осевая турбоустановка

Формула изобретения

1. Осевая турбоустановка, содержащая генератор (5, 6, 7), окруженный корпусом или кожухом (1), и гидротурбину, которые либо установлены на одном общем валу (4), либо концы их валов соединены между собой муфтой, причем на отрезке вала между генератором и турбиной предусмотрен комбинированный несущенаправляющий подшипник (10), удерживаемый окружающим его подшипникодержателем (11), на котором закреплены первые подшипниковые сегменты (29), взаимодействующие с первым цилиндрическим отрезком (28) вала в качестве несущей поверхности радиального подшипника, а также две группы вторых подшипниковых сегментов (22, 23), которые взаимодействуют с двумя аксиально удаленными друг от друга, радиально направленными отрезками вала в качестве несущих поверхностей упорного подшипника, причем предусмотрены средства (27, 30) для регулирования взаимного положения подшипниковых сегментов относительно упомянутых отрезков вала, отличающаяся тем, что на отрезке вала между турбиной и генератором выполнена кольцевая канавка (19) с перпендикулярными оси вала несущими опорными поверхностями (20, 21), при этом вторые подшипниковые сегменты (22, 23) закреплены каждый на радиально внутреннем отрезке общей несущей балки (24), которая разъемно закреплена на подшипникодержателе (11) и входит в кольцевую канавку (19).

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что подшипникодержатель состоит из двух аксиально удаленных друг от друга отдельных колец (32, 33), которые удалены друг от друга посредством радиально направленных, аксиально проходящих перемычек (34) и прочно соединены с ними.

3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что несущие балки (24) закреплены на подшипникодержателе (11) резьбовыми пальцами (25), которые аксиально проходят через весь подшипникодержатель (11).

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что подшипникодержатель состоит из радиально направленных, аксиально проходящих перемычек (34), к обоим концам перемычек (34) встык приварены проходящие в радиальном направлении кольцевые сегменты, и перемычки, а также кольцевые сегменты образуют таким образом подшипникодержатель (11) в виде двойного кольца, при этом несущие балки (24) разъемно закреплены на подшипникодержателе (11) резьбовыми пальцами (25), аксиально проходящими через перемычки (34).

5. Установка по пп.1, 2 или 4, отличающаяся тем, что первые подшипниковые сегменты (29) разъемно закреплены на торцах перемычек (34) через регулировочные средства (30, 31).

6. Установка по пп.1 - 5, отличающаяся тем, что перпендикулярная оси вала 4 крепежная поверхность (26) подшипникодержателя (11) лежит на одной высоте с несущей подшипник поверхностью (20) боковой стенки канавки (19).

7. Установка по пп.1 - 5, отличающаяся тем, что при лежащих на разной осевой высоте крепежной поверхности (26) подшипникодержателя (11) и несущей подшипник поверхности (20) боковой стенки канавки (19) расстояние (b) в свету между валом (4) и подшипникодержателем (11) больше радиальной ширины (b₂₃) соседнего с ним сегмента (23).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится в целом к осевой турбоустановке, состоящей из окруженного корпусом генератора и гидротурбины, которые либо установлены на одном общем валу, либо концы их валов соединены между собой муфтой, причем на отрезке вала между генератором и турбиной предусмотрен комбинированный несуще-направляющий подшипник. Изобретение относится, в частности, к комбинированному несуще-направляющему подшипнику для этих машин, удерживаемому посредством окружающего его подшипникодержателя, на котором закреплены первые подшипниковые сегменты, взаимодействующие с первым цилиндрическим отрезком вала в качестве несущей поверхности радиального подшипника, и две группы вторых подшипниковых сегментов, взаимодействующих с двумя аксиально удаленными друг от друга, радиально направленными отрезками вала в качестве несущих поверхностей упорного подшипника, причем предусмотрены средства для регулирования взаимного положения подшипниковых сегментов относительно упомянутых отрезков вала.

Изобретение исходит при этом, в целом, из уровня техники, известного, например, из проспекта - "Bruwn Boveri Mittei lungen" апрель 1970 г., т. 57, стр. 182-190, в частности рис. 5 на стр. 186. Более подробная конструкция комбинированного несуще-направляющего подшипника такого рода является объектом международной заявки N WO 90/14523.

У осевых генераторов, называемых также осевыми турбогенераторами, комбинированный несуще-направляющий подшипник, установленный между турбиной и генератором, должен воспринимать помимо массы собственных вращающихся деталей также гидравлическую тягу, составляющую многие сотни тонн. Этот комбинированный подшипник удерживается окружающим его подшипникодержателем, на котором закреплены сегменты упорного подшипника, взаимодействующие с двумя радиально направленными несущими поверхностями на буртике вала в качестве несущих поверхностей упорного подшипника. На подшипникодержателе закреплены также сегменты радиального подшипника, взаимодействующие с цилиндром отрезком вала этого буртика в качестве несущей поверхности радиального подшипника. Кроме того, всем сегментам соответствуют средства для регулирования их взаимного положения относительно названных несущих поверхностей упорного и радиального подшипников на отрезках вала (см. заявку N WO 90/14523).

Опора сегментов упорного подшипника на подшипникодержатель является при этом очень сложной, поскольку подшипникодержатель должен охватывать этот буртик П-образно. При проведении регулировочных и ревизионных работ необходимо удалить сложные части обшивки, с тем чтобы попасть к регулировочным элементам подшипников.

В основе изобретения лежит задача создания осевой турбоустановки с комбинированным несуще-направляющим подшипником, который выдерживает любые нагрузки, имеет простую конструкцию и обеспечивает хороший доступ к подшипниковым сегментам вместе с их регулировочными элементами.

Эта задача решается согласно изобретению тем, что на отрезке вала между турбиной и генератором выполнена кольцевая канавка с перпендикулярными оси вала несущими поверхностями для подшипника, при этом каждый из вторых подшипников сегментов закреплены на радиально внутреннем отрезке общей несущей балки, которая разъемно закреплена на подшипникодержателе и входит в кольцевую канавку.

Преимущества изобретения следует усматривать, в частности, в том, что

- монтаж и демонтаж подшипниковых сегментов может быть осуществлен просто;

- как сегменты радиального, так и сегменты упорного подшипников имеют хороший доступ и выполнены с возможностью индивидуального регулирования;

- сервисные и инспекционные работы могут быть проведены быстро;

- подшипники не требуют смазки при остановке машины;

- упругость упорного подшипника, достигнутая за счет конструктивного выполнения и вылета несущих балок, может быть простым образом приведена в соответствие с общей упругостью осевого генератора.

Сущность изобретения более подробно поясняется ниже с помощью чертежа.

Пример осуществления изобретения схематично изображен на чертеже, где

на фиг. 1 в сильно упрощенном виде показан продольный разрез осевой турбоустановки;

фиг. 2 - более подробный продольный разрез несуще-направляющего подшипника генератора из фиг. 1;

фиг. 3 - сечение части радиального направляющего подшипника генератора из фиг. 2 по линии A-A;

фиг. 4 - продольный разрез части альтернативного несуще-направляющего подшипника.

На фиг. 1 в сильно упрощенном виде изображена осевая турбоустановка, генератор которой вместе со вспомогательными устройствами связан с гидротурбиной (не показана) и установлен в каплеобразном кожухе 1, удерживаемом под водой посредством нижней 2 и верхней 3 опор. Турбина и генератор установлены в этом примере на одном валу 4. Генератор установлен на валу 4 консольно и состоит из статора 5 и ротора 6. Последний содержит тело 7 с полюсами (не показаны), закрепленное на несущей конструкции 8 ротора, которая разъемно закреплена в зоне ступицы 9 на торце вала 4. На другом конце вала 4 установлено турбинное колесо.

Обозначенный поз. 10 комбинированный несуще-направляющий подшипник установлен на отрезке вала между генератором и турбиной и удерживается подшипникодержателем 11, который черев коническую крепежную деталь 12 и радиальную крепежную деталь 13 закреплен фланцем 14 на внутренней стенке кожуха 1. Подшипник полностью заключен в составную обшивку 15, 16, которая на конце со стороны вала входит по типу радиального щелевого уплотнения в пазы 17, 18 вала.

В этом отношении осевые турбоустановки известны и, например, описаны и изображены в приведенной выше публикации.

Как следует из фиг. 5 этой публикации или из единственной фигуры заявки N WO 90/14523, доступность к подшипниковым сегментам с целью проведения регулировочных или сервисных работ затруднена не только обшивкой подшипника, но и деталями подшипникодержателя. Это относится, в частности, к комбинированным несуще-направляющим подшипникам согласно упомянутой заявке, т.е. к конструкциям, у которых сегменты упорного подшипника взаимодействуют с обеими боковыми поверхностями буртика вала.

Для создания осевой турбоустановки с комбинированными несуще-направляющим подшипником, который выдерживает любые нагрузки, имеет простую конструкцию и обеспечивает хороший доступ к подшипниковым сегментам вместе с их регулировочными элементами, согласно изобретению, предусмотрено выполнение на отрезке вала между турбиной и генератором кольцевой канавки 19 с перпендикулярными оси вала несущими поверхностями 20, 21 подшипника. Соответствующие этим обеим несущим поверхностям 20, 21 подшипниковые сегменты 22, 23 закреплены на внутреннем конце радиально ориентированной несущей балки 24. Несущие балки - в данном примере их двенадцать - равномерно распределены по окружности (фиг. 3). Несущие балки 24 разъемно закреплены на подшипникодержателе 11 резьбовыми пальцами 25, аксиально полностью проходящими через подшипникодержатель 11, и вместе с закрепленными на нем сегментами 22, 23 входят в кольцевую канавку 19. Устройство выполнено в данном примере так, что перпендикулярная оси вала 4 крепежная поверхность 26 подшипникодержателя 11 лежит на одной осевой высоте с несущей поверхностью 20 боковой стенки канавки 19. Таким образом несущую балку вместе с сегментами 22, 23 после ослабления и извлечения резьбовых пальцев 25 можно радиально вытянуть наружу и удалить.

Если перпендикулярная оси вала 4 крепежная поверхность 26 подшипникодержателя 11 лежит не на одной осевой высоте с несущей поверхностью 20 боковой стенки канавки 19 - эта форма выполнения изображена в качестве примера на фиг. 4, причем одинаковые детали обозначены теми же ссылочными позициями, что и на фиг. 2 - то следует позаботиться о том, чтобы радиальная ширина b₂₃ сегментов 23 была меньше расстояния b в свету между отдельным кольцом 32 и валом 4. При выполнении этого условия несущую балку вместе с сегментами 22, 23 после ослабления и извлечения резьбовых пальцев 25 можно сначала вытянуть радиально наружу, а затем в осевом направлении и, тем самым, удалить.

Подшипниковые сегменты 22, 23 разъемно закреплены на несущей балке известным образом с помощью аксиально действующих регулировочных средств 27 и хорошо доступны снаружи. Несущая поверхность 28 на валу 4 для сегментов 29 радиального несущего подшипника непосредственно примыкает к кольцевой канавке 19. Сегменты 29 разъемно закреплены на внутренней периферии подшипникодержателя 11 с помощью радиально действующих регулировочных средств 30 и при необходимости распорных плит 31.

Сам подшипникодержатель 11 состоит (в окончательном виде) из двоичного кольца с двумя аксиально удаленными друг от друга отдельными кольцами 32, 33, которые сварены между собой радиально направленными, аксиально проходящими перемычками 34. Для того, чтобы зажимные усилия для несущих балок 24 не передавались на сварные швы, конструкция выполнена так, что отверстия проходят аксиально сквозь перемычки 34 и каждое отдельное кольцо 32, 33 состоит из множества кольцевых сегментов, сваренных встык с концами перемычек 34. Направленные внутрь, аксиально проходящие узкие стороны перемычек одновременно служат при этом для ведения и крепления сегментов 29 радиального несущего подшипника.

Обшивка на конце несуще-направляющего подшипника со стороны турбины выполнена в виде состоящей из двух или более кольцевых частей плиты 16, которая входит в паз 18 и привинчена к торцу 35 подшипникодержателя 11 со стороны генератора. Обшивка на конце со стороны генератора выполнена в виде состоящей из двух или более частей коробчатой крышки 36 Г-образного сечения, которая разъемно закреплена на радиальной крепежной детали 13. На направленной радиально внутрь полке аналогично концу со стороны генератора разъемно закреплена кольцевая плита 37 из двух или более частей, входящая в паз 17. Собственно герметизация подшипника от турбины и генератора осуществляется известным образом посредством контактных уплотнений 38, 39, разъемно закрепленных снаружи на крышке 36 или кольце 33 соответственно.

Для полноты картины на фиг. 2 показана также система маслоснабжения подшипника 10. Она включает в себя проходящую внутри крышки 36 кольцевую линию 40, от которой внутрь к сегментах 29, 22, 23 ответвляются линии 41, 42, 43 соответственно.

Как видно из фиг. 2, описанная конструкция комбинированного несуще-направляющего подшипника 10 обеспечивает после снятия крышки 36 беспрепятственный доступ к его основным деталям. Как радиальные, так и осевые несущие сегменты не только хорошо видны и установлены с возможностью регулирования, но их можно также удалить несколькими движениями руки. После удаления несущих балок 24 следует просто сместить сегменты 29 радиального подшипника в направлении кольцевой канавки 19 и извлечь их из кольцевого пространства между валом 4 и подшипникодержателем 11.

Другое преимущество описанного устройства в том, что осевая направляющая и радиальная опора могут быть выполнены компактно без сложных несуще-удерживающих устройств, поскольку они закреплены на общем удерживающем органе - подшипникодержателе 11. Использование одного единственного удерживающего органа (несущая балка 24) для каждых двух сегментов 22, 23 позволяет, кроме того, путем подходящего расчета несущей балки, например, по ее сечению, придать определенную жесткость или также упругость осевой опоре, которая к тому же при необходимости может быть впоследствии изменена, например, за счет замены на другие несущие балки.

Конструкция подшипника была описана на примере осевой турбоустановки, у которой генератор и турбина установлены на одном общем валу 4, а ротор генератора установлен консольно. Она может, само собой, использоваться также в установках генератором, имеющим опору с обеих сторон или в установках, где генератор и турбина используются через промежуточный вал, как это описано в упомянутом проспекте.