ПРИВОД ПОВОРОТА ВАЛА ДЛЯ ПРИВЕДЕНИЯ ВО ВРАЩЕНИЕ ВАЛА ТУРБОГЕНЕРАТОРА

Настоящая полезная модель относится к области турбогенераторов. В частности, она направлена на паровые турбины, однако может быть также применима и для газовых турбин. Подобные турбины используются на электростанциях, каждая турбина приводит в действие генератор, вырабатывающий электроэнергию. Это может быть электростанция, работающая на ископаемом сырье или использующая альтернативные источники энергии.
В частности, полезная модель относится к узлу привода поворота вала, связанного с роторами в каждом из модулей турбины, а также в генераторе. Вращение осуществляется при помощи вспомогательного двигателя, способного преодолевать сопротивление повороту вала. Периоды вращения происходят во время фаз, предшествующих или следующих за периодами выработки электроэнергии турбогенератором. Вращение вала при запуске и во время периодов остановки необходимо для выравнивания температуры ротора и предотвращения, таким образом, изгиба вала под воздействием температурной неравномерности. Узел привода поворота вала также обеспечивает вращение вала на этапе запуска, перед нагнетанием пара в паровую турбину. Скорость вращения вала во время фазы проворота вала является невысокой и постоянной. Она колеблется от нескольких оборотов в минуту до нескольких десятков оборотов в минуту в зависимости от турбогенератора.
В узле привода поворота вала из предшествующего уровня техники функция проворота осуществляется электродвигателем, приводящим первую шестерню посредством гидравлической муфты. Редукция обеспечивается ведущей шестерней, установленной на валу двигателя и колесом, неподвижно закрепленном на вторичном валу. Вторичный вал соединен с валом через вторую шестерню, одно из колес которой соединено со сцеплением. Сцепление разъединяет узел привода поворота вала от вала. Все компоненты собраны в корпусе, за исключением электродвигателя и гидравлической муфты. Подобная компоновка имеет ряд недостатков:
- наличие сцепления на валу сильно затрудняет проведение технического обслуживания узла привода поворота вала. При демонтаже узла привода поворота вала приходится демонтировать элементы, расположенные между сцеплением и ближним концом вала. Это требует длительной и сложной настройки при сборке. В частности, наличие сцепления на валу не позволяет устанавливать узел привода поворота вала между двумя роторами вала,
- компенсирующая муфта, установленная между гидравлической муфтой и червяком, находящимся внутри корпуса, подвержена выбросам масла и его паров. Срок службы ее, таким образом, существенно сокращается,
- доступ к сцеплению крайне затруднен,
- конструкция не является оптимальной. Наличие на валу сцепления неизбежно увеличивает длину упомянутого вала. В результате этого увеличивается общая громоздкость турбогенератора.
Цель настоящей полезной модели заключается в том, чтобы устранить подобные недостатки за счет улучшения доступа, позволяющего упростить проведение технического обслуживания, уменьшения громоздкости и упрощения конструкции.
Полезная модель относится к узлу привода поворота вала и турбогенератору, как определено в формуле изобретения.
Узел привода поворота вала предназначен для приведения во вращение вала турбогенератора с осью (А) вращения. Узел привода поворота вала содержит главное колесо, неподвижно закрепленное на валу, боковые стороны колеса расположены по обеим сторонам от оси вращения; в модуле привода поворота вала имеется опорная часть, на которую установлена система сцепления, предназначенная для соединения и разъединения вторичного вала с главным колесом. Вторичный вал приводится в действие вспомогательным двигателем. Модуль привода поворота вала расположен на одной из упомянутых боковых сторон от оси вращения. Подобное расположение компонентов упрощает конструкцию и делает ее более компактной. В частности, осевой размер вала уменьшается, что в свою очередь уменьшает массу корпуса машины и размер несущей бетонной конструкции. Обслуживание модуля привода поворота вала упрощается, поскольку больше не требуется осуществлять доступ к валу турбины. Также модуль привода поворота вала может быть собран за пределами места установки. Полезная модель также позволяет устанавливать узел привода поворота вала в любой части вала, не обязательно на его конце; за счет этого главное колесо может быть установлено между двумя роторами турбин, в этом же месте может быть установлен и узел привода поворота вала.
По другому аспекту полезной модели система сцепления устанавливается ниже уровня оси (А) вращения турбины, что повышает прочность и устойчивость узла привода поворота вала. Предпочтительно вторичный вал расположен снизу. Опора, за счет того, что она расположена ниже, становится значительно более прочной.
По предпочтительному выполнению полезной модели система сцепления, устанавливается на вторичном валу, приводимом во вращение на упомянутой опорной части. Данная особенность повышает устойчивость модульной конструкции привода поворота вала. Вторичный вал не проворачивается, в частности во время периодов выработки электроэнергии. Вторичный вал проворачивается лишь во время фаз проворота, при вращении двигателя.
По другому предпочтительному выполнению полезной модели система сцепления содержит ведущую шестерню, подвижно установленную вдоль вторичного вала, перемещение ведущей шестерни обеспечивает соединение и рассоединение упомянутого двигателя с главным колесом через вторичный вал. Подобный признак упрощает визуальный контроль за сцеплением. Например, при возникновении неисправностей первоначальный осмотр сцепления становится проще.
По другому предпочтительному выполнению модуль привода поворота вала содержит редуктор, приводящий в действие вторичный вал, редуктор установлен на упомянутой опорной части. Подобный признак обеспечивает соответствующее передаточное число и модульную конструкцию привода поворота вала.
По другому предпочтительному выполнению редуктор содержит червяком и колесо, которое установлено рядом с системой сцепления. Подобная конструкция завершает модульную конструкцию привода поворота вала.
По другому предпочтительному выполнению модуль привода поворота вала установлен в корпусе, а червяк снабжен валом, проходящим через корпус. Подобная особенность позволяет устанавливать двигатель, гидравлическую муфту и компенсирующую муфту снаружи корпуса.
Предпочтительно червяковый вал входит в коробку через съемную заслонку. Это позволяет устанавливать и демонтировать модуль привода поворота вала внутри корпуса.
По одному из вариантов осуществления один из торцов червяка расположен снаружи корпуса и сопряжен с упомянутым двигателем посредством гидравлической муфты и компенсирующей муфты, которая больше не подвержена воздействию коррозионной среды, существующей внутри корпуса.
Полезная модель также относится к турбогенератору для выработки электроэнергии, содержащей, по меньшей мере, один модуль турбины с валом, приводимым в движение паром, вал выполнен с возможностью приведения его во вращение приводом поворота вала.
Полезная модель далее описана в качестве примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, где:
на фиг.1 показан вид в перспективе турбогенератора для выработки электроэнергии,
на фиг.2 показан привод поворота вала в перспективе на виде сверху,
на фиг.3 показан привод поворота вала на виде сверху,
на фиг.4 показан модуль привода поворота вала в перспективе.
На фиг.1 показан вид в перспективе турбогенератор для выработки электроэнергии, содержащий три турбинных модуля T1, T2, Т3, приводящих в действие паровой генератор 3. Турбогенератор установлен на жесткую раму 5, в целом, изготовленную из бетона. В данном случае объем вырабатываемой электроэнергии составляет от 500 МВт до 2000 МВт. Роторы турбинных модулей вращают генератор 3 вокруг оси А. Генератор расположен сзади турбинных модулей. Вал выходит с противоположной стороны от генератора 3 и связан с приводом поворота вала. При помощи вспомогательного двигателя 4 узел 2 привода поворота вала приводит во вращение вал 1 через систему 6 сцепления, которая соединяет или разъединяет вал 1 с двигателем 4. Во время выработки электроэнергии вал отсоединяется от двигателя. Двигатель 4 предпочтительно является электродвигателем. Согласно полезной модели узел привода поворота вала может быть также размещен между двумя модулями турбины (T1, T2, Т3) или между последним модулем турбины (Т3) и генератором 3.
На фигурах 2 и 3 изображен детализированный вид узла 2 привода поворота вала. Модуль 10 привода поворота вала установлен внутри корпуса 7, крышка которого (не показана) снята для демонстрации внутреннего механизма. Крышка крепится к корпусе на уровне разделительной линии 36 корпуса. У корпуса 7 имеется основание 38, проходящее снаружи корпуса, с каждой стороны вала. У корпуса 7 имеются две боковые стенки 32, 33, расположенные по обеим сторонам от оси А, а также задняя стенка 34 и передняя стенка 35. Во время работы корпус 7 герметично закрыт крышкой. В корпусе установлен подшипник 8, в котором расположен конец вала 1. Подшипник 8 примыкает к передней стенке 35 корпуса. Главное зубчатое колесо 9 установлено на валу 1, в данном случае, с его торца. Колесо 9 также может быть установлено на валу в месте, отличном от вышеупомянутого торца. Главное колесо 9 может быть расположено между двумя модулями турбины или между последним модулем турбины и генератором. Боковые стороны (C1, C2), расположены по обеим сторонам от оси А вращения. С боковой стороны упомянутого главного колеса 9 расположен модуль 10 привода поворота вала - в данном случае со стороны C1 от оси А вращения.
Модуль 10 привода поворота вала включает в себя систему 6 сцепления, которая содержит зубчатую ведущую шестерню 11, установленную на ведущем валу 12. Ведущая шестерня 11 может перемещаться вдоль упомянутого вторичного вала 12 и соединена с ним с возможностью передачи вращения. На фигурах 2 и 3 показано, что ведущая шестерня 11 расцеплена с главным колесом 9, т.е. модуль 10 привода поворота вала отсоединен от вала 1. При перемещении на расстояние D ведущая шестерня 11 соединяется с главным колесом 9, а модуль 10 привода поворота вала соответственно сопрягается с валом турбины 1. Зубья главного колеса 9 и ведущей шестерни 11 являются прямыми зубьями, что упрощает зацепление ведущей шестерни с колесом.
Вторичный вал 12 установлен на двух верхних подшипниках 13, 14, расположенных по обеим сторонам от ведущей шестерни 11. Два верхних подшипника установлены сверху опорной части 15, которая опирается на опорную поверхность корпуса 7. Вторичный вал 12 может приводиться во вращение колесом 17 и червяком 18, установленными на опорной части 15. Колесо 17 расположено сбоку от ведущей шестерни 11, между двумя верхними подшипниками 13, 14 вторичного вала 12. Червяк 18 расположен снизу колеса 17 и находится ниже относительно уровня вторичного вала 12. Ведущая шестерня 11, подвижно установленная на вторичном валу, образует систему 6 сцепления.
Передаточное число узла 2 привода поворота вала уменьшено по сравнению с числом у описанного устройства из предшествующего уровня техники: двигатель 4 вращается со скоростью 750 об/мин (ранее 1500 об/мин). Подобное уменьшенное число оборотов двигателя уменьшает общее передаточное число, соответствующее передаточному числу колеса 17 и червяка 18, а также передаточному числу колеса 9 и ведущей шестерни 11.
Червяк 18 имеет червячный вал 20, сопряженный с двигателем 4 посредством гидравлической муфты компенсирующей муфты, расположенной между гидравлической муфтой и червяком. Двигатель неподвижно закреплен на плите 21 основания корпуса при помощи промежуточной детали 37, на которую опирается двигатель 4. Червячный вал 20 проходит через стенку корпуса. Для этого в боковой стенке 32 выполнено отверстие, которое проходит от места прохода вала 20 до разделительной линии 36 корпуса 7. Отверстие закрыто съемной заслонкой 22, в данном случае закрепленной винтами на боковой стенке 32 корпуса 7.
На фиг.3 показано расположение узла системы 6 сцепления с одной стороны главного колеса 9, между боковой заслонкой 32 и упомянутым главным колесом. Вторичный вал 12 расположен на боковой стороне вала турбины 1, параллельно последней. Компактность может быть дополнительно увеличена за счет установки системы 6 сцепления ниже уровня вала 1. На фиг.2 показано положение вторичного вала 12 относительно оси А. Вторичный вал 12 расположен сбоку и ниже оси А турбины. Модуль 10 привода поворота вала предпочтительно расположен ниже уровня разделительной линии корпуса 7. Двигатель 20 вала расположен перпендикулярно к валу турбины 1.
Расположение вторичного вала 12 сбоку от колеса 9 позволяет увеличивать и уменьшать длину вала 20, а также свести к минимуму проблемы, связанные с выравниванием. Также, расположение вторичного вала 12 ниже оси А вращения позволяет увеличить ширину.
Крепление модуля 10 привода поворота вала в корпусе 7 по высоте ниже уровня оси А вращения вала придает конструкции устойчивость и позволяет отказаться от использования длинных нежестких опорных ножек или аналогичных устройств, которым свойственна вибрация. Также после выравнивания всех компонентов, расположенных на червячном валу 20 (двигателя 4, гидравлической муфты 24, червяка 18), они становятся более устойчивыми, поскольку двигатель неподвижно закреплен на более прочном основании.
Червячный вал 20 расположен ниже вторичного вала 12. Ось вращения, общая для вала 20 и червяка 18, проходит горизонтально.
Конец вала 20 сопряжен с двигателем 4 посредством гидравлической муфты 24 и компенсирующей муфты 25, которые расположены снаружи корпуса 7 для сведения к минимуму воздействия от масляных выделений и масляных испарений внутри корпуса. Компенсирующая муфта 25 парирует незначительные несоосности между двигателем 4 и червячным валом 20. Гидравлическая муфта 24 начинает медленно вращаться, постепенно увеличивая передаваемый крутящий момент. Гидравлическая муфта 24 также гасит любые возможные вибрации, возникающие при вращении. Она также защищает двигатель в случае блокировки вала 1 из-за избыточного трения. Вал 20 входит в коробку через заслонку 22. Подобная заслонка устанавливается съемно при помощи винтов, позволяющих устанавливать и снимать модуль 10 привода поворота вала как единый подузел, показанный на фиг.4. Вторичный вал 12 установлен сбоку от вала, а вал 20, расположенный внутри корпуса 7, короче. Это позволяет уменьшить последствия неточного выравнивания.
На нижней поверхности 27 основания 15 модуля 10 привода поворота вала имеются четыре опорные поверхности S1, S2, S3, S4, которые установлены на четырех принимающих поверхностях R1, R2, R3, R4, расположенных по существу, горизонтально внутри корпуса 7. Подобная конструкция позволяет легко устанавливать и разбирать модуль 10 привода поворота вала. Модуль 10 привода поворота вала устанавливается по месту в корпусе 7 в следующем порядке:
- во-первых, модуль 10 привода поворота вала размешается над местом его установки в корпусе,
- модуль 10 привода поворота вала опускается, при этом червяк вала 20 входит в отверстие в корпусе,
- часть основания 15 модуля 10 привода поворота вала помещается на принимающие поверхности R1, R2, R3, R4 корпуса 7,
- модуль 10 привода поворота вала перемещается в сторону вала 1, при этом относительное положение валов 1, 20 регулируется для соответствующего выравнивания зубьев ведущей шестерни 11 и главного колеса 9,
- модуль 10 привода поворота вала неподвижно закрепляется на принимающих поверхностях R1, R2, R3, R4 корпуса 7, например, при помощи фиксирующих винтов,
- заслонка 22, в которой имеется отверстие, устанавливается на червячный вал 20, а затем неподвижно закрепляется в корпусе 7,
- двигатель 4 неподвижно закрепляется на плите основания 21, а затем двигатель сопрягается с червяком 20 посредством гидравлической муфты 24 и компенсирующей муфты.
Демонтаж осуществляется в обратной последовательности. Контактные поверхности, расположенные между модулем привода поворота вала и коробкой могут быть изготовлены в виде салазок, кареток или аналогичных устройств для повышения точности перемещения модуля 10 привода поворота вала при регулировании. Опорные поверхности S1, S2, S3, S4 предпочтительно расположены горизонтально для того, чтобы модуль 10 привода поворота вала лучше скользил при регулировании. У промежуточной части 15 имеются опорные поверхности S1, S2, S3, S4 соприкасающиеся с принимающими поверхностями R1, R2, R3, R4. Опорные поверхности расположены рядом с верхними подшипниками 13, 14 вторичного вала 12. Опорная часть 15 имеет прямоугольную форму, а опорные поверхности S1, S2, S3, S4 выполнены на нижней поверхности 27, в четырех углах прямоугольника. Опорная часть 15 предпочтительно выполнена в виде плиты. Подобная конструкция упрощает одновременно установку и регулирование. При регулировании регулировочные шайбы могут быть вставлены между опорными поверхностями S1, S2, S3, S4 опорной плиты 15 и принимающими поверхностями корпуса R1, R2, R3, R4. Подобные шайбы выравнивают зубья ведущей шестерни 11 и главного колеса 9, воздействуя на вертикальное положение модуля 10 привода поворота вала.
На фиг.4 показан модуль 10 привода поворота вала, колесо 9 показано лишь для иллюстрации положения модуля 10 относительно оси А вращения. Модуль 10 привода поворота вала выполнен в виде предварительного собранного модуля, изготовленного как единый узел. Поэтому используется опорная часть 15, несущая различные компоненты. Опорная часть имеет форму плиты, на которую опираются оба торца двух верхних подшипников 13, 14, вращательно воспринимающих вторичный вал 12. Вторичный вал, между подшипниками 13, 14, с одной стороны опирается на колесо 17, неподвижно установленное на данном валу, а с другой стороны на ведущую шестерню 11, подвижно установленную на вторичном валу 12. Ведущая шестерня 11 может перемещаться любым соответствующим устройством. На нижней поверхности опорной части 15 расположены также два нижних подшипника 30, 31 вращательно поддерживающие червяк 18, переходящий в вал 20. Червяк 18 находится между нижними подшипниками 30, 31. Изготовление модуля 10 привода поворота вала в виде предварительного собранного модуля позволяет осуществлять регулировку входящих в него компонентов (сцепления, подшипников 13, 14, 30, 31, редуктора 16), а также соответствующие ходовые испытания за пределами энергопроизводственной линии. За счет этого процедура установки модуля 10 привода поворота вала в корпусе 7 значительно упрощается, поскольку остается лишь отрегулировать положение ведущей шестерни 11 относительно главного колеса 9 и осуществить сопряжение двигателя 4, т.к. остальные регулировки уже были произведены. Таким образом, при установке выполняются две основные регулировки:
- выравнивание зубьев ведущей шестерни 11 и колеса 9 при помощи регулировочных шайб, расположенных на плите 15,
- выравнивание двигателя 4 с осью червяка 18.