Подпятник электрической машины Советский патент 1982 года по МПК H02K5/167 

(5) ПОДПЯТНИК ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ

I

Изобретение относится к тяжелому электромашиностроению, энергомашиностроению и предназначено для применения, например в гидрогенераторах.

Подпятники (упорные подшипники скольжения) гидрогенераторов предназначены для восприятия осевых усилий с вращающихся валов гидроагрегатов и передачи этих усилий на фундамент.

Известна конструкция подпятника гидрогенератора, содержащая заключенные в ванну упорный диск, закрепленный на валу гидрогенератора, и сегменты, закрепленные в ванне, внутри которой по периметру установлены секции маслоохладителей l.

Существенный недостаток такого подпятника - высокая температура несущего масляного слоя сегментов, являющаяся, в частности, следствием повышенной температуры смазки, попадающей на вход в несущие слои сегментов вследствие переноса с

упорным диском пленки горячего масла с выходных кромок предшествующих сегментов. Кроме того, конвективные потоки масла, вызываемые вращением диска и циркулирующие в ванне подпятника, недостаточно интенсивны для прокачки масла через активную зону маслоохладителей, что резко снижает эффективность .теплообмена в ванне подпятника, Это

10 особенно актуально для тихоходных (низкооборотных) и тяжелонагруженных подпятников гидрогенераторов, где температура смазки, попадающей в несущий масляный слой cei-

15 ментов на lO-ZO C выше средней температуры масла в ванне подпятника.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является

20 подпятник гидрогенератора, содержащий закрепленный на валу генератора упорный диск, лежащий на сегментах, которые опираются на сферические 3 головки опорных болтов, закрепленных на дне ванны, помимо перечисленных элементов заключающей в себе секции маслоохладителей и стол подпятника. Для снижения температуры смазки, попадающей на вход несущего масляного слоя каждог сегмента, в межсегментных каналах, образованных боковыми гранями соседних сегментов и столом подпятника, размещены узлы подачи охлажден - ного масла, представляющие собой радиально расположенные трубки, закрытые с одного конца, а другим сое диненные с общим коллектором. Стенки трубок на стороне, обращенной к диску, имеют отверстия маслоподачи. Коллектор расположен в ванне и соединен с маслонасосом. Снижение температуры масла на входе в несущие слои сегментов достигается подачей охлажденного масла под давлением через отверстия в трубках zj. Однако в межсегментных каналах конструкции в результате движения упорного диска возникает поперечное вихревое вращательное движение масла, причем в наружные слои этого вихря постоянно поступает горя,.чее масло из выходного сечения несуще го слоя предыдушего сегмента. Но именно эти слои вихревого течения омывают : боковые грани сегментов, об разующие межсегментный канал, и мас ло именно этих слоев попадает в вхо ное сечение несущего слоя последующего (по направлению движения диска сегмента. Повышенная.температура внешних слоев этого вихря с одной стороны не позволяет эффективно понизить TeMnepatypi масла на входе в несущий слой сегментов, а с другой стороны препятствует охлаждению сег ментов за счет теплоотдачи от их бо ковых граней. Кроме того, недостатками данной конструкции является ма лая эффективность работы маслоохладителей, увеличение габаритовванны из-за размещения в ней коллектора и трубопроводов, загромождение ванны этими элементами, потребление элект энергии двигателя маслонасоса. Цель изобретения - уменьшение га баритов, увеличение нагрузочной спо собности подпятника и повышение его надежности за счет снижения темпера туры несущего масляного слоя сегмен тов и интенсификации процессов теплообмена в ванне подпятника. Указанная цель достигается тем, что в известном подпятнике узлы подачи охлажденного масла размещены в межсегментных каналах, и представляют собой камеры, открытые со стороны, обращенной к упорному диску и посредством трубопроводов сообщающиеся с активной зоной маслоохладителей, причем одна из стенок каждой камеры снабжена козырьком, образующим с рабочей поверхностью упорного диска зазор, заданной геометрии, а остальные стенки каждой камеры уплотнены относительно рабочей поверхности диска, В предлагаемом подпятнике электрической машины с целью упрощения конструкции передние стенки камер могут примыкать к выходным граням соответствующих сегментов. Каждая камера открыта с торцовой стороны, обращенной к оси вращения диска. На фиг. 1 схематично и,зображен подпятник электрической машины, вариантна фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. Ц - камера с поверхностью сопряженной с поверхностью сегмента, аксонометрия, вариант; на фиг. 5 схема работы устройства по первому варианту; на фиг. 6 - то же, второй вариант. На валу 1 посредством втулки 2 закреплен упорный диск 3. лежащий на сегментах 4, которые через о.порные болты 5 опираются на дно ванны 6 подпятника, в которой закреплены стол 7 и секции 8 маслоохладителей. Каждый маслоподающий узел состоит из камеры $ и трубопровода 10. Передняя стенка 11 каждой камеры уплотнена относительно поверхности упорного диска, а задняя 12 снабжена козырьком 13. На фиг. 2 изображена камера, примыкающая передней стенкой k к выходной грани 15 сегмента 16. Камера снабжена козырьком 17Торцевая стенка 18 камеры может отсутствовать. Устройство работает следующим образом. При вращении упорного диска в зазоре между рабочей поверхностью диска 19 и козырьком 20 возникает движение масла, обусловленное вязкими касательными напряжениями на поверхности диска (течение Куэтта между параллельными плоскостями). Так как все остальные стенки камеры уплотненыпо поверхности упорного диска, Ъб-ьем масла, уносимого из камеры этим течением может восполняться лишь за счет притока по трубопроводу 21, соединяющему объем камеры с зоной маслоохладителей. Таким образом упорный диск работает как вязкостный насос, эжектируя холодное масло по трубопроводу в камеру, а из нее к рабочей поверхности упорного диска. При работе подпятника часть пленки горячего масла 22, увлекаемого поверхностью упорного диска с выхода предшествующего сегмента, удаляется с упорного диска -передней стенкой камеры, выполняющей роль масляного скребка, а оставшийся на диске тонкий слой горячего масла на участке движения от передней стенки камеры до входа в несущий слой следующего сегмента находится в непосредственном контакте с холодным маслом, поступающим в камеру из маслоохладителей. На этом участке он интенсивно охлаждается теплопроводностью снижает свою температуру и температуру рабочей поверхности упорного диска. Так как толщина зазора на входе в сегмент в раза больше, чем на выходе из него, все дополнительное количество масла, попа - дающее, во входной зазор следующего сегмента - холодное, увлекаемое упорным диском из камеры. Основная часть потока холодного масла, встречая на своем пути переднюю грань последующего сегмента 23, направляется вдоль нее вниз, улучшая конвективную теплоотдачу от этой поверхности сегмента. Так как входное сечение трубопровода,заканчивающегося в камере, выведено в нижнюю чаеть маслоохладителя, которая обычно работает менее эффективно, чем верхняя его половина, забор масла из этой области создает в ней движение смазки, а следовательно интенсифицирует теплообмен в маслоохладителе, который сильно зависит от скорости движения смазки между трубкам маслоохладителей.

Так при зазоре между диском и козырьком мм, радиальной ширине сегментов см, средней скорости скольжения диска м/сек и числе сегментов (типичный подпятник гидрогенератора) получаем:

скорость (среднюю) движения смазки в зазоре между козырьком и диском (линейный профиль скоростей, течение Куэтта)v

ср Т Объемный расход из камеры равен

,O- , а полный расход смазки из всех камер равен

Q,. uJimjo:i 9. tf m)

Это значит, что за минуту через эту зону маслоохладителей прокачивается практически весь объем масла в ванне, что сделает работу маслоохладителей более эффективной и интенсифицирует теплообмен в ванне подпятника.

При закреплении передней стенки камеры на выходной грани сегмента вихри межсегментных каналов по-прежнему оказываются отделенными от поверхности диска потоком холодного

масла из камеры, при этом планка

горячего масла совершенно не попадает в межсегментное пространство, а контактируя с холодным маслом из камеры на всем пути движения между

сегментами максимально охлаждается причем холодное масло омывает не только входную грань последующего сегмента 24, но и выходную предшествующего сегмента 25, интенсифицируя их охлаждение.

В конструкции с удаленной торцовой стенкой камеры ее объем может дополнительно заполняться за счете центробежного напора смазки у внутреннего диаметра диска, В эту область подпятника обычно попадает прошедшее через маслоотделители достаточ- . но холодное масло.

По сравнению с прототипом положительный эффект, создаваемый данной конструкцией, заключается в следующем.

Снижается температура несущего масляного слоя и самих сегментов за счет исключения возможности попадания на вход в несущий слой сегментов масла из внешних нагретых слоев Вихревого потока, вращающегося в межсегментных каналах к удаления С диска части пленки горячего масла

передней стенкой камеры. Повышается эффективность работы маслоохладителей за счет интенсификации движения смазки в их активной зоне. Снижается температура сегментов за счет интенсификации теплоотдачи с их входных и выходных граней путем снижения темп ратуры масла, омывающегЪ эти грани сегментов. Повышается надежность и упрощается конструкция системы маслоподачи к сегментам, так как отпадает необходимость использования электронасоса подачи масла, потребляющего дополнительную электроэнергию. Технико-экономическая эффективность предлагаемого изобретения заключается в повышении надежности по пятника вследствие снижения температуры несущего масляного слоя и поверхностей трения и уменьшении ра меров подпятника путем увеличения удельной нагрузки на его сегмент.ах и уменьшении габаритов маслоохладителей. Повышается КНД гидроагрегата путем снижения потерь трения в подпят нике за счет увеличения удельной нагрузки на сегменты и срответствующего этому уменьшения площади трения. Отпадает необходимость испо льзования маслонасоса подачи смазки, двигатель которого потребляет электроэнергию. Формула изобретения 1. Подпятник электрической машины, содержащий расположенные в .масляной ванне упорйый диск, сегменты, маслоохладители и установленные в каналах между сегментами узлы подачи холодного масла в зазор между упорным диском и сегментами отличающийся тем, что, с целью увеличения нагрузочной способности подпятника и повышения надежности путем интенсификации процесса теплообмена, узлы подачи холодного масла выполнены в виде камер, открытых со стороны, обращенной к упорному диску, и соединенных через трубопроводы с маслоохладителями, причем одна из стенок каждой камеры снабжена козырьком, образующим зазор с рабочей поверхностью диска, а остальные стенки уплотнены относительно указанной поверхности диска. 2.Подпятник по п. 1, отличающийся тем, что наружная поверхность стенки каждой камеры, противоположной стенке с козырьком, закреплена на обращенной к ней боковой поверхности .сегмента. 3.Подпятник по пп. 1 и 2, о т личающийся тем, что каждая камера открыта с торцовой стороны, обращенной к оси вращения диска. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Александров А-. Е. Подпятники гидрогенераторов, М.., Энергия, 1975, с. 32-50. 2.Авторское свидетельство СССР № 585576, кл. Н 02 К 5/16, 1975ЛлА.