Устройство для восприятия осевых усилий с вала гидроагрегата

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 08. 09. 80 (21) 2980220/24" 07 511 М. КП.з с присоединением заявки Ио -(23) Н 02 К 5/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий.04.(088.8) Дата опубликования описания 07,02.83(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОСПРИЯТИЯ ОСЕВЫХ УСИЛИЙ С ВАЛА ГИДРОАГРЕГАТАИзобретение относится к машиностроению, тяжелому энерго- и электромашиностроению и предназначено для использования, например, в гидроагрегатах большой единичной мощностиУстройством для восприятия осевой нагрузки с вращающегося вала гидро- . агрегата и передачи этой нагрузки на Фундамент является подпятник (гидро- динамический упорный подшипник скольжения) .Иэвестен подпятник гидроагрегата, состоящий из заключенных в ванну сег" ментов с опорами в виде гидравлических сильФонов и диска, закрепленного на валу гидроагрегата 11.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 под-. пятник, состоящий из двух одйнаковых расположенных друг над другом подпятников, гидравлические опорные системы которых связаны для выравнивания нагрузок между подпятниками 2 1.Недостатком данной конструкции яв" ляется значительное увеличение вертикального габарита гидроагрегата,удвоенные потери трения в системеподпятников, трудность реализацииэФФективного выравнивания нагрузкимежду подпятниками из-за достаточнобольшой жесткости гидравлическихсильфонных опор - сегментов и значительных деФормаций опорных элементових ванн.Наиболее близким к предлагаемомуявляется подпятник электрической машины, состоящий иэ двух объемов, выполненных в виде вложенных одна вдругую ванн, причем внутренняя ванна трубопроводом связана с источником повышенного, давления и заключаетв себя сегменты и диск, закрепленнийна валу гидроагрегата так, что егоцилиндрические поверхности Образуютсо стенками внутренней ванны бесконтактные уплотнения. Этот подпятникобладает повышенной нагрузочной способностью, вбзникающей от действияна рабочую торцовую поверхность дис,ка. гидравлического давления, разви ваемого во внутренней ванне источником повышенного гидравлического давления (,31.Главным недостатком этого подпятника является совмещение в однойванне гидродинамического подпятника=)г, - г ) Р где соответственно внутренний и наружный радиусыдиска, см)Р - давление гидравлического напора в объеме камеры 10, кг/см Р=0,1 Н,с сегментами и гидравлического разгрузочного устройства, В этом случае длятяжелонагруженных подпятников гидроагрегатов в качестве смазки могутбыть применены лишь технические масла, а следовательно, источником повышенного гидравлического давленияможет быть только маслонасос, Отсюдаследует, что работоспособность подпятика полностью зависит от работоспообности маслонасоса, который является элементомпониженной надежности,так как включает в себя много вращающихся частей, требует наличия приводного электродвигателя и бесперебойного снабжения электроэнергией.Внутренняя ванна такого подпятникаимеет достаточно большие габариты(4-6 м в диаметре и до 1,5 м высотой) и при этом должна выдерживатьповышенное внутреннее давление без заметных деформаций стенок, так как в противном случае будет нарушена работа образованного ее стенками и диском бесконтактного уплотнения , Созданиетакой ванны представляет большие технические трудности и требует большого расхода металла, Еще один существенный недостаток известного подпятника - большое потребление электрической мощности электродвигателеммасляного насоса вследствие того ЗОчто по существующим допускам обработки поверхностей диска и ванны, образующих бесконтактное уплотнение надиаметрах порядка 5 м, одностороннийзазор между ними с учетом допустимого боя вала генератора не может бытьсделан менее 0,7 мм. При давлениивнутри ванны, например, 10 кг/см длявосполнения утечек через такой зазорбесконтактных уплотнений требуетсямаслонасос мощностью 40-50 кВт, потребляющий соответствующую электрическую мощность, При увеличении зазорав бесконтактном уплотнении до 1 мм(например, из-за деформаций стенокванны) необходимая мощность насосавозрастает до 100 кВт.Цель изобретения - повышение надежности и упрощение технологии изготовления.5 ОУкаэанная цель достигается тем,что известное устройство для восприятия осевых усилий с вала гидроагрегата, содержащее вал с закрепленнымна нем упорным диском и сегменты,размещенные н ванне, заполненной маслом, источник повышенного гидравлического давления, трубопроводы, снабжено камерой и дополнительным, закрепленным на валу, диском, помещенным в камеру и образующим с ее внут 6 Оренними цилиндрическими стенкамибесконтактные уплотнения, при этомсбъем камеры соединен . трубопроводом с источником повышенного гидравлического давления,На чертеже представлено устройст.во для восприятия осевых нагрузок с:вала гидроагрегата, вариант конкретного исполнения.На валу гидроагрегата 1 посред-ством втулки 2 закреплен упорныйдиск 3, помещенный в ванну подпятника традиционной конструкции, со,держащий сегменты 4, элементы 5 их.опирания, маслоохладители б и объем7, выполненный в виде ванныВаннаподпятника заполнена маслом.На валу 1 посредством втулки 8закреплен дополнительный диск 9,помещенный в камеру 10, выполненнуюв виде открытой ванны и соединеннуютрубопроводом 11 с источником.повышенного гидравлического давления,например с донными отверстиями верхнего бъефа плотины гидроэлектростанции или с верхним водохранилищемГАЭС. Цилиндрические поверхности диска 9 и внутренние поверхности стеноккамеры 10 образуют бесконтактныеуплотнения 12 целевого, лабиринтновихревого или винтоканавочного типа,На диске 9 укреплен отражатель 13утечек бесконтактного уплотнения,который может направлять эти утечкив водосборную камеру.Втулка 8, диск 9, камера 10, трубопровод 11, бесконтактные уплотнения 12 и отражатель 13 выполняют изантикоррозионного материала и образуют узел гидравлической разгрузкиподпятника.В данном устройстве источникомповышенного гидравлического давления является рабочий напор воды гидроагрегата,С целью повышения эффективностииспользования устройства на низконапорных гидроагрегатах, источник повьптинного гидравлического давлениясодержит насос р в ключе нный последовательно с источником напора гидроагрегатаУстройство работает следующим образом.По трубопроводу 11 вода из водохранилища гидроэлектростанции поступает в объем камеры 10 узла. гидравлической разгрузки подпятника, где"оздается повышенное гидравлическоедавление, действующее на нижнюю торцовую поверхность диска с усилиемкг)Технико-экономическая зффектив, ность изобретения состоит в следую-.65 щем,где Н - перепад высот между зеркаломводы в водохранилище и местом установки камеры 10, м,Усилие 6 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 10 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 )5 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 (Р=10 кг/см ) приведенные2.выше соотношения дают:г, м С т ЗО4 12005 1800б 2700Для электростанций с более высоким гидравлическим йапором значения Р и 6 пропорционально возрастают, что позволяет уменьшить диаметр диска и камеры узла разгрузки подпятника.В случае если гидроэлектростанция располагает малым напором воды (Н=10-40 м), в качестве источника повышенного давления можно использо" вать насос, причем для снижения мощности его двигателя насос может быть включен последовательно с гидравлическим напором станции.45По сравнению с прототипом положи" тельный эффект, создаваемый предлагаемым устройством, заключается в следующем.. 5 ОСуществует возможность изготовления предлагаемого устройства, так как технология и оборудование сов 1 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 ф в прототипе высота стенок этой ванны достигает более 1 м, так как в ней расположены сегменты, их опорные элементы, маслоохладители и т.д. Изго товление 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 величинойнеобходимого усилия гидравлическойразгрузки сегментов и прочностнымиограничениями на давление в ванне,Исходя из этого диаметр диска подпятника можно уменьшить до размеровсоответствующих размерам сегментов,что ведет к значительному уменьшениюпотерь трения вподпятнике. Добавочные потери трения в узле гидравли,ческой разгрузки сегментов подпятника будут малы, так как вязкость .воды,заполняющей его ванну, в 40-100 раэниже, 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 поверхностейдиска 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, так как в качестве источника повышенного давления смаз" ки в прототипе может использоваться лишь маслонасос, который является элементомпониженной надежности, в то время как в предлагаемом устройстве источник повышенного давления ввиде гидравлического напора станции практически неисчерпаем, не содержитмалонадежных элементов и не потребляет электрической мощности, что также повышает КПд гидроагрегата.995205 Формула изобретения аказ 665/4 Подписно НИИПИираж 6 лиал ПП Ужгород тент",роектная,4 Устройство для восприятия сверхтяжелых осевых нагрузок канала гидро.агрегата позволяет воспринимать усилия до 6000 т,в то время как современные подпятники рассчитаны на нагрузки, не превышающие 3400 т,Оснастка и уровень технологиипредприятий тяжелого электромашивостроения позволяют начать производство предлагаемых устройств для сверхмощных гидроагрегатов,Применение устройства позволяет,увеличить надежность работы гидроагрегатов и повысить их КПД примернона 0,1,15 Устройство для восприятия осевых усилий с вала гидроагрегата, содер жащее вал с закрепленным на нем упорным диском и сегменты, размещенные в ванне, заполненной маслом, источникповышенного гидравлического давления, трубопроводы, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышениянадежности и упрощения технологии изготовления, оно снабжено камерой ицополнительным,закрепленным ва валу,диском, помещенным в камеру и образующим с ее внутренними цилиндрическкми стенками бесконтактные уплотнения,при этом объем камеры соединен трубопроводом с источником повышенногогидравлического давления.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Костин К,Ф. и др. Подпятникина гидравлической опоре для мощныхгидрогенераторов. - Вестник электропромышленности, 9 4, 1955, с. 29,2. Авторское свидетельство СССРР 126544, кл. Н 02 К 5/00, 1959.3. Авторское свидетельство СССРР 838918, кл, Н 02 К 5/16, 1979.