Реверсивный подпятник электрической машины Советский патент 1983 года по МПК H02K5/16 

Изобретение относится к маиииностроению, в частности к тяжелому электромашиностроению, и предназначено для применения, например, в обратимых гидрогенераторах - двигателях ГАЭС для восприятия осевых усилий с валов гидрогенераторов, имеюимеющих переменное направление врашения, и передачи ятих усилий на фунДс1мент.

Известен реверсивный подпятник обратимого Гидрогенератора - двигателя, содержащий устройство для созда-. ния необходимого тангенциального эксцентриситета точки опоры сегментов, представляющее кольцевую обойму, заключающую в себя все сегменты и имеющую привод от гидромоторов. При изменений направления вращения агрегата пята такого подпятника приподнимается на тормозах, а необходимый эксцентри итет сегментов создается перетаскиванием сегментов в ту или другую.сторону относительно точек опирания посредством кольцевой обоймы, приводимой в движение усилием от гидромоторов t13«

Недостатками данного подпятника являются сложность конструкции, большие габариты, металлоемкость и время.

необходимое для перевода электрической машины с генераторного в насос ный режим работы и обратно. Конструкт ция требует применения сложной системы автоматики, регулирующей последовательность операций при изменении эксцентриситета.

Наиболее близок к предлагаемому реверсивный подпятник электрической

10 машины содержит заключенные в масловЖнну пяту, выполненную в виде диска и закрепленную на валу гидрогенератора, а также ,сегменты с выемками, установленные на опорных болтах .без

15 тангенциального эксцентриситета, т.е. точка опирания каждого сегмента легжит на биссектрисе его центрального угла. Рабочая поверхность сегментов может быть облицована антифрикцион- .

20 ыыи материалом, например баббитом 2J. Недостатком известного реверсивного подпятника явялется отсутствие тангенциального эксцентриситета точек опирания сегментов (нулевой эксцент25риситет) . В этом случае условия обраэования оптимальной геометрии несущего маслянного слоя не вьшолняются (угол раскрытия сегментов мал) и как следствие, нагрузочная способность

30 известного реверсивного подпятника снижается на 20-30%, а потери трения в нем возрастают на 25-40% в сравнении с аналогичным подпятником, сегменты которого установлены на опоры с оптимальными (5-10%) значением тан генциального эксцентриситета. Указан ный недостаток приводит к тому, что известный реверсивный подпятникпри нагрузках, превышает 1000 т, работает недостаточно надежно. Цель изобретения - увеличение нагрузочной способности, снижение потерь трения и повышение уровня надел ности реверсивного подпятника путем оптимизации режимов его работы. Поставленная цель достигается тем, что в реверсивном подпятнике выемки расположены с двух сторон каж дого из сегментов на поверхностях, обращенных к пяте и каналам между сегментами, и имеют глубину в пределах от одной до пяти толщин маслянно го слоя и ширину, определяемую по формуле I .. а-Ор1Е-, где Q - ширина выемки, Б - тангенциальная длина сегмен та по дуге его среднего радиуса;, - заданная величина искуствен ного создаваемого тангенциального эксцентриситета опо сегментов,%. При этом выемки могут быть выполнены сквозными. Для облегчения режимов пуска и остановки реверсивного подпятника путем увеличения площади контакта сопряженных поверхностей пяты и сегментов, каждая выемка может быть ограничена перегородками, расположенны ми у краев сегментов. Выемки могут быть выполнены в виде пазов, открытых со стороны межсег ментного канала и разделенных перего родками. На фиг,1 изображен.-.реверсивный подпятник гидрогенератора, сечение цилиндрической поверхностью, проходя щей через дугу среднего радиуса его сегментов; на фиг.2 - то же сверху (со снятой пятой и со сквозными выем ками) ; на фиг.3,4 - выемкис перегородками у краев, oпиpaющILMиcя на пяту, возможные варианты геометрии расположения; на фиг.5 - выемки, выполненные в виде последовательности пазов, открытых в сторону межсегмент ных каналов и разделенных перегородками на фиг.6 - расчетные диаграммы Подпятник имеет пяту 1 и сегментг 2, имеющие в плане форму кольцевых секторов и опирающиеся непосредственно или через промежуточные демпфирующие опоры 3, например тарельчатые пружины, на сферические головки опор ных болтов 4, замыкающих нагрузку на фундамент агрегата. Межсегментные 5 образованы боковыми гранями iсегментов и тангенциальными упорами б, закрепленными на столе 7 корпуса подпятника. Сегменты установлены на головкахопорных болтов без танген|циального эксцентриситета {центрально опертые сегменты) и со стороны, обращенной к пяте, облицованы слоем антифрикционного материала 8, в котором на участках, примыкающих к межсегментныгл каналам 5, на вс;ю ширину сегментов выполнены выборка- 9, глубиной в пределах одной-пят} толщин несущего масляного слоя в номинальиом режиме работы подпятника (0,050,25 мм). Предлагаемый реверсивный по этятник работает следующим обрс13ом. При вращении пяты- в любом направлении, например вправо (фиг-, 6), несущий масляный слой сегмента обрс1зуется в точке А (входная кромка) рабочей поверхности сегмента и обрывается в точке С (начало выходной выбор ки), где происходит резкое расширение профиля толщины маслинного слоя. Из-за несжимаетмости смазки на участке выборки СД двление смазки будет несколько ниже атмосферного;, в области выборки будет существовать выхревре движение смазки с подпиткой: из межсегментного канаяа. Благодаря этому эффекту рабочая (эффективная) длина сегмента уменьшится на ширину выборкиПри этом точка опирания сегм:ента (точка F) оказывается смещенной относительно центра эффективной длины сегмента (точки EJ на величину сГ -- а (2, создающую положительный тангенциальный эксцентриситет с е аЕ 1--DO J- t/o Расчеты, выполненные на ЭВМ, показали, что, если глубина заглубления Выборки лежит в указанных пределах, выборка входной кромки сегмента на участке ДВ не снижает гидродинамического давления в несущем масляном, слое, так как участок рабочей поверхности сегмента ABC образует ступенчатый подшипник Рэлея. Известно, что такой сегмент обладает не худшими, чем абсолютно плоский, нагрузочньлми характерйстик;1ми. Некоторое уменьше- ние рабочей длины сегмента, происходящее вследствие исключения из работы участка длиной а выборки СД, полностью компенсируется возрастанием нагрузочной способности на участках эффективной длины сегментов, которые при любом направлении враг.ения пяты теперь

работают в условиях положительного тангенциального эксцентриситета, а несущий маслянный слой имеет геометрию, близкую к оптимальной. Как показали расчеты, выполненные на ЭВМ применительно к реверсивному подпятнику Загорской ГАЭС, профилирование рабочей поверхности сегментов этого подпятника выборками ступенчатой геометрии {авО,Об, ,01 м) увеличивает нагрузочную способность подпятника на 40% при одновременном снижении потерь трения в нем на 20-30%.

Так как выполнение выборок в виде сплошной полосы при остановленном подпятнике уменьшает площадь контакта пяты и сегментов, удельное давление на этой площгши повышается, что может неблагоприятно отразиться режимах пуска подпятника, не оборудованного системой принудительнрй подачи масла высокого давления к рабочим поверхностям сегментов при пуске. С целью уменьшения площади выборок они могут выполняться в виде карманов (фиг.4) или последовательности карманов (фиг.5). В этих вариантах площадь, выборок может быть уменьшена на 40-60% и доведена до 5-7% от полной площади сегментов (вместно 1520% при полосовой выборке) без сколько-нибудь заметного снижения нагрузочной способности. Столь незначительное уменьшение поверхности контакта пяты и сегментов не может отрицательно сказываться на пусковых режимах .

Реверсивный подпятник с центрально опертыми сегментами в номинальных режимах при любом направлении вращения пяты работает в условиях положительного эксцентриситета опор сегментов, что определяет оптимальную геометрию несущего маслянного слоя и соответственно этому более высокую нагрузочную способность конструкции, а также уменьшение потери трения.

Выполнение выборок на рабочей поверхности сегментов предполагает их шабровку, которая не представляет;-. трудностей не только на заводе-изготовителе, но и в условиях эксплуатации на ГЭС.

Благодаря созданию в реверсивном подпятнике с центрально установленными сегментами эффекта положительного эксцентриситета опор при любом нап#а равлении вращения пяты, его нагрузочную способность можно увеличить на 30-40% без увеличения габарита подпятника ч его металлоемкости, а габариты предлагаемого подпятника, расчитанного на ту же нагрузку, что и

прототип, могут быть значительно уменьшены.

Предлагаемая конструкция реверсивного подпятника имеет примерно на треть меньше потери трения, а экономический эффект составляет около 10000 руб. в год.

Вследствие оптимизации рабочего режима подпятника уровень его. надежности значительно возрастает, а аварийность снижается.

Формула изобретения

1 .Реверсивный подпятник электрической машины, содержащий масляную ванну, в которой расположены закрепленная на валу пята и сегменты с выемками, установленные на,расположенных

на биссектрисе центрального угла

каждого сегмента опорах с образованием каналов между сегментами, о тличающийс я тем, что, с целью уменьшения нагрузочной способности, снижения потерь трения и повышения эксплуатационной надежности, выемки расположены с двух сторон каждого из сегментов на поверхностях, обргаденных к пяте и каналал5И между сегментами, и имеют глубину в пределах от одной до пяти толщин маслянного слоя и ширину, определяемую по формуле

Q-o,oae-8,

где а - ширина выемки;

6 - тангенциальная длина сегмента по дуге среднего радиуса; - заданная величина тангенциального эксцентриситета опор сегментов, %.

2. Реверсивный подпятник по п.1, отличающийся тем, что выемки выполнены сквозными.

3.Реверсивный подпятник по п.1, отличающийся тем, что

выемки ограничены перегородками, расположенными у краев сегментов и сопряженными с пятой.

4,Реверсивный подпятник по п.1, отличающийся тем, что

выемки вьтолнены в виде пазов, разделенных перегородками, сопряженными с пятой.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Thrust Bearing forHigh Speed Large-Capacity Water Turbine-Generator. - Xumarau Xepon 1974, т. 56, 12.

2. Авторское свидетельстйй СССР

по заявке 3215096/24-07, Н 02 К 5/1Ь,

1980;

3 f 3

фуг. /

7

Фуг.

0eff. /