НАСОСНЫЙ АГРЕГАТ
PUMP UNIT

Заявляемое изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в конструкциях главных циркуляционных насосных агрегатов для реакторных установок атомных станций.
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.
Недостатком указанной электрической машины, относящейся по классу к изделиям повышенной опасности для эксплуатации на атомных станциях, является низкая степень ее безопасности.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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.
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.
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.
При осуществлении изобретения достигаются следующие технические результаты:
- снижение трения и уменьшение неизбежного при этом нагрева;
- улучшение условия качения и, как следствие, предотвращение нежелательной пробуксовки;
- обеспечение демпфирования;
- гарантия стабильной и тихой работы;
- обеспечение безопасности эксплуатации атомной станции.
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.
Гарантия стабильной и тихой работы обеспечивается равномерным распределением тел качения.
Улучшение условий качения, что, в свою очередь, предотвращает нежелательную пробуксовку, обеспечивается тем, что опорные тела качения направляют в нагруженную зону.
Общая безопасность эксплуатации атомной станции достигается тем, что предупреждается разогрев опорных тел качения и заклинивание маховика.
Заявляемое изобретение поясняется следующими чертежами, представленными на фиг. 1-2:
фиг. 1 - продольный разрез крепления маховика;
фиг. 2 - сепаратор.
Насосный агрегат содержит массивный маховик 1. Массивный маховик 1 (фиг. 1) жестко закреплен на наружной поверхности втулки 2, установленной на валу 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.
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.
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.
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.
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.
В наружной поверхности вала 3 на расстоянии, соответствующем расстоянию между коническими кольцами 12 и 13, установлено шпоночное соединение 17.
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.
Устройство работает следующим образом.
В нормальных эксплуатационных режимах работы насосного агрегата, массивный маховик 1 и втулка 2 жестко соединены между собой за счет натяга в сопрягаемых поверхностях.
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.
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.