Устройство для восприятия осевых усилий с вала гидроагрегата

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22} Заявлено 08. 09 ° 80 (21) 2980220/24" 07 (51) М. КП с присоединением заявки Ио— (23) Н 02 К 5/00

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

Приоритет

Опубликовано 07.02.83. Бюллетень М. 5

1 (53) УДК 621.313. .04. (088. 8) Дата опубликования описания 07. 02. 83 (72) Авторы изобретения

Г.М.Зимин, Ю.В.Ердяков, Ю.Ф.Хозиков н A

1

:- - .-:..1:::.:.

1 -".)

1 !.

Всесоюзный научно-исследовательский .ищ"Фитут : ;:,... электромашкностроения -.

3 4 (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОСПРИЯТИЯ ОСЕВЫХ УСИЛИЙ

С ВАЛА ГИДРОАГРЕГАТА

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 гидроагрегата и передачи этой нагрузки на . фундамент является подпятник (гидро динамический упорный подшипник скольжения) .

Иэвестен подпятник гидроагрегата, состоящий из заключенных в ванну сегментов с опорами в виде гидравличесКих сильфонов и диска, закрепленного на валу гидроагрегата (lj

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 двухъярусный подпятник, состоящий из двух одйнаковых расположенных друг над другом подпятников, гидравлические опорные системы которых связаны для выравнивания нагрузок между подпятниками f 2 ).

Недостатком данной конструкции является значи=:-ельное 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 является подпятник электрической машины, состоящий иэ двух объемов, выполненных в виде вложенных одна в другую ванн, причем внутренняя ванна трубопроводом связана с источником повышенного .давления и заключает в себя сегменты и диск, закрепленнЫй на валу гидроагрегата так, что его цилиндрические поверхности Образуют со стенками внутренней ванны бесконтактные уплотнения. Этот подпятник обладает повышенной нагрузочной способностью, вбзникающей от действия на рабочую торцовую поверхность дис,ка гидравлического давления, разви25 ваемого во внутренней ванне источником повышенного гидравлического давления (31.

Главным недостатком этого подпятника является совмещение в одной ванне гидродинамического подпятника

995205 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 по- 5 вышенного гидравлического давления может быть только маслонасос, Отсюда следует, что работоспособность подпятика полностью зависит от работоспообности маслонасоса, который является элементом пониженной надежности, так как включает в себя много вра щающихся частей, требует наличия приводного 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 при этом должна выдерживать повышенное внутреннее давление без заметных деформаций стенок, так как в противном случае будет нарушена работа образованного ее стенками и диском бесконтактного уплотнения . Создание такой ванны представляет большие технические трудности и требует большого расхода металла. Еще один существенный недостаток известного подпятника — большое потребление электрической мощности электродвигателем масляного насоса вследствие того,, 36 что по существующим допускам обработки поверхностей диска и ванны, образующих 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 для восполнения утечек через такой зазор бесконтактных уплотнений требуется маслонасос мощностью 40-50 кВт, потребляющий соответствующую электрическую мощность. При увеличении зазора в бесконтактном уплотнении до 1 мм (например, из-за деформаций стенок ванны) необходимая мощность насоса возрастает до 100 кВт.

Цель изобретения — повышение надежности и упрощение технологии изготовления.

5О

Укаэанная цель достигается тем, что известное устройство для восприятия осевых усилий с вала гидроагрегата, содержащее вал с закрепленным на нем упорным диском и сегменты, размещенные н ванне, заполненной мас- зз лом, источник повышенного гидравлического давления, трубопроводы, снабжено камерой и дополнительным, закрепленным на валу, диском, помещен ным в камеру и образующим с ее внут 6О ренними цилиндрическими стенками бесконтактные уплотнения, при этом сбъем камеры соединен . трубопроводом с источником повышенного гидравлического давления.

На чертеже представлено устройство для восприятия осевых нагрузок с

:вала гидроагрегата, вариант конкретного исполнения.

На валу гидроагрегата 1 посред- ством втулки 2 закреплен упорный диск 3, помещенный в ванну подпятника традиционной конструкции, со,цержащий сегменты 4, элементы 5 их. опирания, маслоохладители б 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 в 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 целевого, лабиринтно вихревого или винтоканавочного типа, На диске 9 укреплен отражатель 13 утечек бесконтактного уплотнения, который может направлять эти утечки в водосборную камеру.

Втулка 8, диск 9, камера 10, трубопровод 11, бесконтактные уплотнения 12 и отражатель 13 выполняют из антикоррозионного материала и образуют узел гидравлической разгрузки подл я тн ик а.

В данном устройстве источником повышенного гидравлического давления является рабочий HaIIop воды гидроагрегата.

С целью повышения эффективности использования устройства на низконапорных гидроагрегатах, источник повьпаенного гидравлического давления содержит lic3cocр включенный последо вательно 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 цавление, действующее на нижнюю торцовую поверхность диска с усилием (кг) где y ) — соответственно внутрен ний и наружный радиусы диска, см> р — давление гидравлического напора в объеме камеры 10, кг/см

P =0>3 H

995205

Технико-экономическая зффектив., ность изобретения состоит B следую-.

65 щем. где Н вЂ” перепад высот между зеркалбм воды в водохранилище и местом установки камеры 10, м.

Усилие G разгружает сегменты подпятниха традиционного исполнения, который можно рассчитать на восприятие лишь оставшейся части полного осевого усилие на валу гидроагрегата.

Так, например, узел гидравлической разгрузки сегментов может быть рассчитан на восприятие нагрузки несколько меньшей, чем вес вращающихся частей гидроагрегата, тогда подпятник уст -. ройства рассчитывают лишь на усилие от осевой реакции воды на лопастях турбины. В этом случае условия пуска i5 и остановки подпятника будут резко облегчены, так как этим режимам будут соответствовать весьма малые удельные давления на сегментах. Повышенное гидравлическое давление поддерживается в камере 10 за счет ограничения утечек воды из нее бесконтактными уплотнениями 12 как при вращении,так и во время стоянки гидроагрегата. Современные гидроагрегаты, особенно обратимые, работают при напорах воды, значительно превышающих 100 м. Однако уже для

Н=100 м (P=10 кг/см ) приведенные 2. выше соотношения дают: г, м G, т ЗО

4 1200

5 1800 б 2700

Для электростанций с более высоким гидравлическим йапором значения

Р и G пропорционально возрастают, что позволяет уменьшить диаметр диска и камеры узла разгрузки подн.

В случае если гидроэлектростанция располагает малым напором воды (И=10-40 м), в качестве источника повышенного давления M0EHQ использовать насос, причем для снижения мощности его двигателя насос может быть включен последовательно с гидравлическим напором станции.

По сравнению с прототипом положительный эффект, создаваемый предлагаемым устройством, заключается в следующем.

I. 59

Существует возможность изготовления предлагаемого устройства, так как технология и оборудование сов)ременных предприятий тяжелого электромашиностроения отвечают техническим.требованиям к конструкции предлагаемого устройства. Причина этого— в малой высоте стенок камеры, подверженной внутреннему действию повышен-. 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 элементы, маслоохладители и т.д. Изго»

-.овление 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 тяжелого электромашиностроения практически не представляется возможным. Прочностный расчет, выполненный 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 гидравлической 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 ведет к значительному уменьшению потерь трения в подпятнике. Добавоч« ные потери трения в узле гидравли,ческой разгрузки сегментов подпятника будут малы, так как вязкость .воды, заполняющей его ванну, в 40-100 раэ 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 минимальными, так как эти поверхности никогда не контактируют с другими деталями. Изготовление такого диска будет недорогим и технологичным.

По сравнению с прототипом предлагаемое устройство обладает повышенной надежностью, -ак как в качестве источника повышенного давления смазки в прототипе может использоваться лишь маслонасос, который является элементом пониженной 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.

995205

Формула изобретения

Устройство для восприятия сверхтяжелых осевых нагрузок канала гидроагрегата позволяет воспринимать усилия до 6000 т,в то время как современные подпятники рассчитаны на нагрузки, не превышающие 3400 т.

Оснастка и уровень технологии предприятий тяжелого электромашиностроения позволяют начать производство предлагаемых устройств для сверхмощных гидроагрегатов, Применение устройства позволяет .увеличить надежность работы гидроагрегатов и повысить их КПД примерно на 0,1%.

Устройство для восприятия осевых усилий с вала гидроагрегата, содер- 20 жащее вал с закрепленным на нем упорным диском и сегменты, размещенные в ванне, заполненной маслом, источник повышенного гидравлического давления, трубопроводы, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения надежности и упрощения технологии изготовления, оно снабжено камерой и цополнительным, закрепленным на валу, диском, помещенным в камеру и о:раэующим с ее внутренними цилиндрическими стенками бесконтактные уплотнения, при этом объем камеры соединен трубопроводом с источником повышенного гидравлического давления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Костин К.Ф. и др. Подпятники на гидравлической опоре для мощных гидрогенераторов. — Вестник электропромышленности, 9 4, 1955, с. 29.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 126544, кл. Н 02 К 5/00, 1959.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 838918, кл, Н 02 К 5/16, 1979.

ВНИИПИ Заказ 665/40

Тираж 685 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðîä, ë.Ïðîåêòíàÿ,4