RU2568705C1

RU2568705C1 - Pump unit

Info

Publication number: RU2568705C1
Application number: RU2014127263/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Сергеевич Герасимов; Родион Петрович Казанцев; Олег Геннадьевич Ненароков; Сергей Юрьевич Щуцкий
Original assignee: Акционерное общество "Центральное конструкторское бюро машиностроения"(АО "ЦКБМ")
Priority date: 2014-07-03
Filing date: 2014-07-03
Publication date: 2015-11-20

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: flywheel unit comprises bulky flywheel resting by its upper and lower surfaces on the balls. Said flywheel is rigidly secured at the bush fitted on the shaft with the help of fasteners. Circular grooves following the shape of said balls are made at the bush end surfaces. Independent bulky separators with grooves separating the support balls are arranged in the flywheel top and bottom zones. Said balls can revolve free at the expense of the other two groups of balls fitted in two circular grooves on the separator inner surface.

EFFECT: disengagement of flywheel at uncontrolled rotor acceleration, ruled out heating of balls, their contact and skidding.

2 dwg

Description

Заявляемое изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в конструкциях главных циркуляционных насосных агрегатов для реакторных установок атомных станций.The claimed invention relates to the field of engineering and can be used in the construction of the main circulation pumping units for the reactor plants of nuclear plants.

Известна электрическая машина (патент Франции №2217843, Н02K 7/02, опубл. 1973 г. ), содержащая массивный маховик, жестко закрепленный на наружной поверхности втулки, установленной на валу методом масляного прессования, и имеющий расточки подачи масла, обеспечивающие подачу масла как в осевом, так и в радиальном направлении, при этом расточки подачи масла, распределенные по поверхности опоры на валу маховика, выполненной в форме фланца, начинаются с фронтальной поверхности этого фланца и направлены сначала в осевом направлении, а затем - в радиальном.Known electric machine (French patent No. 2117843, H2K 7/02, publ. 1973), containing a massive flywheel, rigidly mounted on the outer surface of the sleeve mounted on the shaft by oil pressing, and having bores for oil supply, providing oil supply as in axial and in the radial direction, while the oil supply bores distributed over the surface of the support on the flywheel shaft, made in the form of a flange, start from the front surface of this flange and are directed first in the axial direction and then in the radial direction m

Недостатком указанной электрической машины, относящейся по классу к изделиям повышенной опасности для эксплуатации на атомных станциях, является низкая степень ее безопасности.The disadvantage of this electric machine, which is classified as high-hazard products for operation at nuclear power plants, is its low degree of safety.

Известен насосный агрегат ЦВН-8 для атомных станций с реакторными установками типа РБМК-1000 (Митенков Ф.М. и др., Главные циркуляционные насосы АЭС, изд. 2-е, перер. и доп., М.: Энергоатомиздат, 1990 г., с. 184, рис. 5.14; Пак П.Н., Насосы АЭС, Справочное пособие, М.: Энергоатомиздат, 1989 г., с. 35, 36, рис. 3.1), которое включает антиреверсное устройство, содержащее расположенный в нижней части ротора приводного электродвигателя маховик, в углублениях нижней полости которого, на осях, перпендикулярных оси ротора, размещены стопорные элементы, и закрепленное на станине электродвигателя храповое зубчатое колесо, причем зубья последнего имеют скос только в сторону нормального вращения ротора.The well-known pumping unit CVN-8 for nuclear power plants with reactor plants of the RBMK-1000 type (Mitenkov F.M. et al., Main circulation pumps of nuclear power plants, 2nd ed., Re. And add., M .: Energoatomizdat, 1990 ., p. 184, Fig. 5.14; Pak PN, Pumps of NPPs, Reference manual, M .: Energoatomizdat, 1989, p. 35, 36, Fig. 3.1), which includes an anti-reverse device containing the lower part of the rotor of the drive electric motor, the flywheel, in the recesses of the lower cavity of which, on the axes perpendicular to the axis of the rotor, locking elements are placed, and mounted on the mill not an electric motor, a ratchet gear, the teeth of the latter having a bevel only in the direction of normal rotation of the rotor.

Недостатком данного насосного агрегата является то, что в случае возникновения аварийной ситуации не решается задача предотвращения неконтролируемого разгона маховика и предупреждения в случае разрыва главного трубопровода разгон насосного агрегата по направлению вращения, что не отвечает предъявляемым требованиями безопасности атомных станций.The disadvantage of this pump unit is that in the event of an emergency, the task of preventing uncontrolled acceleration of the flywheel and preventing the pump unit from breaking in the direction of rotation in the event of a break in the main pipeline does not solve, which does not meet the safety requirements of nuclear power plants.

Известна электрическая машина (патент РФ на полезную модель №1937, Н02K 19/06, Н02K 7/02, опубл. 1996 г. ), содержащая зубчатый безобмоточный ротор и зубчатый статор с одно- и двухфазной обмоткой, которая подключена к электронному коммутатору, снабженному датчиком положения ротора относительно статора, при этом машина снабжена маховиком, размещенным на валу ротора.Known electric machine (RF patent for utility model No. 1937, H02K 19/06, H02K 7/02, publ. 1996), containing a gearless winding rotor and a gear stator with a single and two-phase winding, which is connected to an electronic switch equipped with a rotor position sensor relative to the stator, while the machine is equipped with a flywheel located on the rotor shaft.

Недостатком указанной электрической машины является то, что в случае возникновения внештатной ситуации, связанной с неконтролируемым разгоном ротора, не обеспечивается отсоединение маховика от вала ротора, с возможностью разрушения маховика, что не отвечает предъявляемым требованиями безопасности атомных станций.The disadvantage of this electric machine is that in the event of an emergency associated with uncontrolled acceleration of the rotor, the flywheel is not disconnected from the rotor shaft, with the possibility of destroying the flywheel, which does not meet the safety requirements of nuclear power plants.

Известна электрическая машина (патент РФ на полезную модель №14701, Н02K 7/02, опубл. 2000 г. ), содержащая массивный маховик, жестко закрепленный при помощи натяга своей внутренней поверхностью на наружной посадочной поверхности втулки, установленной на валу с помощью крепежных элементов. При этом на наружной поверхности втулки и внутренней поверхности маховика оппозитно друг другу выполнены по две кольцевые канавки, в которых установлены шарики, при этом каждая из канавок, выполненных на внутренней поверхности маховика, имеет цилиндрическую поверхность в зоне размещения шариков, переходящую в коническую (беговые дорожки).A known electric machine (RF patent for utility model No. 14701, H02K 7/02, publ. 2000), containing a massive flywheel, rigidly fixed by interference with its inner surface on the outer landing surface of the sleeve mounted on the shaft using fasteners. Moreover, on the outer surface of the sleeve and the inner surface of the flywheel, two annular grooves are made opposite each other, in which balls are installed, and each of the grooves made on the inner surface of the flywheel has a cylindrical surface in the zone of placement of the balls turning into a conical (racetracks )

Известно устройство крепления маховика (патент РФ на полезную модель №109347, Н01K 7/02, опубл. 2010 г. ), включающее втулку, закрепленную на валу ротора электродвигателя посредством крепежных элементов, на внешней поверхности которой выполнены пазы, маховик, закрепленный на внешней посадочной поверхности втулки с натягом, при этом внешняя посадочная поверхность втулки и сопряженная с ней внутренняя поверхность маховика выполнены усечено-коническими.A flywheel mounting device is known (RF patent for utility model No. 109347, H01K 7/02, publ. 2010), including a sleeve fixed to the rotor shaft of the electric motor by means of fasteners, on the outer surface of which grooves are made, a flywheel fixed to the outer landing the surface of the sleeve with interference, while the outer seating surface of the sleeve and the inner surface of the flywheel associated with it are truncated-conical.

Недостатком данных конструкций полезных моделей является то, что после разъединения маховика и втулки (при превышении разъединительной частоты вращения), опорные тела качения не распределены равномерно, происходит их касание, что неизбежно приведет к их периодическому пробуксовыванию, разогреву и возможному периодическому заклиниванию маховика и втулки.The disadvantage of these designs of utility models is that after separation of the flywheel and the sleeve (when the separation speed is exceeded), the supporting rolling bodies are not evenly distributed, they touch, which will inevitably lead to their periodic slipping, heating and possible periodic jamming of the flywheel and the sleeve.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является отсоединение маховика в случае возникновения аварийной ситуации - неконтролируемого разгона ротора, вызванного разрывом полного сечения главного циркуляционного трубопровода, с возможностью обеспечения равномерного распределения опорных тел качения маховика, в отсутствии их касания, пробуксовывания и, как следствие, нагрева после отсоединении маховика от ротора насосного агрегата при достижении разъединительной частоты вращения.The task to which the claimed invention is directed is to disconnect the flywheel in the event of an emergency - uncontrolled acceleration of the rotor caused by rupture of the full cross section of the main circulation pipe, with the possibility of ensuring an even distribution of the rolling bearings of the flywheel, in the absence of contact, slipping and, as a result , heating after disconnecting the flywheel from the rotor of the pump unit when the disconnecting speed is reached.

Поставленная задача решается тем, что в насосном агрегате, содержащем массивный маховик, опирающийся своими верхней и нижней торцовыми поверхностями на опорные тела качения, жестко закрепленный на наружной поверхности втулки, которая установлена на валу ротора с помощью крепежных элементов, на внешней поверхности которой вблизи торцов выполнены кольцевые пазы, повторяющие форму опорных тел качения, в верхней и нижней зонах расположения опорных тел качения маховика установлены независимые массивные сепараторы с пазами для разделения опорных тел качения и имеющие свободу вращения, которая достигается применением двух других групп тел качения, установленных в двух кольцевых пазах на цилиндрической поверхности сепаратора, позволяющих вращаться сепаратору, при этом нижняя группа тел качения воспринимает вес сепаратора.The problem is solved in that in a pumping unit containing a massive flywheel, supported by its upper and lower end surfaces on the rolling bearings, rigidly mounted on the outer surface of the sleeve, which is mounted on the rotor shaft using fasteners, on the outer surface of which near the ends are made ring grooves, repeating the shape of the supporting rolling elements, independent massive separators with grooves for separation are installed in the upper and lower zones of the location of the supporting rolling elements of the flywheel PORN rolling bodies and having a freedom of rotation, which is achieved by using the other two groups of rolling bodies, mounted in two annular grooves on the cylindrical surface of the separator, allowing separator rotate, the lower group of rolling bodies perceives separator weight.

При осуществлении изобретения достигаются следующие технические результаты:When carrying out the invention, the following technical results are achieved:

- снижение трения и уменьшение неизбежного при этом нагрева;- reducing friction and reducing the inevitable heating;

- улучшение условия качения и, как следствие, предотвращение нежелательной пробуксовки;- improving the rolling conditions and, as a result, preventing unwanted slipping;

- обеспечение демпфирования;- providing damping;

- гарантия стабильной и тихой работы;- guarantee of stable and quiet operation;

- обеспечение безопасности эксплуатации атомной станции.- ensuring the safety of the operation of the nuclear power plant.

Технический результат по снижению трения и уменьшению неизбежного при этом нагрева достигается тем, что в верхней и нижней зонах расположения опорных тел качения маховика установлены независимые массивные сепараторы с пазами, которые обеспечивают удержание опорных тел качения на расстоянии, предотвращающая их взаимное касание.The technical result of reducing friction and decreasing the heating that is inevitable in this case is achieved by the fact that independent massive separators with grooves are installed in the upper and lower zones of the support of the flywheel rolling bearings, which ensure that the supporting rolling bearings are kept at a distance, preventing their mutual contact.

Гарантия стабильной и тихой работы обеспечивается равномерным распределением тел качения.The guarantee of stable and quiet operation is ensured by the uniform distribution of rolling elements.

Улучшение условий качения, что, в свою очередь, предотвращает нежелательную пробуксовку, обеспечивается тем, что опорные тела качения направляют в нагруженную зону.Improving the rolling conditions, which, in turn, prevents unwanted slippage, is ensured by the fact that the rolling support bodies are guided into the loaded zone.

Общая безопасность эксплуатации атомной станции достигается тем, что предупреждается разогрев опорных тел качения и заклинивание маховика.The overall safety of the operation of a nuclear power plant is achieved by preventing the heating of the rolling support bodies and jamming of the flywheel.

Заявляемое изобретение поясняется следующими чертежами, представленными на фиг. 1-2:The invention is illustrated by the following drawings, shown in FIG. 1-2:

фиг. 1 - продольный разрез крепления маховика;FIG. 1 is a longitudinal section of a flywheel mount;

фиг. 2 - сепаратор.FIG. 2 - separator.

Насосный агрегат содержит массивный маховик 1. Массивный маховик 1 (фиг. 1) жестко закреплен на наружной поверхности втулки 2, установленной на валу 3.The pump unit contains a massive flywheel 1. The massive flywheel 1 (Fig. 1) is rigidly fixed to the outer surface of the sleeve 2 mounted on the shaft 3.

На наружной поверхности втулки 2 (фиг. 1) выполнены два кольцевых паза 4 и 5. Оппозитно этим пазам во внутренней поверхности маховика 1 также выполнены два кольцевых паза 6 и 7.On the outer surface of the sleeve 2 (Fig. 1) two annular grooves 4 and 5 are made. Oppositely to these grooves in the inner surface of the flywheel 1 also two annular grooves 6 and 7 are made.

Паз 4, выполненный на наружной поверхности втулки 2, и оппозитно с ним расположенный паз 6, выполненный во внутренней поверхности маховика 1, образуют общую полость 8, в которой установлены тела качения 9.The groove 4, made on the outer surface of the sleeve 2, and the opposite groove 6, made in the inner surface of the flywheel 1, form a common cavity 8, in which the rolling bodies 9 are installed.

Аналогично, паз 5, выполненный на наружной поверхности втулки 2, и оппозитно с ним расположенный паз 7, выполненный во внутренней поверхности маховика 1, образуют общую полость 10, в которой установлены тела качения 11.Similarly, a groove 5, made on the outer surface of the sleeve 2, and an opposed groove 7, made in the inner surface of the flywheel 1, form a common cavity 10 in which the rolling elements 11 are mounted.

Каждый из пазов 6 и 7, выполненных на внутренней поверхности маховика 1, имеет цилиндрическую поверхность в зоне размещения тел качения 9 и 11, переходящую в коническую.Each of the grooves 6 and 7, made on the inner surface of the flywheel 1, has a cylindrical surface in the zone of placement of the rolling elements 9 and 11, turning into a conical one.

Крепежные элементы имеют форму конических колец 12 и 13, расположенных в торцевых зонах втулки 2. Конические кольца 12 и 13 опираются на нажимные фланцы 14 и 15. Соединение нажимных фланцев 14 и 15 между собой осуществлено при помощи стяжных шпилек 16.The fastening elements are in the form of conical rings 12 and 13 located in the end zones of the sleeve 2. The conical rings 12 and 13 are supported by pressure flanges 14 and 15. The pressure flanges 14 and 15 are connected to each other by means of tie rods 16.

В наружной поверхности вала 3 на расстоянии, соответствующем расстоянию между коническими кольцами 12 и 13, установлено шпоночное соединение 17.In the outer surface of the shaft 3 at a distance corresponding to the distance between the conical rings 12 and 13, a key connection 17 is installed.

Полости 8 и 10, в которых размещены тела качения 9 и 11, установлены сепараторы 18 и 19 (фиг. 2), заполнены консистентной смазкой. В двух кольцевых пазах на цилиндрических поверхностях каждого сепаратора установлены тела качения, которые позволяют вращаться сепараторам, при этом нижняя группа тел качения воспринимает вес сепаратора.The cavities 8 and 10, in which the rolling bodies 9 and 11 are located, the separators 18 and 19 are installed (Fig. 2), filled with grease. Rolling bodies are installed in two annular grooves on the cylindrical surfaces of each separator, which allow the separators to rotate, while the lower group of rolling bodies perceives the weight of the separator.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

В нормальных эксплуатационных режимах работы насосного агрегата, массивный маховик 1 и втулка 2 жестко соединены между собой за счет натяга в сопрягаемых поверхностях.In normal operating conditions of the pump unit, the massive flywheel 1 and the sleeve 2 are rigidly interconnected due to interference in mating surfaces.

При достижении расчетных угонных оборотов в результате аварийного разрыва трубопровода циркуляционного насоса, под действием центробежных сил натяг в сопрягаемых поверхностях ослабевает и массивный маховик 1 немного опускается. При этом коническая поверхность в полости массивного маховика 1 опирается на тела качения 9 и 11, центрирует маховик 1 относительно втулки 2 и при достижении зазора в сопрягаемой поверхности происходит разъединение массивного маховика 1 и втулки 2. При этом массивный маховик 1 вращается за счет инерционной массы маховика с фиксированной скоростью. Сепараторы 18 и 19, имеющие возможность вращения, предотвращают взаимное касание тел качения 9 и 11, обеспечивают равномерное их распределение, направляют их в нагруженную зону, обеспечивают демпфирование.Upon reaching the estimated stealing speed as a result of an emergency rupture of the circulation pump pipeline, under the action of centrifugal forces, the interference in the mating surfaces weakens and the massive flywheel 1 drops slightly. In this case, the conical surface in the cavity of the massive flywheel 1 rests on the rolling bodies 9 and 11, centers the flywheel 1 relative to the sleeve 2, and when the gap in the mating surface is reached, the massive flywheel 1 and the sleeve 2 are disconnected. The massive flywheel 1 rotates due to the inertial mass of the flywheel at a fixed speed. The separators 18 and 19, with the possibility of rotation, prevent mutual contact of the rolling elements 9 and 11, ensure their uniform distribution, direct them to the loaded zone, provide damping.

В результате чего исключается механическое разрушение и нагрев маховика при увеличении частоты вращения ротора свыше расчетного значения угонных оборотов и повышается эксплуатационная надежность насосного агрегата в аварийных ситуациях, а также безопасность работы всей АЭС, для обслуживания которой и предназначен заявляемый насосный агрегат.As a result, mechanical destruction and heating of the flywheel is excluded when the rotor speed is increased above the calculated value of the engine rpm and the operational reliability of the pump unit in emergency situations, as well as the safety of the entire nuclear power plant, for the maintenance of which the claimed pump unit is intended, are increased.

Claims

A pump unit containing a massive flywheel, resting on its upper and lower surfaces on supporting rolling elements, rigidly fixed to the outer surface of the sleeve, which is mounted on the rotor shaft using fasteners, on the end surfaces of which ring grooves are made, repeating the shape of the supporting rolling elements, characterized the fact that in the upper and lower zones of the location of the supporting rolling elements of the flywheel, independent massive separators are installed with grooves for separating the supporting rolling elements and having freedom of rotation eniya, which is achieved by using two groups of balls mounted in two annular grooves on the inner surface of the separator.