устройство и способ для отвода жидкого смазочного материала из опорного устройства

Формула изобретения

1. Устройство (1) для отвода жидкого смазочного материала (8) из опорного устройства (2) для вращающегося вокруг оси (3) вала (4), которое имеет подлежащий смазыванию смазочным материалом (8) подшипник (5), на который опирается вал (4), по меньшей мере, одно расположенное вблизи подшипника (5), охватывающее вал (4) уплотнение (7) и расположенный у первого конца (9а) подшипника (5), окружающий вал коллектор (10), выполненный с возможностью улавливания и отвода выходящего на первом конце (9а) смазочного материала (8), отличающееся тем, что геодезически под подшипником (5) предусмотрен отстойник (11) смазочного материала, который соединен со стоком (12) для смазочного материала, и коллектор (10) имеет проходящий через отстойник (11) смазочного материала отклоняющий канал (25) для ускорения отвода смазочного материала (8).

2. Устройство (1) по п.1, отличающееся тем, что второй конец (9b) подшипника (5) расположен вдоль оси (3) противоположно первому концу (9а) и для непосредственного протекания смазочного материала (8) в отстойник (11) смазочного материала соединен с ним гидравлически.

3. Устройство (1) по п.2, отличающееся тем, что предусмотрен другой, расположенный вблизи второго конца (9b) коллектор (10а) для приема и отвода выходящего из второго конца (9b) смазочного материала (8).

4. Устройство (1) по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что подшипник (5) расположен между уплотнением (7) и коллектором (10).

5. Устройство (1) по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что уплотнитель (7) имеет корпус (6) уплотнителя, в котором предусмотрена отсасывающая камера (13), и, по меньшей мере, две уплотнительные ленты (15), окружающие вал (4) и образующие промежуточное пространство (14), которое соединено гидравлически с отсасывающей камерой (13).

6. Устройство (1) по п.5, отличающееся тем, что отсасывающая камера (13) имеет выполненное в корпусе (6) уплотнителя отверстие (16).

7. Устройство (1) по одному из п.5 или 6, отличающееся тем, что отсасывающая камера (13) соединена с отсасывающим трубопроводом (17), которой проходит через отстойник (11) смазочного материала и входит в сток (12) для смазочного материала, так что его поперечное сечение (18) сужается отсасывающим трубопроводом (17).

8. Устройство (1) по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что опорное устройство (2) содержит концевой подшипник (5а).

9. Способ отвода жидкого смазочного материала (8) из опорного устройства (2) для вращающегося вокруг оси (3) вала (4), которое содержит подшипник (5), снабженный смазочным материалом (8), и на который опирается вал (8), по меньшей мере, одно расположенное вблизи подшипника (5) и окружающее вал (4) уплотнение (7) и один приданный первому концу (9а) подшипника (5), окружающий вал коллектор (10), с помощью которого улавливают и отводят выходящий на первом конце (9а) смазочный материал (8), отличающийся тем, что из коллектора (10) через проходящий через расположенный геодезически ниже подшипника (5) отстойник (11) смазочного материала отклоняющий канал (25) смазочный материал (8) с ускорением подводят к стоку (12) для смазочного материала.

10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что выходящий из расположенного вдоль оси противоположно первому концу (9а) второго конца (9b) смазочный материала (8) отводят непосредственно в отстойник (11) смазочного материала, так что отклоняющий канал (25) заканчивается в наполненной смазочным материалом (8) области (19) отстойника (11) смазочного материала.

11. Способ по п.9 или 10, отличающийся тем, что смазочный материал (8) из образованного между двумя уплотнительными лентами (15) уплотнения (7) промежуточного пространства (14) отводят в отсасывающую камеру (13) и оттуда через проходящий через отстойник (11) смазочного материала отсасывающий трубопровод (17) в сток (12) для смазочного материала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройству для отвода жидкого смазочного материала, в частности подшипникового масла, из опорного устройства для вращающегося вокруг оси вала. Опорное устройство имеет подлежащий смазыванию смазочным материалом подшипник, на который опирается вал, по меньшей мере, одно расположенное вблизи подшипника, охватывающее вал уплотнение и коллектор для сбора и отвода выходящего смазочного материала. Кроме того, изобретение относится к способу отвода жидкого смазочного материала из опорного устройства, в частности, для вала паровой турбины.

Изобретение относится, в частности, к подшипникам скольжения в турбинных установках, в частности в паротурбинных установках. Подшипники скольжения, которые находят применение в турбинных установках, а также способ и устройство для отвода жидкого смазочного материала, в частности смазочного масла, из таких подшипников скольжения раскрыты, например, в ЕР 0306634 A2, а также в WO 94/01713 A1.

B ЕР 0306634 A2 описано бесконтактное уплотнение вала с отводом просачивающегося масла, которое в подшипнике скольжения для турбомашин, в частности для паровых турбин, в широком диапазоне частот вращения, начиная с положения покоя, через частоту вращения разгона до рабочей частоты вращения (например, 3000 об/мин) обеспечивает быстрый отвод стекающего с поверхностей подшипника скольжения подшипникового масла. Для этого предусмотрено устройство сбора масла с кольцевым каналом, который на одном отрезке дуги имеет щелевую дуговую прорезь, так что дуговая прорезь перекрывает угловую область окружности вала, которая начинается в геодезически наиболее низкой точке внешнего контура кольцевого канала и проходит в направлении вращения вала до разделительного шва вкладышей подшипника кольцевого канала для сбора масла. Для отвода проникшего в уплотнение подшипника скольжения просачивающегося масла геодезически под уплотнением приварена камера для сбора просочившегося масла. Она заканчивается через аксиально ориентированные отсасывающие отверстия создающими разрежение насосными соплами, которые находятся в виде вытяжных шляпок в стоке для масла кольцевого канала для сбора масла. За счет этого должен достигаться в определенном размере отвод просочившегося масла из уплотнений подшипников скольжения.

В WO 94/01713 раскрыты способ и устройство для отвода смазочного материала, в частности подшипникового масла, из подшипникового устройства, в частности, из концевого подшипника паровой турбины. При этом концевой подшипник снабжен уплотнением, охватывающим турбинный вал. Между ними предусмотрен охватывающий вал коллектор, в который стекает выходящий из подшипника вдоль вала смазочный материал и из которого он отводится. Смазочный материал отводится из коллекторного пространства без существенного снижения скорости. Через инжекторный трубопровод подшипниковое масло подводится к отклоняющему трубопроводу. Система из инжекторного трубопровода и отклоняющего трубопровода образует струйный насос, создающий эффект разрежения.

Задачей изобретения является создание устройства для отвода жидкого смазочного материала из опорного устройства для вращающегося вокруг оси вала, при этом опорное устройство имеет подлежащий смазке смазочным материалом подшипник, на который опирается вал, и выходящий из подшипника смазочный материал должен ускоренно удаляться с помощью незначительных аппаратных затрат. Другая задача состоит в том, чтобы создать соответствующий способ ускоренного отвода жидкого смазочного материала.

В отношении устройства эта задача решается тем, что в опорном устройстве, содержащим, по меньшей мере, одно расположенное вблизи подшипника и окружающее вал уплотнение и расположенный у первого конца подшипника, окружающий вал коллектор, выполненный с возможностью улавливания и отвода выходящего на первом конце смазочного материала, предусмотрен расположенный геодезически под подшипником отстойник смазочного материала, который соединен со стоком для смазочного материала, и при этом коллектор имеет проходящий через отстойник смазочного материала отклоняющий канал для ускоренного отвода смазочного материала в сток для смазочного материала.

Для этого используется импульс выходящего смазочного материала, в частности подшипникового масла. Смазочный материал получает при выходе из подшипника импульс, так как он отбрасывается тангенциально вращающимся валом. За счет этого выходящий смазочный материал имеет высокую скорость в тангенциальном направлении. Эта скорость в основном сохраняется отклоняющим каналом, так что обеспечивается ускоренный слив смазочного материала из коллектора. Коллектор с примыкающим к нему отклоняющим каналом действует вместе со стоком для смазочного материала как инжектор и ускоряет смазочный материал, выходящий на втором конце, противоположном первому концу подшипника. Он протекает непосредственно в отстойник смазочного материала, который образован, в частности, корпусом подшипника. В отстойнике смазочного материала при нормальной работе вала и функционирующей подаче смазочного материала в опорное устройство образуются ванна из смазочного материала. За счет ускоренного отвода смазочного материала при работающем вале обеспечивается нахождение уровня ванны из смазочного материала геодезически ниже уплотнения. Тем самым эффективно предотвращается попадание смазочного материала из ванны смазочного материала в уплотнение. В паровой турбине, в которой к внешней стороне уплотнения примыкает соединенное с конденсатором воздушное пространство, эффективно предотвращается нежелательное проникновение масла в конденсатор.

Второй конец подшипника выполнен, предпочтительно, так, что существует непосредственное гидравлическое соединение с отстойником смазочного материала. За счет этого может происходить беспрепятственный, ускоренный с помощью действующего как инжектор коллектора первого конца слив смазочного материала в отстойник смазочного материала, за счет чего в значительной степени предотвращается нежелательное распределение смазочного материала внутри опорного устройства, в частности, проникновение в уплотнение опорного устройства.

Нежелательное распределение выходящего из второго конца смазочного материала предотвращается с помощью расположенного вблизи второго конца коллектора для приема и отвода смазочного материала, при этом коллектор обеспечивает непосредственный слив смазочного материала в отстойник смазочного материала.

Подшипник расположен, предпочтительно, между уплотнением и служащим в качестве инжектора коллектором, за счет чего обеспечивается ускоренный отвод выходящего из подшипника в направлении уплотнения смазочного материала, так что в значительной степени предотвращается проникновение смазочного материала в уплотнение.

Для отсасывания все же проникшего в уплотнение смазочного материала непосредственно в корпусе уплотнения предусмотрена отсасывающая камера, которая гидравлически соединена с промежуточным пространством, образованным двумя соседними, окружающими вал уплотнительными лентами. Гидравлическое соединение обеспечивается, предпочтительно, с помощью ряда отверстий в корпусе уплотнения. За счет этого достигается слив проникшего в промежуточное пространство подшипникового масла. Уплотнение содержит, предпочтительно, множество уплотнительных лент и, таким образом, множество промежуточных пространств вдоль оси вала, каждое из которых гидравлически соединено с отсасывающей камерой.

Отсасывающая камера имеет, предпочтительно, по меньшей мере, одно отверстие, выполненное в корпусе уплотнения, которое проходит, в частности, в аксиальном направлении. В зависимости от ожидаемого количества проникающего в уплотнение смазочного материала выбирается количество выполняемых отверстий, при этом учитывается также термомеханическая стойкость корпуса уплотнения.

Отсасывающая камера соединена, предпочтительно, с отсасывающим трубопроводом, который ведет в отстойник смазочного материала и заканчивается в стоке для смазочного материала, так что его поперечное сечение сужается отсасывающим трубопроводом. Вследствие этого, предпочтительно, легкого сужения поперечного сечения стока для смазочного материала создается локально дополнительное незначительное разрежение. Это разрежение способствует сливу проникающего в уплотнение смазочного материала. Это происходящее самостоятельно вследствие разрежения отсасывание смазочного материала из уплотнения действует даже тогда, когда выходит из строя отсасывание паров смазочного материала из корпуса подшипника. Таким образом, обеспечивается дополнительная защита от выхода смазочного материала из подшипника, в частности подшипника скольжения, в примыкающее к уплотнителю паровыпускное пространство паротурбинной установки. За счет этого надежно предотвращается также смачивание смазочным материалом соединенного с паровыпускным пространством конденсатора, что приводило бы к снижению коэффициента полезного действия паровой турбины. Отсасывание проникшего в уплотнение смазочного материала ускоряется с помощью действующего как инжектор коллектора с отклоняющим каналом по сравнению с опорным устройством, в котором смазочный материал стекает из подшипника только под действием силы гравитации.

Устройство пригодно, предпочтительно, для улучшения качеств опорного устройства, в частности подшипников скольжения в турбинной установке, в частности в паротурбинной установке. Устройство особенно пригодно для использования в работающих с высокой нагрузкой турбинных установках в электростанциях и т.п.; особенно оно пригодно для улучшения свойств подшипников скольжения в концевой опоре турбинной установки, которая расположена в наполненном паром пространстве турбинной установки. Опорное устройство может иметь, естественно, другие компоненты наряду с уже указанными. Во многих паровых турбинах уплотнения в опорных устройствах выполнены из нескольких частей и/или структурированно. Так, например, вдоль вала между внутренним пространством турбины и подшипником часто расположены несколько уплотнительных участков, между которыми расположены пространства, которые в зависимости от их выполнения и задачи наполнены паром, откачаны или вентилируются. Это приводит в каждом частичном уплотнении к образованию потока утечки с определенными свойствами, в частности определенной величиной, определенным направлением и определенным составом, и эти потоки утечки смазочного материала отводятся из уплотнения в определенных местах и в соответствии с их составом подвергаются дальнейшей обработке.

Относящаяся к способу отвода жидкого смазочного материала из опорного устройства для вращающегося вокруг оси вала задача решается в опорном устройстве, содержащем подшипник, смазываемый смазочным материалом, и на который опирается вал, по меньшей мере, одно расположенное вблизи подшипника и окружающее вал уплотнение и один приданный первому концу подшипника, окружающий вал коллектор, с помощью которого улавливают и отводят выходящий на первом конце смазочный материал, тем, что из коллектора через проходящий через расположенный геодезически ниже подшипника отстойник смазочного материала отклоняющий канал получивший ускорение смазочный материал подводят к стоку для смазочного материала. С помощью такого снабженного отклоняющим каналом коллектора, который использует высокую тангенциальную скорость потока выходящего смазочного материала, достигают ускоренного отвода смазочного материала. Отклоняющий канал входит, предпочтительно, в вертикальном направлении в вертикально расположенный сток для смазочного материала, который соединен с частично наполненным смазочным материалом отстойником смазочного материала. Проходящий через отстойник смазочного материала и входящий в сток для смазочного материала отклоняющий канал создает в стоке для смазочного материала разрежение, за счет чего происходит ускоренный слив смазочного материала из отстойника смазочного материала. За счет этого поддерживают уровень смазочного материала в отстойнике геодезически ниже уплотнения, так что смазочный материал не проникает из отстойника в уплотнение и не протекает через него.

Отстойник смазочного материала заполняется смазочным материалом, в частности подшипниковым маслом, выходящим из второго конца подшипника, расположенного вдоль оси противоположно первому концу. Подвод выходящего смазочного материала обеспечивается с помощью свободного гидравлического соединения между вторым концом и отстойником смазочного материала. Для этого может быть предусмотрен другой окружающий вал коллектор, из которого смазочный материал вытекает в отстойник смазочного материала.

Проникающий в образованное между двумя уплотнительными лентами промежуточное пространство смазочный материал направляется в расположенную в корпусе уплотнения отсасывающую камеру, в частности в аксиальное отверстие, и протекает оттуда через проходящий через отстойник смазочного материала отсасывающий трубопровод в сток для смазочного материала. За счет входящего в сток для смазочного материала отсасывающего трубопровода создается дополнительное разрежение, которое приводит к ускоренному отводу проникшего в уплотнение смазочного материала.

Устройство и способ согласно изобретению поясняются ниже на примерах выполнения с помощью чертежей, на которых частично в схематичном виде изображено:

фиг. 1 - опорное устройство концевого подшипника паровой турбины в продольном разрезе вдоль оси турбинного вала; и

фиг. 2 - разрез в увеличенном масштабе в области уплотнения согласно фиг. 1.

На фиг 1 показана конечная область проходящего вдоль оси 3 вала 4 паровой турбины. Турбинный вал 4 опирается на опорное устройство 2, содержащее выполненный в виде подшипника скольжения подшипник 5, который окружен корпусом 20 подшипника, и уплотняющее корпус 20 подшипника на валу 4 уплотнение 7. Опорное устройство 2 имеет приспособление 1 для отвода наружу смазочного материала 8, в частности подшипникового масла, из корпуса 20 подшипника. Уплотнение 7, а также подшипник 5 окружают в виде круговых цилиндров турбинный вал 4. Подшипник 5 имеет не изображенное устройство подачи смазочного материала, через которое во время нормальной работы паротурбинной установки подают смазочный материал 8 в подшипник 5. Смазочный материал выходит из первого конца 9a, который расположен на концевой стороне 27 турбинного вала 4, а также из второго конца 9b, который обращен в сторону уплотнения 7. Непосредственно на первом конце 9a расположен коллектор 10 для приема выходящего с высокой тангенциальной скоростью из подшипника смазочного материала 8, который в своей геодезически наиболее низко расположенной точке имеет отклоняющий канал 25, через который отводится смазочный материал 8. Отклоняющий канал 25 проходит через расположенный геодезически ниже подшипника 5 отстойник 11 смазочного материала, по существу, вертикально и входит в проходящий, в основном, вертикально сток 12 для смазочного материала. Сток 12 для смазочного материала выполнен литьем в опоре 28 корпуса 20 подшипника. Сток 12 для смазочного материала проходит непосредственно от отстойника 11 смазочного материала геодезически вниз. На втором конце 9b также предусмотрен коллектор 10a для приема и отвода выходящего из второго конца 9b смазочного материала 8. Коллектор 10a обеспечивает в основном беспрепятственное стекание смазочного материала 8 в отстойник 11 смазочного материала, который за счет этого во время нормальной работы паротурбинной установки заполнен до соответствующего уровня, лежащего геодезически ниже уплотнения 7, смазочным материалом 8, в частности подшипниковым маслом. Корпус 20 подшипника, который окружает концевой подшипник 5a, расположен в паровом пространстве паротурбинной установки, в частности в паровыпускном патрубке. Опорное устройство 2 поддерживается в паровом пространстве опорами 28, 28a, при этом одна или несколько опор 28 выполнены полыми, в частности, содержат сток 12 для смазочного материала. Корпус 20 подшипника служит, в частности, для удерживания пара от проникновения в опорное устройство 2. Через корпус 20 подшипника насквозь проходит подвод 22 воздуха, который заканчивается вне корпуса 20 подшипника вблизи уплотнения 7. Подвод 22 воздуха проходит через другую опору 28a. Корпус 20 подшипника подключен к отсосу 21 паров масла, так что постоянно в корпусе 20 подшипника поддерживается легкое разрежение. Уплотнение 7 представляет собой более подробно изображенное на фиг. 2 бесконтактное уплотнение вала с корпусом 6 уплотнения, которое предотвращает выход пара, соответственно, проникновение воздуха и выход смазочного материала 8, в частности, масла, соответственно, паров масла. Вне корпуса 20 подшипника между уплотнением 7 и несущей рабочие лопатки 24 частью турбинного вала 4 предусмотрены неизображенные отсосы и подводы пара для выпара и защитного пара.

Для отвода проникшего в уплотнение 7 смазочного материала 8 к уплотнению подключен отсасывающий трубопровод 17, который проходит в отстойнике 11 смазочного материала через заполненную смазочным материалом 8 область 19 и своим коленом 26 входит, по существу, вертикально в сток 12 для смазочного материала. За счет этого уменьшается поперечное сечение 18 стока 12 для смазочного материала, в результате чего возникает дополнительное разрежение. Коллектор 10 с расположенным в нем отклоняющим каналом 25 и уплотнение 7 с соединенным с ним отсасывающим трубопроводом 17 являются частью приспособления 1 для ускоренного отвода смазочного материала 8.

Подшипниковое масло 8 выходит на концах 9a, 9b подшипника 5 скольжения и имеет вследствие вращения турбинного вала 4 высокую скорость в направлении окружности. Коллектор 10 улавливает подшипниковое масло 8 и направляет через отклоняющий канал 25 в сток 12 для смазочного материала. Такая система из коллектора 10, отклоняющего канала 25 и стока 12 для смазочного материала действует как инжектор и ускоряет выходящее на втором конце 9b подшипниковое масло, которое направляется непосредственно в отстойник 11 смазочного материала и там находится в виде масляной ванны. Выполненный таким образом с помощью небольших материальных затрат отвод смазочного материала 8, в частности подшипникового масла, действует независимо от отсоса 21 масла только вследствие вращения турбинного вала 4.

На фиг. 2 показано уплотнение 7 согласно фиг. 1 в увеличенном масштабе. Уплотнение 7 имеет корпус 6 уплотнения, на котором вдоль турбинного вала расположено множество уплотняющих лент 15, окружающих корпус 6 уплотнения. Между соседними уплотнительными лентами 15 образованы соответствующие промежуточные пространства 14. Корпус 6 уплотнения имеет отсасывающую камеру 13, которая через соответствующие вытяжные отверстия 23 соединена с множеством промежуточных пространств. Отсасывающая камера имеет одно отверстие 16 или множество отверстий 16, каждое из которых выполнено в аксиальном направлении параллельно оси 3 в корпусе 6 уплотнения. К соответствующему отверстию 16 подсоединен уже описанный отсасывающий трубопровод 17. Естественно, что возможно также при множестве отверстий подключить их к общему каналу, с которым затем соединяется отсасывающий трубопровод 17.

С помощью расположенного непосредственно в корпусе 6 уплотнителя и соединенного гидравлически с промежуточными пространствами отсасывающей камеры 13 обеспечивается отсос смазочного материала 8, в частности подшипникового масла, которое проникло в уплотнение 7. За счет этого эффективно предотвращается постепенное наполнение промежуточных пространств от подшипника в направлении подвода 22 воздуха и последующий выход смазочного материала 8 из корпуса 20 подшипника. Через отверстие 16 в корпусе 6 уплотнителя смазочный материал 8 из промежуточных пространств 14 по отсасывающему трубопроводу 17 направляется в сток 12 для смазочного материала. За счет входа отсасывающего трубопровода 17 в области отклоняющего канала 25 в сток 12 для смазочного материала происходит сужение поперечного сечения, за счет чего локально создается дополнительное разрежение. За счет этого разрежение проникший в уплотнитель 7 смазочный материал 8 отводится не только вследствие сил гравитации, но и за счет целенаправленного отсасывания. Это отсасывание поддерживается также действующим как инжектор коллектором с отклоняющим каналом 25. Отсасывание может происходить независимо от отсоса 21 паров масла и обеспечивает тем самым дополнительную защиту от выхода масла из подшипника 5 скольжения в паровыпускное пространство паровой турбины.