Устройство для восприятия осевых усилий с вала гидроагрегата Советский патент 1983 года по МПК H02K5/00 

Изобретение относится к машиностроению, тяжелому энерго- и электромашиностроению и предназначено для использования, например, в гидроагрегатах большой единичной мощности.

Устройством для восприятия осевой нагрузки с вращающегося вала гидро- :агрегата и передачи этой нагрузки на фундамент является подпятник (гидро динамический упорный подшипник скольжения) .,

Ийвестен подпятник гидроагрегата, состоящий из заключенных в ванну сегментов с опорами в виде гидравлических сильфонов и диска, закрепленного на валу гидроагрегата l. Грузоподъемность такого подпятника ограничена усилиями порядка 3 тыс. тонн, в то время как развитие гидроэнергетики выдвигает задачу создания подпятников на нагрузки 7 тыс.тонн.

Известен также вухъярусный подгпятник, состоящий из двух одинаковых расположенных друг над другом подпятников, гидравлические опорные системы которых связаны для выравнивания нагрузок между подпятниками 2 1

Недостатком данной конструкции является значительное увеличение вертикального габарита гидроагрегата.

удвоенные потери трения в системе подпятников, трудность реализации эффективного выравнивания нагрузки между подпятниками из-за достаточно большой жесткости гидравлических сильфонных опор - сегментов и значительных деформаций опорных элементов их ванн.

Наиболее близким к предлагаемому

10 является подпятник электрической машины, состоящий из двух объемов, выполненных в виде вложенных одна в другую ванн,, причем внутренняя ванна трубопроводом связана с источни15ком повышенного .давления и заключает в себя сегменты и диск, закрепленный на валу гидроагрегата так, что его (Цилиндрические поверхности со стенками внутренней ванны бескон20тактные уплотнения. Этот подпятник обладает повышенной нагрузочной способностью, вбзникаюйей от действия на рабочую торцовую поверхность дис,ка гидравлического давления, разви25 ваемого во внутренней ванне источником повышенного гидравлического давления з.

Главным недостатком этого подпятника является совмещение в одной

30 ванне гидродинамического подпятника с сегментами и гидравлического разгрузочного устройства, В этом случае для Тяжелонагруженных подпятников гидроагрегатов в качестве смазки могут быть применены лишь технические масла, а следовательно, источником повышенного гидравлического давления может быть только маслонасос. Отсюда следует, что работоспособность подпя ника полностью зависит от работоспособности маслонасоса, который является элементомпониженной надежности так как включает в себя много вра1щающихся частей, требует наличия при водного электродвигателя и бесперебойного снабжения электроэнергией.; Внутренняя ванна такого подпятника имеет достаточно большие габариты (4-6 м в диаметре и до 1,5 м высотой) и приэтом должна выдерживать повышенное внутреннее давление без з метных деформаций стенок, так как в противном случае будет нарушена работа образованного ее стенками и диском бес контактного уплотнения . Создание такой ванны представляет большие тех нические трудности и требует большого расхода металла. Еще один существенный недостаток известного подпятника - большое потребление электрической мощности электродвигателем масляного насоса вследствие того, , что по существующим допускам обработки поверхностей диска и ванны, об разующих бесконтактное уплотнение на диаметрах порядка 5 м, односторонний зазор между ними с учетом допустимого боя вала генератора не может быть сделан менее 0,7 мм При давлении внутри ванны, например, 10 кг/см дл восполнения утечек через такой зазор бесконтактных уплотнений требуется маслонасос мощностью 40-50 кВт, потребляющий соответствующую электричес кую мощность. Приувеличении зазора в бесконтактном уплотнении до 1 мм (например, из--за деформаций стенок ванны) необходимая мощность насоса возрастает до 100 кВт. Цель изобретении - повышение наде нести и упрощение технологии изготов ления. Указанная цель достигается тем, что известное устройство для восприя тия осевых усилий с вала гидроагрегата,, содержащее вал с закрепленным на нем упорным диском и сегменты, размещенные в ванне, заполненной мае лом, источник повышенного гидравлического давления, трубопроводы, снаб жено камерой и дополнительным, закрепленным на валу, диском, помещенным в камеру и образующим с ее внутранними цилиндрическими стенками бесконтактные уплотнения, при этом объем камеры соединен трубопроводом с источником повышенного гидравл ческого давления. На чертеже представлено устройство для восприятия осевых нагрузок с вала гидроагрегата, вариант конкретного исполнения. На валу гидроагрегата 1 посредством втулки 2 закреплен упорный диск 3, помещенный в ванну подпятника традиционной конструкции, содержащий сегменты 4, элементы 5 их опирания, маслоохладители 6 и объем 7, выполненный в виде ванны. .Ванна подпятника заполнена маслом. На валу 1 посредством втулки 8 закреплен дополнительный диск 9, помещенный в камеру 10, выполненную ш виде открытой ванны и соединенную трубопроводом 11 с источником, повышенного гидравлического давления, например с донными отверстиями верхнего бъефа плотины гидроэлектростанции или с верхним водохранилищем ГАЭС. Цилиндрические поверхности диска 9 и внутренние поверхности стенок камеры 10 образуют бесконтактные уплотнения 12 щелевого, лабиринтно вихревого или винтоканавочного типа, На диске 9 укреплен отражатель 13 утечек бесконтактного уплотнения, который может направлять эти утечкк в водосборную камеру. Втулка 8, диск 9, камера 10, трубопровод 11, бесконтактные уплотнения 12 и отражатель 13 вьшолняют из антикоррозионного материала и образуют узел гидравлической разгрузки подпятника. В данном устройстве источником повьпиенного гидравлического давления является рабочий напор воды ri-щроагрегата. С целью повышения эффективности использования устройства на низконапорных гидроагрегатах, источник по.вышенного гидравлического давления содержит ijacoc, включенный последовательно с источником напора гидроагрегата. Устройство работает следующим образом. По трубопроводу 11 вода из водохранилища гидроэлектростанции поступает в объем камеры 10 узла гидравлической разгрузки подпятника, где :;оздается повышенное гидравлическое давление, действующее на нижнюю тордовую поверхность диска с усилием (кг) G,--it(ri-r;)p соответственно внутренгде Г. 1- ний и наружный радиусы диска, см; давление гидравлического напора в объеме камеры 10, кг/см . , где Н - перепад высот между зеркалом воды в водохранилище и местом установки камеры 10, м. Усилие G разгружает сегменты подпятника традиционного исполнения, который можно рассчитать на восприятие лишь оставшейся части полного осевого усилие на валу гидроагрегата Так, например, узел гидравлической .разгрузки сегментов может быть рассч тан на восприятие нагрузки несколько меньшей, чем вес вращающихся частей, гидроагрегата, тогда подпятник ,ройства рассчитывают лишь на усилие от осевой реакции воды на лопастях турбины. В этом случае условия пуска и остановки подпятника будут резко облегчены, так как этим режимам буду соответствовать весьма малые удельны давления на сегментах. Повышенное гидравлическое давление поддерживается в камере 10 за счет ограничения утечек воды из нее бесконтактными упло нениями 12 как при вращении,так и во : время стоянки гидроагрегата.Современные гидроагрегаты,особенно обратимые, работают при напорах воды, значитель но превышающих 100 м. Однако уже для м (Р-10 кг/см) приведенные выше соотношения дают: Гл, мG, т 41200 51800 62700 Для электростанций с более высоким гидравлическим напором значения Р и G пропорционально возрастают, чт позволяет уменьшить диаметр диска и камеры узла разгрузки подпятника. В случае если гидроэлектростанция располагает малым напором воды (Н10-40 м), в качестве источника по вышенного давления можно использовать насос, причем для снижения мощности его двигателя насос может быть включен последовательно с гидравлическим напором станции. По сравнению с прототипом положи тельный эффект, создаваемый предлагаемым устройством, заключается в следующем. .1. Существует возможность изготовления предлагаемого устройства, так как технология и оборудование современных предприятий тяжелого электромашиностроения отвечают техническим, требованиям к конструкции предла гаемого устройства. Причина - в малой высоте стенок камеры, подверженной внутреннему действию повыыен- ного давления (до 30 см), и в цельности ее конструкции. В то же время в прототипе высота стенок этой ванны достигает более 1 м, так как в ней расположены сегменты, их опорные эле менты, маслоохладители и т.д. Изготовление такой ванны, обладающей жесткостью, достаточной для нормальной работы бесконтактных уплотнений, . с учетом разъемности конструкции ванны для доступа к маслоохладителям и сегментам при их ревизии в настоящее время на заводах тяжёлого электромашиностроения практически не представляется возможным. Прочностный расчет, вьшолненный для ванны предлагаемого устройства, показал, что при толщине стальных стенок камеры 5 см, ее диаметре 5 м и внутреннем давлении 10 кг/см радиальные перемещения стенок не превосходят 0,14 мм, что вполне допустимо для нормальной работы уплотнений. Выделение узла гидравличе.ской разгрузки подпятника в отдельную конструкцию снимает требование к размеру диска гидродинамического подпятника традиционной конструкции, входящего в данное устройство. В прототипе эти требования обуславливались величиной необходимого усилия гидравлической разгрузки сегментов и прочностными ограничениями на давление в ванне. Исходя из этого диаметр диска подпятника можно уменьшить до размеров соответствующих размерам сегментов, что вадет к значительному уменьшению потерь трения вподпятнике. Добавочные потери трения в узле гидравлической разгрузки сегментов подпятни- . ка будут малы, так как вязкость .воды, заполняющей его ванну, в 40-100 раз ниже, чем у турбинного масла, заливаемого в подпятник. Отсюда следует-, что потери трения в предлагаемом устройстве- ниже, чем для прототипа. Это повысит общий КПД гидрогенератора.. Требования к классу точности и чистоте обработки торцовых поверхностей диска узла гидравлической разгрузки сегментов подпятника могут быть самыми минимаЛьньвии, так как эти поверхности никогда не контактируют с другими деталями. Изготовление такого диска будет недорогим и технологичным. По сравнению с прототипом предлагаемое устройство обла.дает повышенной надежностью, так как. в качестве источника повышенного давления смазки в прототипе может использоваться лишь маслонасос, который является элементомпониженной надежности, в то время как в предлагаемом устройстве источник повышенного давления в виде гидравлического напора станции практически неисчерпаем, не содержит малонадежных элементов и не потребляет электрической мощности, что также повышает КПД гидроагрегата. Технико-экономическая эффективг, ность изобретения состоит в следую-. щем.