RU2144726C1

RU2144726C1 - Thrust bearing oil bath for hydraulic- turbine generator

Info

Publication number: RU2144726C1
Application number: RU98113038A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Морозов; И.Л. Краснощеков; С.Л. Степанов; А.А. Романов; В.А. Хуртин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Ресурс-Н"
Priority date: 1998-06-29
Filing date: 1998-06-29
Publication date: 2000-01-20

Abstract

FIELD: hydroelectric and pumped storage plants. SUBSTANCE: oil bath has body, cover, rotor hub press-fitted onto its shaft. External seal cavity of oil bath cover accommodates coolers made in the form of separate sections mounted on respective segments of gland. Each section is connected on inlet joint side to low-temperature coolant source and on outlet joint side, to perforated annular chamber installed on external side of cover external seal in vicinity of its joint with rotor hub. External seal of cover is coated with heat- insulating material and joints of sections are located beyond external seal of cover. EFFECT: improved reliability, economic efficiency, and repairability. 4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к конструкции электрических машин вертикального типа, например гидрогенератора и может быть использовано во всех гидроагрегатах ГЭС и ГАЭС. The invention relates to electrical engineering, in particular to the design of vertical-type electric machines, for example, a hydrogenerator, and can be used in all hydroelectric power stations and PSPs.

Известна конструкция гидрогенератора (а.с. N 1767624, МПК H 02 K 5/16) содержащая масляную ванну подпятника, имеющую корпус, опорные элементы, выгородку, крышку с размещенными на ее внешней стороне конденсаторами масляных паров и кольцевым фильтром, установленным вблизи втулки остова ротора, а также центробежные маслоотделители и эжекторы, причем внутренняя полость масляной ванны трубопроводом через соответствующий конденсатор и маслоотделитель соединена с окружающей средой, а открытый конец трубопровода размещен внутри эжектора. A known design of a hydrogenerator (a.s. N 1767624, IPC H 02 K 5/16) containing a thrust bearing oil bath having a housing, supporting elements, a baffle, a lid with oil vapor condensers and an annular filter mounted on its outer side, installed near the core of the core of the rotor, as well as centrifugal oil separators and ejectors, the inner cavity of the oil bath being connected to the environment through a suitable condenser and oil separator, and the open end of the pipeline is placed inside the ejector.

Недостаток данной конструкции состоит в том, что в процессе работы гидрогенератора не исключена возможность засасывания влажного воздуха из подроторного пространства в полость масляной ванны. При этом вода, конденсируясь из паровоздушной смеси в конденсаторах будет все время стекать в масляную ванну наряду с конденсированным из паров маслом, постоянно насыщая при этом смазку. Проникновение влажного воздуха в полость масляной ванны обусловлено тем, что в силу ряда конструктивных и эксплуатационных особенностей генераторов некоторых типов не представляется возможным надежно отфильтровывать влагу из воздуха, поступающего в масляную ванну в районе втулки остова ротора. The disadvantage of this design is that during the operation of the hydrogenerator, the possibility of sucking in moist air from the rotor space into the cavity of the oil bath is not ruled out. At the same time, the water, condensing from the vapor-air mixture in the condensers, will always drain into the oil bath along with the oil condensed from the vapor, constantly saturating the lubricant. The penetration of moist air into the cavity of the oil bath is due to the fact that, due to a number of design and operational features of some types of generators, it is not possible to reliably filter out moisture from the air entering the oil bath in the vicinity of the rotor core sleeve.

Кроме того, в процессе работы гидрогенератора масло, находящееся в масляной ванне, закручивается, бурлит, пенится и интенсивно испаряется по всей, и притом весьма значительной, свободной поверхности, а наличие осевых биений вала турбины инициирует возникновение еще и приливно-отливных явлений. В этих условиях движение паровоздушных потоков в полости масляной ванны является существенно турбулентным, и, следовательно, возникновение сколько-нибудь устойчивого движения паров масла в радиальном направлении от центра к периферии масляной ванны крайне затруднено. In addition, during the operation of the hydrogenerator, the oil in the oil bath twists, boils, foam and intensively evaporates over the entire, and moreover, very significant, free surface, and the presence of axial beats of the turbine shaft initiates the occurrence of tidal phenomena. Under these conditions, the movement of vapor-air flows in the cavity of the oil bath is essentially turbulent, and, therefore, the emergence of any stable movement of oil vapor in the radial direction from the center to the periphery of the oil bath is extremely difficult.

Это требует увеличения количества конденсаторов для обеспечения эффективного отбора масляных паров из полости масляной ванны (особенно на крупных генераторах) и создания на входах в конденсаторы значительно большего разряжения, чем то, что возникает в районе втулки остова ротора при работе гидрогенератора, для недопущения выхода паров масла в подроторное пространство через зазор между фильтром и втулкой. This requires an increase in the number of condensers to ensure efficient selection of oil vapors from the cavity of the oil bath (especially on large generators) and to create significantly greater vacuum at the inlets of the capacitors than what occurs in the region of the rotor core sleeve during operation of the hydrogenerator, in order to prevent the release of oil vapor into the rotor space through the gap between the filter and the sleeve.

Таким образом, известный генератор обладает недостаточной надежностью и недостаточной ремонтопригодностью ввиду сложности монтажа и/или демонтажа навесного оборудования масляной ванны при его межремонтном обслуживании. Thus, the known generator has insufficient reliability and insufficient maintainability due to the complexity of the installation and / or dismantling of the attachment equipment of the oil bath during its overhaul maintenance.

Наиболее близкой к заявляемой и принятой за прототип является конструкция масляной ванны подпятника гидрогенератора (а.с. N 875541, МПК H 02 K 5/12), содержащая корпус, крышку, втулку, насаженную на вал ротора и уплотняющие камеры, размещенные по внутреннему и наружному диаметрам втулки, с установленными в них охладителями, выполненными в виде кольцевых труб и предназначенными для конденсации масляных паров. Closest to the claimed and adopted for the prototype is the design of the oil bath of the thrust plate of the hydrogenerator (a.s. N 875541, IPC H 02 K 5/12), comprising a housing, a cover, a sleeve mounted on the rotor shaft and sealing chambers placed on the inside and the outer diameters of the sleeve, with coolers installed in them, made in the form of annular tubes and designed to condense oil vapors.

Необходимо отметить, что количество попадающей при этом в масло воды определяется содержанием влаги в воздухе, находящимся лишь в свободном объеме полости масляной ванны подпятника гидрогенератора. It should be noted that the amount of water getting into the oil is determined by the moisture content in the air, which is only in the free volume of the cavity of the oil bath of the thrust of the hydrogenerator.

К недостаткам данной конструкции относится недостаточная надежность, обусловленная наличием вероятности выхода некоторой части паров масла за пределы внешней уплотняющей камеры в подроторное пространство, поскольку сама камера находится в зоне разряжения, создаваемого при работе системы вентиляции гидрогенератора. The disadvantages of this design include the lack of reliability due to the likelihood of a certain part of the oil vapor leaving the external sealing chamber in the rotor space, since the chamber itself is in the rarefaction zone created by the operation of the hydrogenerator ventilation system.

Кроме того, трудоемкость монтажа и/или демонтажа кольцевых охладителей в процессе проведения плановых профилактических мероприятий и межремонтного обслуживания гидрогенератора снижает его экономичность в обслуживании и ремонтопригодность. In addition, the complexity of the installation and / or dismantling of ring coolers in the process of carrying out scheduled preventive measures and maintenance between the hydrogenerators reduces its efficiency in maintenance and maintainability.

Поставлена задача повысить эксплуатационную надежность и экономичность в обслуживании и ремонтопригодности электрических машин. The task is to increase operational reliability and efficiency in the maintenance and maintainability of electrical machines.

Поставленная задача решается за счет того, что в масляной ванне подпятника гидрогенератора, имеющего статор и ротор с обмотками, содержащей корпус, крышку, втулку остова ротора, насаженную на его вал, и наружное уплотнение крышки масляной ванны с установленными в его полости охладителями, согласно изобретению охладители выполнены в виде отдельных, не связанных между собой секций, установленных и закрепленных независимо друг от друга на соответствующих сегментах корпуса наружного уплотнения, при этом каждая секция со стороны входного разъема соединена с источником низкотемпературного хладоагента, например вихревой трубой, а со стороны выходного разъема - с перфорированной кольцевой камерой. The problem is solved due to the fact that in the oil bath of the thrust bearing of the hydrogenerator having a stator and rotor with windings, comprising a housing, a cover, a rotor core sleeve mounted on its shaft, and an outer seal of the oil bath cover with coolers installed in its cavity, according to the invention coolers are made in the form of separate, unconnected sections installed and fixed independently from each other on the corresponding segments of the outer seal housing, with each section on the input side ema connected to a source of low-temperature coolant, e.g. vortex tube, and from the output connector - with the perforated annular chamber.

Кроме того, стыковочные разъемы секций вынесены за пределы наружного уплотнения, а каждая секция соединена с источником низкотемпературного хладоагента трубопроводом или гибким шлангом. In addition, the docking connectors of the sections are outside the outer seal, and each section is connected to the source of the low-temperature refrigerant by a pipe or a flexible hose.

Кроме того, перфорированная кольцевая камера установлена на внешней стороне наружного уплотнения в зоне его стыка с втулкой остова ротора, а наружное уплотнение снабжено теплоизолирующим покрытием. In addition, a perforated annular chamber is installed on the outer side of the outer seal in the area of its junction with the rotor core sleeve, and the outer seal is provided with a heat insulating coating.

Новым в предлагаемом устройстве является выполнение охладителей в виде отдельных секций, каждая из которых установлена на соответствующем сегменте наружного уплотнения, и установление в зоне стыка наружного уплотнения с втулкой остова ротора перфорированной камеры, соединенной с охладителями. New in the proposed device is the implementation of coolers in the form of separate sections, each of which is installed on the corresponding segment of the outer seal, and the installation in the joint area of the outer seal with the core of the rotor core of the perforated chamber connected to the coolers.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками заявленного изобретения, что позволяет сделать вывод о соответствии заявленного решения критерию "новизна". The analysis of the prior art allowed us to establish that the applicant did not find an analogue characterized by the features of the claimed invention, which allows us to conclude that the claimed solution meets the criterion of "novelty."

Дополнительный поиск известных решений, совпадающих с отличительными от прототипа признаками, показал, что предлагаемое решение соответствует критерию "изобретательский уровень". An additional search for known solutions that match the distinctive features of the prototype showed that the proposed solution meets the criterion of "inventive step".

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показан продольный разрез предлагаемой конструкции масляной ванны подпятника гидрогенератора. The invention is illustrated in the drawing, which shows a longitudinal section of the proposed design of the oil bath of the thrust of the hydrogenerator.

Масляная ванна подпятника гидрогенератора содержит корпус 1 и крышку 2 с установленным на ней в районе втулки остова ротора 3 наружным уплотнением 4, в полости которого размещения охладители 5, служащие для конденсации масляных паров. Охладители 5 выполнены в виде отдельных не связанных между собой секций, по которым пропускается низкотемпературный хладоагент. The oil bath of the hydrogenerator foot contains a housing 1 and a cover 2 with an external seal 4 mounted on it in the area of the sleeve of the rotor core 3, in the cavity of which are placed coolers 5, which serve to condense oil vapor. Coolers 5 are made in the form of separate unconnected sections through which a low-temperature refrigerant is passed.

При этом секции охладителей 5 установлены и закреплены независимо друг от друга на соответствующих сегментах наружного уплотнения 4 крышки 2 масляной ванны. Каждая секция охладителей 5 при помощи трубопровода 6 через входной стыковочный разъем 7 соединена с источником хладоагента, например, вихревой трубой 8 (показана пунктиром), а при помощи выходного стыковочного разъема 9 - с перфорированной кольцевой камерой 10. Стыковочные разъемы 7 и 9 секций вынесены за пределы наружного уплотнения 4 крышки 2. The sections of coolers 5 are installed and fixed independently from each other on the corresponding segments of the outer seal 4 of the cover 2 of the oil bath. Each section of coolers 5 is connected through a pipe 6 through an inlet docking connector 7 to a source of refrigerant, for example, a vortex tube 8 (shown by a dotted line), and through an outlet docking connector 9 - with a perforated annular chamber 10. The docking connectors 7 and 9 of the sections are outside outer seal limits 4 covers 2.

Перфорированная кольцевая камера 10 установлена на внешней стороне наружного уплотнения 4 крышки 2 в зоне его стыка с втулкой остова ротора 3 и предназначена для сброса хладоагента после его прохождения через секции охладителей 5 и создания в подроторном пространстве в районе втулки остова ротора 3 области повышенного давления. Для снижения интенсивности теплообмена наружное уплотнение 4 крышки 2 снабжено телпоизолирующим покрытием 11. A perforated annular chamber 10 is installed on the outer side of the outer seal 4 of the cover 2 in the area of its junction with the sleeve of the rotor core 3 and is designed to discharge the refrigerant after passing through the cooler sections 5 and create an area of increased pressure in the rotor space in the area of the sleeve of the rotor core 3. To reduce the intensity of heat transfer, the outer seal 4 of the cover 2 is provided with a body insulating coating 11.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

В процессе вращения ротора 3 гидрогенератора, возникающие в полости масляной ванны пары масла как за счет естественной конвекции, так и вследствие наличия градиента давления между полостью масляной ванны и подроторным пространством, поступают в полость наружного уплотнения 4 крышки 2. В то же время низкотемпературный хладоагент, источником которого может служить, например, вихревая труба 8, по трубопроводу 6 через входной стыковочный разъем 7 одновременно поступает в каждую из секций охладителей 5, захолаживая при этом не только их поверхность, но и внутренний объем наружного уплотнения 4. During the rotation of the rotor 3 of the hydrogenerator, oil vapors arising in the cavity of the oil bath both due to natural convection and due to the presence of a pressure gradient between the oil bath cavity and the rotor space, enter the cavity of the outer seal 4 of the cover 2. At the same time, the low-temperature refrigerant, the source of which can be, for example, a vortex tube 8, through a pipe 6 through an inlet docking connector 7 simultaneously enters each of the sections of coolers 5, not only cooling their surface st, but also the internal volume of the outer seal 4.

Наличие теплоизолирующего покрытия 11 на корпусе уплотнения 4 снижает интенсивность теплообмена между полостью наружного уплотнения 4 и подроторным пространством. Пары масла конденсируются на поверхности охладителей 5, а также на внутренней поверхности сегментов корпуса уплотнения 4, затем масло стекает в масляную ванну. Использованный хладоагент поступает из каждой секции охладителей 5 через соответствующий выходной разъем 9 в перфорированную кольцевую камеру 10, откуда от стравливается в подроторное пространство, создавая при этом область повышенного давления в районе втулки остова ротора 3 над корпусом наружного уплотнения 4 и препятствуя тем самым выходу несконденсированной части масляных паров в подроторное пространство. Поскольку при этом воздухообмен между полостью масляной ванны и подроторным пространством практически отсутствует, постоянного насыщения смазки водой не происходит. The presence of a heat-insulating coating 11 on the seal housing 4 reduces the heat exchange intensity between the cavity of the outer seal 4 and the rotor space. Vapors of oil condense on the surface of the coolers 5, as well as on the inner surface of the segments of the seal housing 4, then the oil flows into the oil bath. The used refrigerant comes from each section of coolers 5 through the corresponding output connector 9 into the perforated annular chamber 10, from where it is etched into the rotor space, thereby creating a region of increased pressure in the region of the core sleeve of the rotor 3 above the outer seal housing 4 and thereby preventing the non-condensed part from exiting oil vapor in the rotor area. Since there is practically no air exchange between the cavity of the oil bath and the rotor space, there is no constant saturation of the lubricant with water.

Предлагаемое устройство предотвращает проникновение масляных паров из масляной ванны подпятника гидрогенератора в подроторное пространство и тем самым повышает эксплуатационную надежность электрической машины, обладая при этом высокой экономичностью в обслуживании и ремонтопригодностью. The proposed device prevents the penetration of oil vapor from the oil bath of the thrust bearing of the hydrogenerator into the rotor space and thereby increases the operational reliability of the electric machine, while having high efficiency in maintenance and maintainability.

Claims

1. An oil bath of a thrust bearing of a hydrogenerator having a stator and a rotor with windings, comprising a housing, a cover, a rotor core sleeve mounted on its shaft, and an outer cover seal with coolers installed in its plane, through which refrigerant is passed, characterized in that the coolers are made in the form of separate sections mounted on the respective segments of the outer cover seal, and each section of coolers on the inlet docking connector side is connected to a source of low-temperature refrigerant, and from the side s output connection plug - a perforated annular cam mounted on the outer side of the external seal cover in the region of its junction with the hub of the rotor core.

2. The oil bath according to claim 1, characterized in that the docking connectors of the cooler sections are outside the outer seal of the lid.

3. The oil bath according to claim 1, characterized in that the outer seal of the lid is made with a heat-insulating coating.

4. The oil bath according to claim 1, characterized in that the source of low-temperature refrigerant is made in the form of a vortex tube.