ТОРМОЗ ГИДРОГЕНЕРАТОРА

Полезная модель относится к электромашиностроению, в частности к тормозам и тормозам-домкратам вертикальных гидрогенераторов или гидрогенераторов-двигателей.
Известно, что для торможения роторов применяются поршневые пневматические тормоза, которые устанавливаются под тормозным кольцом ротора на нижней крестовине или, при ее отсутствии на фундаменте. Тормоза служат также домкратами для подъема ротора во время монтажа и ревизий агрегата.
При работе тормоза происходит трение цилиндрических поверхностей поршня и цилиндра корпуса. В результате длительной работы тормозов-домкратов на сжатом воздухе, возникает сухое трение металлических поверхностей поршня и цилиндра корпуса, затем при осевых перемещениях поршня относительно цилиндра и при воздействии радиальной силы возникает фреттинг коррозия трущихся поверхностей с последующим разрушением поверхностей трения сопрягаемых деталей. Для продолжения эксплуатации требуется замена корпуса и поршня.
Известен тормоз-домкрат (JP 2003128389 «Combination brake and jack device and dynamo-electric machine using it», B66F 3/26, H02K 7/02, H02K 15/02, опубл. 08.05.2003), который содержит металлический корпус, во внутреннем цилиндрическом отверстии которого установлен металлический цилиндрический поршень, возвратную пружину и установленную на поршне опорную плиту с тормозной колодкой. Для герметизации и уменьшения трения между стенками корпуса и поршнем между ними установлен уплотнительный элемент, выполненный из политетрафторэтилена. Уплотнительный элемент выполнен в виде втулки или гильзы и разделяет поршень и цилиндр по всей поверхности, что трудоемко и дорого при изготовлении и замене элементов поврежденных в результате эксплуатации. Кроме того, без дополнительной фиксации при работе тормоза уплотнительный элемент может перемещаться в осевом направлении и выходить за пределы корпуса. Выполнение уплотнительного элемента из политетрафторэтилена снижает эксплуатационную надежность тормоза, т.к. данный материал недостаточно прочен на сжатие и обладает хладотекучестью. Кроме того, ввиду значительной разницы коэффициентов линейного расширения металла и политетрафторэтилена происходит потеря формы и повреждение уплотнительного элемента при нагреве, вызванном работой, что приводит к разгерметизации тормоза и выходу его из строя.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является тормоз - домкрат гидрогенератора (Гидрогенераторы. Глебов И.А., Домбровский В.В., Дукштау А.А. и др. - Л. Энергоиздат, Ленинградск. Отд-ние, 1982, - С. 368, стр. 292-294), который содержит металлический корпус, во внутреннем цилиндрическом отверстии которого установлен с зазором цилиндрический поршень, выполненный из чугунного литья, а между поршнем и планкой корпуса установлена возвратная пружина. Сверху на поршне установлена опорная плита с тормозной колодкой. Для создания уплотнения между цилиндрическими поверхностями корпуса и поршня на нижнем торце поршня установлен уплотнительный элемент, выполненный в виде резиновой чашечной манжеты, края которой распираются цилиндрической планкой в цилиндрическое отверстие корпуса.
В рассмотренной конструкции для обеспечения перемещения поршня в корпусе и уменьшения трения зазор между поршнем и цилиндрической поверхностью корпуса выполняют увеличенным, что в процессе эксплуатации приводит к перекосу и заклиниванию поршня в корпусе при торможении. Так же при большом зазоре под давлением масла возможно выдавливание чашечной манжеты в зазор с ее последующим разрушением, что приводит к разгерметизации тормоза. Чашечная манжета не является стандартным изделием, а должна быть выполнена под определенные размеры для крепления на поршне тормоза, что вызывает дополнительные трудности при ремонте и эксплуатации тормоза. Кроме того, в процессе эксплуатации для более надежной работы тормоза необходимо периодически проводить разборку и смазку трущихся поверхностей тормоза. Также можно отметить высокую трудоемкость тормоза при изготовлении, т.к. требуется качественная обработка (шлифовка) металлических цилиндрических поверхностей и корпуса и поршня. Обработка внутренней цилиндрической поверхности корпуса требует специального оборудования и дополнительного контроля. В случаях некачественной обработки цилиндрической поверхности корпуса происходит истирание и последующее разрушение чашечной манжеты при эксплуатации, возможно также повреждение кромки чашечной манжеты при установке поршня в цилиндрическое отверстие корпуса во время сборки тормоза. Изготовление поршня из чугунной отливки достаточно трудоемко, и требует значительной последующей механической обработки. Кроме того, после предварительной обработки может вскрываться значительное количество литейных пороков и недопустимых дефектов, требующих ремонта или возврата заготовки. Вместе все указанные недостатки влияют на эксплуатационную надежность тормоза.
Технический результат, на который направлена предлагаемая полезная модель, заключается в повышении эксплуатационной надежности тормоза гидрогенератора.
Указанный технический результат достигается тем, что тормоз гидрогенератора содержит металлический корпус, во внутреннем цилиндрическом отверстии которого установлен с зазором металлический цилиндрический поршень, уплотнительный элемент, возвратную пружину, опорную плиту с тормозной колодкой, установленную на поршне. На поверхности цилиндрического отверстия корпуса, выполнены, по меньшей мере, три прямоугольные кольцевые канавки, в которых установлены направляющие элементы и уплотнительный элемент. Направляющие элементы установлены в двух разнесенных по высоте кольцевых канавках и выполнены в виде незамкнутых кольцевых элементов из самосмазывающегося полимерного материала, обладающего высокой прочностью на сжатие. Уплотнительный элемент выполнен в виде замкнутого кольцевого элемента U-образной формы из самосмазывающегося полиуретанового эластомера и установлен между направляющими элементами.
Повышение эксплуатационной надежности тормоза-домкрата достигается за счет установки в две прямоугольные канавки, выполненные на внутренней цилиндрической поверхности корпуса, двух направляющих элементов, изготовленных из самосмазывающегося полимерного материала, что устраняет сухое трение между металлическими поверхностями поршня и цилиндра и обеспечивает возможность длительной работы без масла. Выполнение направляющих элементов в виде незамкнутых кольцевых элементов позволяет компенсировать тепловые расширения, вызванные работой тормоза, которые могли бы привести к потере направляющими элементами формы из-за разницы между коэффициентами линейного расширения металла и композитных полимерных материалов, что могло бы вызывать повреждение направляющих элементов и как следствие заклинивание поршня. Незамкнутая форма направляющих элементов так же облегчает их изготовление, установку и замену. Выполнение направляющих элементов из материала, обладающего высокой прочностью на сжатие, и установка их в разнесенные по высоте канавках, выполненные на поверхности цилиндрического отверстия корпуса, обеспечивают лучшую центровку поршня в корпусе. Кроме того, благодаря применению незамкнутых направляющих элементов появляется возможность изготовления направляющих элементов из калиброванной (точно выполненной по толщине) ленты, которая устанавливаются в прямоугольные канавки корпуса, образуя незамкнутый кольцевой направляющий элемент, что не требует дополнительной обработки и гарантирует отсутствие заеданий.
Установка в канавку, выполненную на внутренней цилиндрической поверхности корпуса, между направляющими элементами уплотнительного элемента в виде замкнутого кольцевого элемента из самосмазывающегося полиуретанового эластомера U-образной формы позволяет перенести поверхности трения на поршень (контр-телом для уплотнительного элемента становится цилиндрическая поверхность поршня). Выполнение уплотнительного элемента из самосмазывающегося полиуретанового эластомера позволяет за счет эластичности материала обеспечивать стабильную посадку в посадочном месте, а за счет упругих свойств материала натяг по наружному диаметру уплотнительного элемента, и тем самым обеспечивать герметичность при работе тормоза гидрогенератора, как при работе на воздухе при относительно низких давлениях (в качестве тормоза), так и при работе на масле при высоких давлениях (в качестве домкрата).
Кроме того, расположение канавок на поверхности цилиндрического отверстия корпуса, а не на поршне упрощает установку и замену уплотнительного элемента и направляющих элементов, а также сборку тормоза при изготовлении, ревизиях и при обслуживании (не требует дополнительных приспособлений).
Таким образом, снижаются требования к качеству обработки внутренней цилиндрической поверхности корпуса тормоза, упрощается ее обработка, упрощается операция по установке уплотнительного элемента, и в итоге снижается трудоемкость изготовления тормоза. Конструкция и форма поршня становятся проще, подгонка поршня по корпусу и контроль качества обработки не представляет особых трудностей. Ввиду значительного запаса прочности материала для нового уплотнительного элемента и его безупречному уплотнительному эффекту становится возможным отказаться от специальных канавок и отверстий для отвода возможных в известной конструкции тормоза протечек. Применение в качестве материала самосмазывающегося полиуретанового эластомера для уплотнительного элемента обеспечивает длительную работу тормоза без смазки. Кроме того, применение такого уплотнительного элемента позволяет повысить рабочее давление тормоза-домкрата, что в свою очередь делает возможным уменьшить размеры или количество тормозов-домкратов в гидрогенераторе. Установка уплотнительного элемента в прямоугольную канавку со стандартными размерами, выполненную на внутренней цилиндрической поверхности корпуса, (в отличие от известной конструкции с чашечной манжетой) позволят устанавливать уплотнительный элемент без дополнительных элементов крепления, предотвращает возможность экструзионного повреждения кромки уплотнительного элемента. Все вышесказанное в целом повышает эксплуатационную надежность тормоза.
На фиг. показан чертеж тормоза-домкрата гидрогенератора.
Тормоз гидрогенератора, являющийся одновременно домкратом, содержит металлический корпус 1, выполненный в виде цилиндра с опорной плитой в нижней части для установки и крепления тормоза в генераторе. В цилиндрическом отверстии корпуса 1 с зазором установлен цилиндрический поршень 2, выполненный из стального круглого проката. На поршне установлена плита 3 с тормозной колодкой 4. На поршне 2 установлена возвратная пружина, выполненная в виде пружины сжатия и упирающаяся в планку корпуса 1. На внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1 выполнены прямоугольные канавки, в которые установлены уплотнительный элемент 5 и направляющие элементы 6. Уплотнительный элемент 5 установлен в канавку, выполненную на внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1, между направляющими элементами 6. Уплотнительный элемент 5 выполнен в виде замкнутого кольцевого элемента U-образной формы, например, в виде U-образного уплотнения (уплотняющей манжеты). Уплотнительный элемент 5 изготовлен из самосмазывающегося полиуретанового эластомера. Уплотнительный элемент 5 может быть выполнен, например, из материала S-ECOPUR, самосмазывающегося термопластического полиуретана -эластомера (изготавливаемого фирмой SKF (каталог SKF Group 2012)) который обладает низкой остаточной деформацией сжатия, высокими механическими свойствами и сопротивлением разрыву, а за счет композиционных компонентов оптимизирован на снижение трения и износа.
Направляющие элементы 6 могут быть выполнены в виде незамкнутого кольца или из полос ленты из самосмазывающегося полимерного материала, обладающего высокой прочностью на сжатие, например, материала SKF Ecotex (изготавливаемого фирмой SKF (каталог SKF Group 2012)). Материал SKF Ecotex это композитный материал на основе термоотверждающейся полиэфирной пластмассы, упрочненной слоями синтетической ткани с добавками графитового или фторопластового наполнителя. Благодаря наполнителю материал SKF Ecotex соответствует высоким трибологическим требованиям и одновременно проявляет высокую прочность на сжатие и демонстрирует выдающиеся характеристики износостойкости.
Цилиндрический поршень 2 выполнен из стального проката и устанавливается плотно к направляющим элементам 6 и уплотнительному элементу 5, но с гарантированным зазором по отношению к цилиндрической поверхности стального корпуса 1.
Для обеспечения оптимального распределения давления на направляющие элементы 6 они должны быть установлены на максимальном расстоянии друг от друга, а верхний направляющий элемент должен быть расположен как можно ближе к плоскости приложения радиальной силы действующей на поршень 2 при торможении. Следует учитывать, что при максимальном ходе поршня 2 (работе тормоза в качестве домкрата) поршень 2 не должен выходить из зоны контакта с направляющими элементами 6 и уплотнительным элементом 5.
При работе гидрогенератора во время торможения в корпус 1 тормоза подается сжатый воздух, который поднимает цилиндрический поршень 2 вверх вдоль его цилиндрической оси по направляющим элементам 6. Поршень 2 прижимает тормозную колодку 4 к вращающемуся тормозному сегменту, укрепленному на роторе гидрогенератора (на фиг. не показаны). Торможение осуществляется за счет сил трения между тормозной колодкой 4 и тормозным сегментом ротора. На поршень 2 тормоза при торможении передаются осевые и радиальные пульсирующие усилия от тормозной колодки 4, которые воспринимаются направляющими элементами 6, и за счет свойств материала, из которого эти элементы изготовлены, равномерно перераспределяются и передаются на дно и стенки корпуса 1 без возникновения значительного трения между стенками корпуса 1 и поршня 2 и соответственно без их повреждения. Благодаря выполнению уплотнительного элемента 5 из самосмазывающегося полиуретанового эластомера, материала, обладающего значительной прочностью и эластичностью, рабочая кромка уплотнительного элемента 5 под действием давления упирается в цилиндрическую поверхность поршня 2 и обеспечивает герметичность конструкции.
После окончания торможения воздух из корпуса 1 выпускается, и тормозная колодка 4 под действием пружины сжатия возвращает поршень 2 в исходное положение.
При использовании тормоза в качестве домкрата (для подъема ротора при ремонтах) требуются большие усилия, чем при торможении. В этом случае для создания большего усилия подъема в корпус 1 подается масло под высоким давлением. Далее повторяется процесс, что и при торможении, за исключением того, что на поршень не передаются радиальные силы, так как ротор агрегата не вращается.
Предложенная конструкция тормоза повышает эксплуатационную надежность тормозов-домкратов гидрогенераторов за счет устранения фреттинг коррозии поршня, цилиндра, заклинивания поршня в цилиндре, не герметичности системы, а так же позволяет проводить ремонт тормоза без замены дорогостоящих деталей корпуса и поршня путем замены направляющих элементов и с установкой уплотнительного элемента в канавки со стандартными размерами.