RU2276445C1

RU2276445C1 - Water-wheel generator built-in oil bath

Info

Publication number: RU2276445C1
Application number: RU2004134880/09A
Authority: RU
Inventors: Сергей Александрович Тилес (RU); Сергей Александрович Тилес; Евгений Николаевич Виноградов (RU); Евгений Николаевич Виноградов; Ольга Львовна Знаменска (RU); Ольга Львовна Знаменская; вец Владимир Васильевич Черн (RU); Владимир Васильевич Чернявец
Original assignee: Евгений Николаевич Виноградов; Сергей Александрович Тилес; Ольга Львовна Знаменская; Владимир Васильевич Чернявец
Priority date: 2004-11-29
Filing date: 2004-11-29
Publication date: 2006-05-10
Also published as: RU2004134880A

Abstract

FIELD: electrical engineering; heavy electromechanical engineering; large electrical machines and oil baths for thrust bearings and bearings of water-wheel generators.

SUBSTANCE: proposed oil bath built in water-wheel generator is formed by walls and bottom of spider central part and recess that constitutes annular wall of bath in the form of cylinder with slot passed through this wall, as well as bushing provided on the outside. Novelty is that sealing rings are installed in top part of mentioned recess, on outer diameter side; they are joined with cylindrical part of recess and form circular chute accommodating floating-type seal made in the form of ring clasped to revolving bushing by means of elastic members uniformly disposed in axial direction over circumference between vertical wall of recess and seal and set on guide rods; these members are supported on one end by bottom of depressions provided in seal on inner diameter side and on other end they are abutting against cylindrical part of recess mounting guide rods; seal is provided with locking member made in the form of thrust pins disposed in vertical depressions of seals and secured in top ring of circular chute. Provision is made for eliminating oil leakage from inner diameter side of bath to passages between shaft, recess, and bushing under impact of centrifugal forces when machine rotor is running.

EFFECT: enhanced operating reliability of oil bath holding water-wheel generator parts.

1 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к области крупного электромашиностроения, преимущественно гидрогенераторов, а более конкретно к масляным ваннам подпятников и подшипников.The invention relates to the field of large-scale electrical engineering, mainly hydrogenerators, and more particularly to oil baths of bearings and bearings.

Известна конструкция масляной ванны гидрогенератора [1], в которой сегменты подшипника вместе с опорными элементами для уменьшения потерь от нагрева размещены вблизи вращающегося вала. Для удобства изготовления, сборки и эксплуатации непосредственно корпус ванны выполнен с разъемно-отъемной внутренней стенкой, представляющей собой выгородку, включающую внутреннюю отъемную стенку ванны с небольшой частью днища. Выгородка выполнена в виде цилиндра с присоединительным фланцем. Так как выгородка является составной частью масляной ванны, то между ней и вращающимися частями вала, представляющими собой валопровод, предусмотрен зазор от 20 до 150 мм, что исключает соприкосновение выгородки вращающимся валом и втулкой подпятника или подшипника. Втулка при этом закреплена на вращающемся валу запорными кольцами. При таком взаиморасположении вала, выгородки и втулки образуется пространство в виде вертикальных кольцевых каналов, через которые возможны вытекание масла и выброс его паров из ванны вовнутрь генератора. Под воздействием центробежного эффекта ротора эта часть масла попадает на сердечники и обмотки ротора и статора, что приводит к замасливанию этих элементов и в конечном итоге снижает эксплуатационную надежность и долговечность генератора в целом. Для исключения этого явления необходимо останавливать гидрогенератор для очистки замасленных частей, что приводит к его необоснованному простою.A known design of an oil bath of a hydrogenerator [1], in which bearing segments together with support elements are located near a rotating shaft to reduce heating losses. For the convenience of manufacture, assembly and operation, the bath body itself is made with a detachable inner wall, which is a baffle that includes an inner detachable wall of the bath with a small part of the bottom. The partition is made in the form of a cylinder with a connecting flange. Since the baffle is an integral part of the oil bath, a gap of 20 to 150 mm is provided between it and the rotating parts of the shaft, which is a shaft line, which eliminates the contact of the baffle with the rotating shaft and the thrust bearing or bearing sleeve. The sleeve is fixed on the rotating shaft with locking rings. With this arrangement of the shaft, the baffle and the sleeve, a space is formed in the form of vertical annular channels through which oil can flow out and release its vapor from the bath inside the generator. Under the influence of the centrifugal effect of the rotor, this part of the oil enters the cores and windings of the rotor and stator, which leads to oiling of these elements and ultimately reduces the operational reliability and durability of the generator as a whole. To eliminate this phenomenon, it is necessary to stop the hydrogenerator to clean the oily parts, which leads to its unreasonable downtime.

В известной конструкции масляной ванны подшипника гидрогенератора [2] для уменьшения влияния попадания масла на узлы генератора предусмотрена установка между валом и втулкой двух цилиндрических выгородок, на одной из которых, в частности на наружной, предусмотрены отбойные лопатки соответствующего сечения, расположенные под заданным углом, что частично замедляет процесс попадания масла и его паров на узлы генератора благодаря установке отбойных лопаток, но так как между лопатками и стенками ванны остаются зазоры, то часть масла и паров достигают узлов сердечников и обмотки генератора, что снижает эксплуатационную надежность гидрогенератора.In the known design of the oil bath of the hydrogenerator bearing [2], in order to reduce the effect of oil getting on the generator units, two cylindrical baffles are provided between the shaft and the sleeve, on one of which, in particular on the outside, there are jack blades of the corresponding section located at a given angle, which partially slows down the process of getting oil and its vapors to the generator units due to the installation of jack blades, but since there are gaps between the blades and the walls of the bath, some of the oil and vapors reach the nodes of the cores and the windings of the generator, which reduces the operational reliability of the hydrogenerator.

Известны также конструкции встроенных масляных ванн как для подпятников, так и для подшипников гидрогенераторов, которые образованы стенками и днищами центральной части крестовины и выгородкой [3]. Выгородка образует внутреннюю кольцевую стенку ванны и представляет собой цилиндр, внутри которого проходит вал генератора. Для успокоения циркулирующего масла в данном устройстве установлены маслораспределительньте щиты, а также маслоуспокоительные щиты, что позволяет стабилизировать циркулирующие потоки масла в масляной ванне в целом. Однако в верхней части выгородки со стороны внешнего диаметра в известной конструкции имеется зазор, через который масло и его пары попадают на узлы сердечника и обмотки генератора, что может негативно сказаться на долговечности и надежности функционирования гидрогенератора.Also known are the designs of the integrated oil baths for both the thrust bearings and the bearings of the hydrogenerators, which are formed by the walls and bottoms of the central part of the cross and the baffle [3]. The partition forms the inner annular wall of the bath and is a cylinder, inside of which the generator shaft passes. In order to calm the circulating oil in this device, oil distribution boards and oil soothing boards are installed, which allows stabilizing the circulating oil flows in the oil bath as a whole. However, in the upper part of the baffle plate on the side of the external diameter, there is a gap in the known design through which oil and its vapors fall on the core and windings of the generator, which can negatively affect the durability and reliability of the operation of the hydrogenerator.

Задачей настоящего предложения является повышение надежности функционирования масляной ванны с установленными в нее узлами гидрогенератора путем исключения протекания масла со стороны внутреннего диаметра ванны в каналы, между валом, выгородкой и втулкой под воздействием центробежного эффекта ротора.The objective of this proposal is to increase the reliability of the operation of the oil bath with the hydrogenerator units installed in it by eliminating the flow of oil from the side of the bath’s inner diameter into the channels between the shaft, the baffle and the sleeve under the influence of the centrifugal effect of the rotor.

Решение поставленной задачи достигается за счет того, что в встроенной масляной ванне подпятника гидрогенератора, образованной стенками и днищами центральной части крестовины и выгородкой, которая образует внутреннюю кольцевую стенку ванны, представляющую собой цилиндр, внутри которого проходит вал, а с внешней стороны имеется втулка, в которой в верхней части выгородки со стороны внешнего диаметра установлены кольца, соединенные с цилиндрической частью выгородки и образующие кольцеобразный лоток, в котором размещено уплотнение плавающего типа, выполненное в виде кольца, прижатого к вращающейся втулке пружинными элементами, расположенными в аксиальном направлении равномерно по окружности между вертикальной стенкой выгородки и уплотнением и посаженными на направляющие стержни и упирающимися одним концом в дно углублений, выполненных в уплотнении со стороны внутреннего диаметра, а другим концом упирающимися в цилиндрическую часть выгородки, на которой закреплены направляющие стержни, при этом уплотнение снабжено фиксирующим элементом, выполненным в виде упорных пальцев, размещенных в вертикальных углублениях уплотнения и закрепленных в верхнем кольце кольцеобразного лотка.The solution to this problem is achieved due to the fact that in the built-in oil bath of the thrust of the hydrogenerator, formed by the walls and bottoms of the central part of the cross and the baffle, which forms the inner annular wall of the bath, which is a cylinder inside which there is a shaft, and on the outside there is a sleeve, in which rings are installed in the upper part of the baffle from the outer diameter side, connected to the cylindrical part of the baffle and forming an annular tray in which the melt seal is placed type, made in the form of a ring, pressed to the rotating sleeve by spring elements located axially uniformly around the circumference between the vertical wall of the partition and the seal and seated on the guide rods and abutting at one end of the bottom of the recesses made in the seal on the side of the inner diameter, and the other end abuts against the cylindrical part of the partition on which the guide rods are fixed, while the seal is provided with a fixing element made in the form of thrust fingers placed in the vertical recesses of the seal and secured in the upper ring of the annular tray.

Установка в верхней части выгородки со стороны внешнего диаметра колец, соединенных с цилиндрической частью выгородки с образованием кольцеобразного лотка, в котором размещено уплотнение плавающего типа, закрепленное соответствующим образом, позволяет не только уменьшить турбулентность циркулирующего потока масла в масляной ванне под воздействием центробежного эффекта ротора, но и исключить попадание масла и его паров в каналы между валом, выгородкой и втулкой.The installation in the upper part of the baffle from the outer diameter side of the rings connected to the cylindrical part of the baffle with the formation of an annular tray in which a floating type seal is mounted, fixed accordingly, allows not only to reduce the turbulence of the circulating oil flow in the oil bath under the influence of the centrifugal effect of the rotor, but and to prevent the ingress of oil and its vapor into the channels between the shaft, the baffle and the sleeve.

Совокупность новых признаков, заключающихся в установке в верхней части выгородки со стороны внешнего диаметра колец, соединенных с цилиндрической частью выгородки с образованием кольцевого лотка, в котором размещено уплотнение плавающего типа, из известного уровня техники не выявлена, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию патентоспособности "изобретательский уровень".The set of new features consisting in the installation in the upper part of the partition from the outside of the outer diameter of the rings connected to the cylindrical part of the partition to form an annular tray in which the floating seal is located is not identified from the prior art, which allows us to conclude that the claimed technical solution patentability condition "inventive step".

Предлагаемое решение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан продольный разрез масляной ванны подпятника вертикального гидрогенератора, на фиг.2 - вид сверху масляной ванны с частичным разрезом отдельных элементов по стрелке А, на фиг.3 и фиг.4 показан частичный разрез составных частей уплотняющего узла, на фиг.5, фиг.6 и фиг.7 показаны варианты изготовления трущейся поверхности уплотняющего кольца, на фиг.3 показан продольный разрез масляной ванны с подшипником радиального типа.The proposed solution is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a longitudinal section of an oil bath of the thrust bearing of a vertical hydrogenerator, Fig. 2 is a top view of an oil bath with a partial section of individual elements along arrow A, Fig. 3 and Fig. 4 shows a partial section of components 5, 6 and 7 show manufacturing options for the friction surface of the sealing ring; FIG. 3 shows a longitudinal section of an oil bath with a radial type bearing.

Масляная ванна состоит из корпуса 1, образованного стенками 2, днища 3, верхнего фланца 4. Внутри ванны, заполненной маслом, установлен подпятник 5, состоящий из корпуса 6, опор тарельчатого типа 7, опорно-регулировочных болтов 8, ввернутых в стаканы 9 с втулками 10. Сегменты 11 подпятника 5 расположены равномерно по окружности с соответствующим эксцентриситетом на опорах 7.The oil bath consists of a housing 1 formed by walls 2, a bottom 3, an upper flange 4. A thrust bearing 5 is installed inside the oil-filled bath, consisting of a housing 6, disk-shaped supports 7, support-adjusting bolts 8, screwed into glasses 9 with bushings 10. The segments 11 of the thrust bearing 5 are arranged uniformly around the circumference with the corresponding eccentricity on the supports 7.

Общая осевая вертикальная нагрузка от веса вращающихся частей генератора и турбины, а также от реакции воды, поступающей на рабочее колесо турбины, передается на сегменты 11 через вращающийся диск 12, который прикреплен к втулке 13, которая в свою очередь соединена с валом 14 посредством запорных колец 15, сухарей 16 и крепежных элементов 17 и 18.The total axial vertical load from the weight of the rotating parts of the generator and the turbine, as well as from the reaction of water entering the turbine impeller, is transmitted to the segments 11 through a rotating disk 12, which is attached to the sleeve 13, which in turn is connected to the shaft 14 by means of locking rings 15, crackers 16 and fasteners 17 and 18.

Между валом 14, втулкой 13 и подпятником 5 для образования внутренней стенки ванны установлена цилиндрическая выгородка 19 с соответствующим зазором Б и В и закрепленная к днищу 3, что обеспечивает необходимый объем и уровень масла в ванне для обеспечения смазки плоскостей трения Т между сегментами 11 и диском 12 во время работы генератора.Between the shaft 14, the sleeve 13 and the thrust bearing 5 for the formation of the inner wall of the bath there is a cylindrical baffle 19 with a corresponding clearance B and C and fixed to the bottom 3, which provides the necessary volume and level of oil in the bath to provide lubrication of the friction planes T between segments 11 and the disk 12 during generator operation.

При работе генератора в зазоры Б и В между вращающимся валом 14 и выгородкой 19, а также между втулкой 13 и выгородкой 19 возможно протекание масла и масляных паров, особенно на режимах работы генератора, когда мениск поверхности масла может иметь обратную характеристику.When the generator is operating in the gaps B and C between the rotating shaft 14 and the baffle 19, as well as between the sleeve 13 and the baffle 19, oil and oil vapors may leak, especially in the generator operating modes, when the meniscus of the oil surface may have the opposite characteristic.

Для исключения возможности попадания масла и его паров через зазоры Б и В на активные части генератора в верхней части 20 выгородки 19 установлено уплотнение плавающего типа 21, которое размещено между образующими кольцевой лоток кольцами 22, соединенными с цилиндрической частью выгородки 19. Для надежного соединения уплотнителя 21, выполненного в виде уплотняющего кольца, к вращающейся втулке 13 кольцо 21 поджато пружинными элементами 23, упирающимися одним концом в цилиндрическую часть выгородки 19 в ее вершине, а другим концом в дно углублений 24. Углубления 24 выполнены в теле уплотняющих колец 21 со стороны внутреннего диаметра. От выпадения и сползания элементов 23 в сторону предусмотрены направляющие стержни 25, закрепленные на стенке выгородки 19. Для исключения возможного сдвига уплотняющего кольца 21 в радиальном и тангенциальном направлениях, обусловленного вибрационными явлениями, предусмотрены фиксирующие болты 26 с шайбами 27.To exclude the possibility of oil and its vapor entering through the gaps B and C on the active parts of the generator in the upper part 20 of the baffle 19, a floating seal 21 is installed, which is placed between the rings 22 forming the annular tray connected to the cylindrical part of the baffle 19. For reliable connection of the seal 21 made in the form of a sealing ring to the rotating sleeve 13, the ring 21 is pressed by spring elements 23, abutting at one end of the cylindrical part of the partition 19 at its apex, and the other end at the bottom of the recesses 24. The recesses 24 are made in the body of the sealing rings 21 from the side of the inner diameter. From the loss and sliding of the elements 23 to the side, guide rods 25 are mounted on the wall of the barrier 19. To exclude the possible shift of the sealing ring 21 in the radial and tangential directions due to vibrational phenomena, fixing bolts 26 with washers 27 are provided.

Концевая часть каждого болта 26 размещена в углублении 28. Зазор "Г" между концевой частью болта 26 и углублением 28 выполнен значительно большим, чем радиальный "бой" R втулки 13, что обеспечивает необходимое поджатие уплотняющего кольца 21 к втулке 13 с помощью пружинящего элемента 23.The end part of each bolt 26 is located in the recess 28. The gap "G" between the end part of the bolt 26 and the recess 28 is made much larger than the radial "fight" R of the sleeve 13, which provides the necessary compression of the sealing ring 21 to the sleeve 13 using the spring element 23 .

Радиальная подвижка уплотняющего кольца 21 обеспечивается также минимальным зазором по высоте между кольцами 22 и 21.The radial movement of the sealing ring 21 is also provided with a minimum height clearance between the rings 22 and 21.

Вытекание масла или просачивание его паров со стороны верхнего торца и со стороны наружного диаметра ванны исключается установкой уплотнений 29 и 30. Охлаждение масла в процессе работы генератора осуществляется охладителями 31. На фиг.5, 6 и 7 показаны варианты выполнения трущейся поверхности 32 уплотнений 21, примыкающих к втулке 13 со стороны наружного диаметра.The leakage of oil or the leakage of its vapors from the upper end and from the outer diameter of the bath is eliminated by installing seals 29 and 30. The oil is cooled during operation of the generator by coolers 31. Figures 5, 6 and 7 show embodiments of the rubbing surface 32 of the seals 21, adjacent to the sleeve 13 from the outer diameter.

Аналогичное уплотняющее устройство может быть применено и в масляных ваннах с размещенными в ней радиальными направляющими подшипниками (фиг.8), где показаны вал 33, втулка 34, в которую упираются сегменты 35 с опорными регулировочными элементами 36, 37 и 38, размещенными в цилиндре 39 крестовины 40, и выгородка 41, предназначенная для создания необходимого объема для масла, предназначенного для смазки сегментов подшипника в период работы генератора. Сечение плоскости уплотнения 21, прилегающей к вращающейся поверхности втулки, может иметь различное исполнение (фиг.5, 6 и 7), а уплотнение может быть изготовлено из фторопласта, резины и т.п.A similar sealing device can also be used in oil baths with radial guide bearings (Fig. 8), which shows a shaft 33, a sleeve 34, in which segments 35 abut with support adjusting elements 36, 37 and 38 placed in the cylinder 39 the spider 40, and the baffle 41, designed to create the necessary volume for oil, designed to lubricate the bearing segments during operation of the generator. The cross section of the plane of the seal 21 adjacent to the rotating surface of the sleeve can have a different design (Figs. 5, 6 and 7), and the seal can be made of fluoroplastic, rubber, etc.

Установка уплотняющих элементов 21 для уплотнения пространства между втулкой 13 и выгородкой 19 осуществляется следующим образом. На выгородке 19, закрепленной к днищу 3, устанавливают пружинящие элементы 23, например пружину, на стержни 25. Затем устанавливают кольца 21 между кольцами 22. При этом кольца 21 выставляют так, чтобы свободные концы пружин 25 вошли свободно в углубления 24. После установки всех колец в кольцевом лотке обеспечивается свободное легкое движение под нажатием пружин всех колец в радиальном направлении. Затем все кольца фиксируются от чрезмерного сдвига в радиальном и тангенциальном направлениях посредством болтов 26, установленных в резьбовое отверстие верхнего кольца 22 и в проходное отверстие 28. Резьбовое отверстие для болтов 26 может быть выполнено и в нижнем кольце 22. После сборки выгородки 19 с уплотняющими элементами 21 устанавливают и закрепляют втулку 13 на штатное место. Чтобы уплотняющие элементы не были повреждены при опускании втулки на нижней ее кромке ″К″, предусмотрены заходная фаска и радиус на нижнем торце втулки внутреннего диаметра.The installation of the sealing elements 21 to seal the space between the sleeve 13 and the partition 19 is as follows. On the baffle 19 fixed to the bottom 3, spring elements 23, for example a spring, are mounted on the rods 25. Then the rings 21 are installed between the rings 22. The rings 21 are set so that the free ends of the springs 25 fit freely into the recesses 24. After installing all rings in the annular tray provides free easy movement under the pressure of the springs of all rings in the radial direction. Then all the rings are fixed from excessive shear in the radial and tangential directions by means of bolts 26 installed in the threaded hole of the upper ring 22 and in the through hole 28. A threaded hole for the bolts 26 can be made in the lower ring 22. After assembly of the partition 19 with sealing elements 21 install and secure the sleeve 13 in a regular place. So that the sealing elements are not damaged when lowering the sleeve on its lower edge ″ K ″, a lead-in chamfer and a radius on the lower end of the sleeve of the inner diameter are provided.

Ревизия или необходимый ремонт узлов и элементов, расположенных в масляной ванне, может быть осуществлен при опускании уплотняющего элемента вниз после предварительного вывинчивания болтов 42 и слива масла из ванны.Revision or necessary repair of units and elements located in the oil bath can be carried out by lowering the sealing element down after first unscrewing the bolts 42 and draining the oil from the bath.

Для возможности опускания выгородки 19 кольца 21 имеют несколько меньший диаметр, чем внутренний диаметр днища 3.For the possibility of lowering the baffle 19, the rings 21 have a slightly smaller diameter than the inner diameter of the bottom 3.

Реализация предлагаемого технического решения технической трудности не представляет, так как оно может быть изготовлено как в заводских условиях, так и в условиях ГЭС, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического предложения условию патентоспособности "промышленная применимость".The implementation of the proposed technical solution does not present a technical difficulty, since it can be manufactured both in the factory and in the HPP conditions, which allows us to conclude that the claimed technical proposal meets the patentability condition “industrial applicability”.

Источники информацииInformation sources

1. Александров А.Е. Подпятники гидрогенераторов. М., Энергия, 1975,с.17, 22, 36, 51, 82, 113.1. Alexandrov A.E. Hydro generators glides. M., Energy, 1975, p. 17, 22, 36, 51, 82, 113.

2. Патент Индии №36865.2. Indian Patent No. 36865.

3. Прутковский С.А. Гидрогенераторы. Л., Энергоатомиздат, 1990, с.319-320.3. Prutkovsky S.A. Hydro generators. L., Energoatomizdat, 1990, p. 319-320.

Claims

The integrated oil bath of the hydrogenerator, formed by the walls and bottoms of the central part of the cross and the baffle, which forms the inner annular wall of the bath, which is a cylinder, inside which the shaft passes, and on the outside there is a sleeve, characterized in that in the upper part of the baffle from the side of the outer diameter O-rings are installed, connected to the cylindrical part of the partition and forming an annular tray, in which a floating-type seal made in the form of a ring is placed, pressed Go to the rotating sleeve by spring elements located in the axial direction evenly around the circumference between the vertical wall of the septum and the seal, seated on the guide rods and abutting at one end of the recesses made in the seal on the inner diameter side, and abutting against the cylindrical part of the septum with the other end, on which the guide rods are fixed, while the seal is equipped with a locking element made in the form of persistent fingers placed in vertical recesses plotneniya and fixed in the upper ring of the annular tray.