Узел привода главного масляного насоса и регулятора скорости паровой турбины

 

Использование: в области смазочного оборудования, например паровых турбин. Сущность изобретения: узел привода главного масляного насоса и регулятора скорости паровой турбины, содержащий приводной полый вал масляного насоса, связанный одним из концов через проходящий внутри него торсионный вал с валом ротора турбины, а другим концом - с валом регулятора скорости с использованием соединений типа жесткой и зубчатой муфт, приводной полый вал масляного насоса связан с торсионным валом через промежуточный полый вал, обладающий поперечной упругостью и проходящей внутри приводного полого вала масляного насоса и вокруг торсионного вала концентрично с ними, а соединения этих валов между собой и торсионного вала с валом ротора турбины выполнены по типу жестких муфт, при этом связь приводного вала масляного насоса с валом регулятора скорости выполнена с помощью по меньшей мере одного соединения типа зубчатой муфты и последний из указанных валов установлен в радиально-упорном подшипнике. 1 ил.

Изобретение относится к области турбостроения и касается кинематической цепи передачи вращения от вала ротора паровой турбины к вспомогательным механизмам. Более точно объектом изобретения является узел привода главного масляного насоса и регулятора скорости паровой турбины.

Широко известны соединения валов в виде жестких муфт, в частности фланцевого типа, которые обеспечивают передачу значительных крутящих моментов с высокой степенью надежности, но вместе с тем и все продольные колебания и осевые подвижки от ведущего вала к ведомому. При этом любые неизбежные отклонения от соосности соединяемых валов как в поперечном, так и в угловом расположении этих валов приводят к появлению в них изгибных напряжений, величина которых зависит от стенки расцентровки. Также широко известны соединения валов в виде зубчатой муфты, которые допускают относительные осевые смещения ведущего и ведомого вала и при небольших отклонениях во взаимном угловом расположении этих валов устраняют появление изгибных напряжений. Однако при больших нагрузках, что характерно для современных мощных паровых турбин, такие соединения менее надежны, чем упомянутые первыми, и теряют свои полезные свойства при длительном сроке эксплуатации. Известны также соединения ведущего и ведомого валов с использованием промежуточного торсионного элемента, который может составлять часть одного из соединяемых валов или является отдельным валом [1] Торсионные элементы способны гасить крутильные колебания, а также часть поперечных колебаний и снижать изгибные напряжения, вызываемые отклонениями от соосности ведущего и ведомого валов. Однако последнее свойство для известных соединений с торсионными элементами проявляется в меньшей степени, чем в соединениях типа зубчатой муфты, а для обеспечения относительного осевого смещения ведущего и ведомого валов необходимо использовать дополнительные соединения соответствующего типа.

В известных узлах привода главного масляного насоса и регулятора скорости паровой турбины применяются сочетания всех указанных видов соединений.

Ближайшим аналогом настоящего изобретения является узел привода главного масляного насоса и регулятора скорости паровой турбины, содержащий приводной полый вал главного масляного насоса, связанный одним из концов через проходящий внутри него торсионный вал с валом ротора паровой турбины, а другим концом с валом регулятора скорости с использованием соединений типа жесткой и зубчатой муфт [2] В одном из вариантов реализации сущности аналога соединения приводного полого вала главного масляного насоса с торсионным валом и валом регулятора скорости выполнены по типу жестких муфт, а соединение торсионного вала с валом ротора паровой турбины в виде зубчатой муфты. Последняя предназначена в основном для обеспечения свободного относительного осевого смещения вала ротора паровой турбины и приводного вала масляного насоса и устранения передачи осевых деформаций ротора турбины на регулятор скорости, который для нормальной работы должен иметь фиксированное положение вдоль оси. В противном случае смещения регулятора скорости вдоль оси будут вносить искажения в отработке сигналов системой регулирования, которые в замкнутой схеме вызывают автоколебания. Для исключения этого, кроме использования указанной зубчатой муфты, опоры приводного вала масляного насоса дополнительно содержат упорный подшипник. Однако, как показали эксплуатационные данные, со временем происходит значительный износ этого упорного подшипника, а в ряде случаев и его разрушение. Это вызвано тем, что в результате больших нагрузок, действующих в кинематической цепи от вала ротора турбины к приводному валу масляного насоса, зубчатая муфта утрачивает свои свойства и на упорный подшипник передаются значительные по величине осевые усилия, вызванные температурными деформациями вала ротора паровой турбины. Кроме того, в описанном узле полый вал подвержен вибрациям, передаваемым на радиальные подшипники опоры, регулятор скорости и другие связанные с этим валом устройства, в частности на шестерню привода тахометра. Это обусловлено тем, что при неизбежных отклонениях в соосности приводного вала масляного насоса и вала ротора турбины торсионный вал и зубчатая муфта не способны существенно уменьшить радиальные биения и изгибные колебания.

В другой модификации реализации сущности указанного аналога соединение торсионного вала с приводным валом масляного насоса так же, как и с валом ротора турбины, выполнено в виде соединения типа зубчатой муфты, а упорный подшипник связан с диском рабочего колеса масляного насоса [3] Благодаря использованию в кинематической цепи двух соединений типа зубчатой муфты и расположению упорного подшипника на большем диаметре, его работа стала более надежной. Однако и в этой модификации при износе соединений типа зубчатой муфты все нагрузки передаются по кинематической цепи от вала ротора турбины к приводному валу масляного насоса, а изнашивание упорного подшипника не удается предотвратить.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания такого узла привода главного масляного насоса и регулятора скорости паровой турбины, в кинематической цепи которого достигалось бы максимально возможное гашение поперечных колебаний и изгибных деформаций для обеспечения стабильного функционирования соединения, компенсирующего осевые деформации вала ротора турбины.

Эта задача решена в узле привода главного масляного насоса и регулятора скорости паровой турбины, содержащем приводной полый вал масляного насоса, связанный одним концом через проходящий внутри него торсионный вал с валом ротора турбины, а другим концом с регулятором скорости с использованием соединений типа жесткой и зубчатой муфт, в котором в соответствии с сущностью настоящего изобретения приводной полый вал масляного насоса связан с торсионным валом через промежуточный полый вал, обладающий поперечной упругостью и проходящий внутри полого вала масляного насоса и вокруг торсионного вала концентрично с ними, а соединения этих валов и торсионного вала с валом ротора паровой турбины выполнены в виде жестких муфт. При этом связь приводного вала масляного насоса с валом регулятора скорости выполнена с помощью соединения типа зубчатой муфты, а последний из указанных валов установлен в радиально-упорном подшипнике.

В этом узле промежуточный полый вал вместе с торсионным валом образуют упругую систему, в которой эффективно гасятся поперечные колебания и демпфируются изгибные напряжения, не передаваясь на вал масляного насоса. При этом последний разгружен и от осевых усилий, так как не содержит упорных подшипников. В результате этого обеспечивается легкий режим работы соединения типа зубчатой муфты между полым валом масляного насоса и валом регулятора скорости, при этом передаваемая этим соединением мощность на два порядка меньше мощности, передаваемой от вала ротора турбины к валу масляного насоса. Это позволяет обеспечить надежную работу указанного соединения в течение длительного срока эксплуатации, а гарантированная фиксация регулятора скорости в осевом направлении обеспечивается радиально-упорным подшипником, связанным с валом этого регулятора скорости, который подвержен минимальным осевым нагрузкам.

Сущность настоящего изобретения поясняется следующим далее подробным описанием одного из примеров его реализации, изображенного на прилагаемом чертеже, на котором показан общий вид узла привода главного масляного насоса, а регулятора скорости паровой турбины в продольном разрезе.

На чертеже показан вал 1 ротора паровой турбины и связанные с ним вспомогательные механизмы: главный масляный насос 2 и регулятор скорости 3 с шестерней 4 привода тахометра.

Главный масляный насос 2 содержит рабочее колесо 5, которое с помощью шпоночного соединения 6 установлено на приводном валу 7. Как видно из чертежа, этот вал 7 выполнен полым, а его опоры представляют собой радиальные подшипники скольжения 8. Указанный приводной вал 7 главного масляного насоса 2 связан с валом 1 ротора паровой турбины с помощью двух промежуточных валов 9 и 10, проходящих внутри вала 7 концентрично по отношению друг к другу. При этом вал 9 изготовлен как торсионный вал, обеспечивающий гашение крутильных колебаний и обладающий поперечной упругостью. Вал 10, как это видно из чертежа, выполнен полым, располагаясь внутри вала 7 и вокруг вала 9, при этом вал 10 так же, как и вал 9, обладает поперечной упругостью.

Как видно из чертежа, вал 9 соединен не только с валом 1 ротора паровой турбины, но и с одним из концов вала 10, другой конец которого соединен с валом 7, при этом все указанные соединения выполнены в виде жестких муфт 11,12 и 13 соответственно. При этом указанные элементы образуют кинематическую цепочку от вала 1 к валу 7, в которой поперечная упругость валов 9 и 10 задана по известным расчетным зависимостям такой, чтобы при передаче вращения по указанной кинематической цепочке обеспечить гашение поперечных колебаний, обусловленных неизбежными отклонения в соосности вала 1 ротора турбины и приводного полого вала 7 главного масляного насоса 2.

Со стороны, противоположной валу 1 ротора турбины, приводной полый вал 7 связан с валом 14 регулятора скорости 3. Как видно из чертежа, этот вал 14 выполнен полым и установлен в подшипнике скольжения 15, который предназначен для восприятия как радиальных, так и осевых нагрузок, обеспечивая тем самым точную фиксацию вала 14 регулятора скорости 3 в осевом направлении. Взаимосвязь валов 7 и 14 осуществлена с помощью промежуточного вала 16, который своими концами с помощью соединений 17 и 18 типа зубчатой муфты соединен соответственно с валом 7 главного масляного насоса 2 и с валом 14 регулятора скорости 3.

Работа описанного узла привода главного масляного насоса и регулятора скорости паровой турбины происходит следующим образом.

Вращение вала 1 ротора паровой турбины через кинематическую цепь, включающую валы 9 и 10 и соединения 11, 12 и 13 передается приводному полому валу 7 главного масляного насоса 2. При этом поперечные усилия гасятся валами 9 и 10 и не передаются на вал 7, а осевые деформации, обусловленные температурным расширением ротора паровой турбины, передаются на вал 7, но благодаря его свободному в осевом направлении размещению в подшипниках 8, этот вал 7 вместе с рабочим колесом 5 главного масляного насоса 2 смещается вдоль оси и каких-либо осевых нагрузок через него не передается.

Вращение от вала 7 через вал 16 и соединения 17,18 передается валу 14 регулятора скорости 3. При этом благодаря отсутствию поперечных колебаний вала 7 и исполнению соединений 17 и 18 в виде зубчатых муфт последние обеспечивают передачу валу 14 в основном вращающего момента и только незначительных осевых усилий, возникающих в результате осевых подвижек вала 7 и наличия сил трения в соединениях 17 и 18. Однако эти усилия настолько малы, что работа подшипника 15 осуществляется в легком режиме нагрузок в течение длительного срока службы.

Формула изобретения

Узел привода главного масляного насоса и регулятора скорости паровой турбины, содержащий приводной полый вал масляного насоса, связанный одним из концов через проходящий внутри него торсионный вал с валом ротора турбины, а другим концом с валом регулятора скорости с использованием соединений типа жесткой и зубчатой муфт, отличающийся тем, что приводной полый вал масляного насоса связан с торсионным валом через промежуточный полый вал, обладающий поперечной упругостью и проходящий внутри приводного полого вала масляного насоса и вокруг торсионного вала концентрично с ними, а соединение этих валов между собой и торсионного вала с валом ротора турбины выполнены по типу жестких муфт, при этом связь приводного вала масляного насоса с валом регулятора скорости выполнена с помощью по меньшей мере одного соединения типа зубчатой муфты и последний из указанных валов установлен в радиально-упорном подшипнике.

РИСУНКИ

Рисунок 1