18, опорные поверхности которых расположены в горизонтальной плоскости, проходящей через ось зубчатого колеса 4. Пригоночные элементы 18 обеспечивают центровку валоповоротного устройства в вертикальном положении. Также на корпусе 14 имеются пригоночные элементы 19 для горизонтальной центровки валоповоротного устройства в корпусе подшипника паровой турбины относительно ротора.

Предлагаемая конструкция работает следующим образом.

При работе паровой турбины от электродвигателя 1 крутящий момент через муфту 2 передается редуктору 3. Передача крутящего момента от редуктора 3 ротору 8 паровой турбины осуществляется обгонной муфтой свободного хода храпового типа. Ведущим элементом обгонной муфты является зубчатое колесо 4, снабженное упорами 5. Ведомым элементом обгонной муфты является ротор 8 паровой турбины, на котором шарнирно закреплены подпружиненные пружинами 7 собачки 6. Собачки 6 обеспечивают передачу крутящего момента только в одном направлении. Шестерня 13, вращаясь, приводит в движение зубчатое колесо 4, которое посредством зацепления упоров 5 с подпружиненными собачками 6, осуществляет его вращение при пусковых и остановочных режимах. В момент пуска паровой турбины, упоры 5 могут не находиться в зацеплении с собачками 6. При включении электродвигателя 1 происходит вращение зубчатого колеса 4 с упорами 5 до момента, пока упоры 5 не войдут в зацепление с подпружиненными собачками 6, далее валоповоротное устройство начинает вращать ротор 8 паровой турбины. Геометрия собачки 6 рассчитана по известным решениям таким образом, что в момент пуска турбины при достижении определенной скорости вращения ротора 8, центробежная сила более тяжелой части собачки 6 преодолевает реакцию пружины 7 и собачка 6 утопает в пазах 11 ротора 8, далее валоповоротное устройство отключается. Во время остановки паровой турбины, при уменьшении частоты вращения ротора 8 до определенного значения, центробежная сила уменьшается, усилие от пружины 7 ослабевает, собачки 6 выступают из своих пазов 11, и в тот момент, когда частоты вращений ротора 8 и зубчатого колеса 4 сравняются, собачки 6 входят в зацепление с упорами 5. С этого момента валоповоротное устройство начинает вращать ротор 8 паровой турбины. Для обеспечения надежной работы зубчатых передач редуктора 3 осуществляется постоянная интенсивная подача смазки из центральной системы смазки паровой турбины (на фиг. не показана). При работе паровой турбины за счет смещения межосевой линии 12 зубчатой передачи последней ступени редуктора 3 большая часть потока смазки направляется в обход ротора 8 непосредственно в емкость (на фиг. не показана), находящуюся под ротором 8, таким образом, исключая интенсивное натекание смазки из валоповоротного устройства непосредственно на ротор 8. При этом прекращается вращение ротора 8 в плотной мелкодисперсной среде, состоящей из смеси мельчайших капель смазки и воздуха, в результате чего исключается повышение температуры и давления в корпусе подшипника, в который устанавливается валоповоротное устройство, и, как следствие, снижается вероятность утечки смазочной среды через горизонтальный разъем турбины в машинный зал, а также вероятность возгорания.

Предлагаемое техническое решение относится к области энергомашиностроения, в частности паротурбиностроения, конкретно к валоповоротным устройствам паровой турбины. Валоповоротное устройство содержит электродвигатель, соединенный муфтой с редуктором, состоящим из ступеней механических передач, причем последняя ступень является зубчатой передачей, обгонную муфту, содержащую зубчатое колесо, снабженное упорами с возможностью их зацепления с подпружиненными собачками, размещенными на роторе паровой турбины. Межосевая линия зубчатой передачи последней ступени редуктора смещена вправо или влево относительно вертикальной плоскости, проходящей через ось вращения зубчатого колеса, на угол, находящийся в диапазоне 35-65°. Шестерня зубчатой передачи последней ступени редуктора, предыдущие ступени механических передач редуктора и зубчатое колесо обгонной муфты выполнены в общем корпусе. Упоры выполнены в виде отдельных съемных элементов, соединенных с зубчатым колесом разъемным соединением. Технический результат - повышение эксплуатационной надежности, технологичности и ремонтопригодности паровой турбины с валоповоротным устройством. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Валоповоротное устройство паровой турбины, содержащее электродвигатель, соединенный муфтой с редуктором, состоящим из ступеней механических передач, причем последняя ступень является зубчатой передачей, обгонную муфту, содержащую зубчатое колесо, снабженное упорами с возможностью их зацепления с подпружиненными собачками, размещенными на роторе паровой турбины, отличающееся тем, что межосевая линия зубчатой передачи последней ступени редуктора смещена вправо или влево относительно вертикальной плоскости, проходящей через ось вращения зубчатого колеса, на угол, находящийся в диапазоне 35-65°, шестерня зубчатой передачи последней ступени редуктора, предыдущие ступени механических передач редуктора и зубчатое колесо обгонной муфты выполнены в общем корпусе.

2. Валоповоротное устройство паровой турбины по п. 1, отличающееся тем, что упоры выполнены в виде отдельных съемных элементов, соединенных с зубчатым колесом обгонной муфты разъемным соединением.