Результат интеллектуальной деятельности: ПРИВОДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВРАЩЕНИЯ ТУРБИННОГО ВАЛОПРОВОДА И ТУРБОГЕНЕРАТОРНАЯ УСТАНОВКА

Настоящее изобретение относится к области турбогенераторных установок. Оно, в частности, касается паровых турбин, хотя может быть также применено к газовым турбинам. Турбины этого типа используются в электростанциях, причем каждая турбина приводит в действие генератор переменного тока для генерирования электроэнергии. Это может быть станция, работающая на основе энергии от источника органического топлива или от ядерного источника.

Конкретнее, изобретение относится к приводному устройству, приводящему во вращение турбинный валопровод. Этот валопровод содержит роторы каждого турбинного модуля, а также ротор генератора переменного тока. Вращение валопровода, именуемое также проворотом, обычно достигается с помощью электродвигателя, способного преодолеть момент сопротивления валопровода. Этот электродвигатель связан с понижающим редуктором, который приводит в движение валопровод. Необходимо поддерживать вращение валопровода во время периодов запуска и остановки турбогенераторной установки, чтобы выравнивать температуры ротора и благодаря этому избегать общего изгиба валопровода под действием тепловой асимметрии. Электродвигатель также позволяет инициировать вращение валопровода в начальной фазе с опережением впуска пара в турбину. Во время этих фаз скорость вращения валопровода низкая и постоянная. Она лежит в пределах от нескольких оборотов в минуту до нескольких десятков оборотов в минуту в зависимости от конкретных турбогенераторных установок.

Однако проворачивание редуктора от электродвигателя не позволяет достичь очень низкой скорости вращения или малых угловых смещений валопровода, которые необходимы в течение операций по эксплуатации.

В уровне техники известно валоповоротное устройство для турбомашин (SU 168730, МПК F01D, опубл. 26.11.1965), например для паровых турбин, содержащее заключенные в корпус ведущую и расположенную на главном валу ведомую шестерни, приводимые в движение через редуктор от электродвигателя, причем в корпусе расположен сопловый аппарат для подачи жидкости на ведомую шестерню, используемую, например, в режимах останова турбомашины в качестве рабочего колеса гидропривода. Указанное устройство, выбранное в качестве наиболее близкого аналога к заявляемому изобретению, тем не менее не может обеспечить достаточно высокой точности вращения вала на малых скоростях вращения турбинного валопровода.

Цель настоящего изобретения состоит, таким образом, в преодолении этих недостатков путем использования приводного устройства для турбинного валопровода, а также турбогенераторной установки.

Согласно первому аспекту изобретения приводное устройство, вызывающее вращение турбинного валопровода, содержит главный валоповоротный редуктор с электрическим приводом и вспомогательный валоповоротный механизм с гидравлическим приводом. Вспомогательный валоповоротный механизм обеспечивает достижение угловых смещений валопровода, которые являются управляемыми и имеют низкую амплитуду.

Вспомогательный валоповоротный механизм проявляет то преимущество, что таким способом можно иметь в распоряжении аварийный валоповоротный механизм в случае отказа главного валоповоротного редуктора. Это также позволяет преодолевать инерцию валопровода и подшипников. Помимо этого, вспомогательный валоповоротный механизм можно располагать в любой точке валопровода, что обеспечивает значительную гибкость в компоновке станции.

Согласно одному частному аспекту вспомогательный валоповоротный механизм управляется штоком гидроцилиндра двойного действия, что позволяет точно управлять вращением валопровода.

Согласно другому аспекту вспомогательный валоповоротный механизм содержит колесо, соединенное с валопроводом, и толкатель, соединенный со штоком цилиндра, причем толкатель выполнен с возможностью зацепления со средствами сцепления, расположенными на периферии колеса, и перемещаться между втянутым положением, когда он не зацеплен с колесом, и положением зацепления с одним из средств сцепления, в котором перемещение штока цилиндра вращает колесо.

Изобретение также относится к турбогенераторной установке для генерирования электроэнергии, содержащей приводное устройство, характеризующееся всеми или некоторыми из вышеупомянутых признаки.

Таким образом, технический результат, обеспечиваемый заявленными приводным устройством и турбогенераторной установкой с таким приводным устройством, состоит в более точном линейном перемещении толкателя, что, как следствие, приводит к более точному вращению вспомогательного валоповоротного механизма, и самого вала, соответственно, особенно, если требуется обслуживание приводного устройства или работа на малых скоростях вращения турбинного валопровода.

Прочие особенности и преимущества изобретения станут ясны из нижеследующего описания со ссылкой на приложенные чертежи, которые в качестве примера иллюстрируют следующее.

Фиг. 1 является видом в перспективе турбогенераторной установки для генерирования электроэнергии согласно изобретению.

Фиг. 2 иллюстрирует вспомогательный валоповоротный механизм согласно изобретению.

Фиг. 3 иллюстрирует приводной механизм для вспомогательного валоповоротного механизма согласно сечению IIIa на фиг. 4.

Фиг. 4 иллюстрирует приводной механизм вспомогательного валоповоротного механизма на виде сверху.

Фиг. 5 иллюстрирует приводной механизм в перспективе в разобранном виде.

Фиг. 6, 7, 8 изображают приводной механизм в различных положениях.

Фиг. 9 иллюстрирует гидравлический контур высокого давления подшипников валопровода.

Фиг. 1 иллюстрирует турбогенераторную установку для генерирования электроэнергии, содержащую группу паровых турбинных модулей - в данном случае, три турбинных модуля Т1, T2, Т3, приводящих во вращение генератор 3 переменного тока. Эта турбогенераторная установка опирается на жесткую опорную конструкцию 4, обычно выполненную из бетона. Роторы турбинных модулей приводят во вращение генератор 3 переменного тока вокруг оси вала А, причем генератор 3 переменного тока расположен позади турбогенераторной установки. Валопровод 1 расположен на противоположном генератору 3 переменного тока конце в корпусе, содержащем приводное устройство, включающее в себя главный валоповоротный редуктор и вспомогательный валоповоротный механизм. Главный валоповоротный редуктор связан с электродвигателем, обеспечивающим привод валопровода 1 посредством муфты. Вспомогательный валоповоротный механизм 5, показанный на фиг. 2, имеет привод посредством гидроцилиндра 6. Вспомогательный валоповоротный механизм обеспечивает поворот валопровода на малые углы и точно позиционировать валопровод во время эксплуатационных операций. Это также позволяет вращать валопровод с постоянной скоростью в несколько оборотов в час. Вспомогательный валоповоротный механизм может служить в качестве аварийного валоповоротного механизма в случае отказа главного валоповоротного редуктора и, в частности, в случае его проворота в фазе остановки. Вспомогательный валоповоротный механизм обеспечивает прерывистое вращение - в данном случае пошаговое вращение на угол порядка 5-10 градусов со скоростью вращения предпочтительно в диапазоне 1-10 об/час.

Вращение главного валоповоротного редуктора предпочтительно непрерывное со скоростью предпочтительно в диапазоне 1-100 об/мин.

Скорость вращения главного валоповоротного редуктора выше, чем у вспомогательного валоповоротного механизма. Скорость вспомогательного валоповоротного механизма тем самым обеспечивает осуществление операции по эксплуатации и, в частности, возможность поворота ротора на заданный угол.

Во время генерирования электроэнергии валопровод отсоединяется от главного валоповоротного редуктора и от вспомогательного валоповоротного механизма. Как главный валоповоротный редуктор, так и вспомогательный валоповоротный механизм могут располагаться между двумя турбинными модулями (Т1, T2, T3) или между конечным турбинным модулем (Т3) и генератором 3 переменного тока.

Вспомогательный валоповоротный механизм 5 (фиг. 2) управляется штоком 61 гидроцилиндра 6 двойного действия. Вспомогательный валоповоротный механизм содержит колесо 10, связанное с валопроводом 1, и толкатель 8, соединенный со штоком цилиндра 6. Толкатель 8 установлен с возможностью сцепления со средствами 11 сцепления, расположенными на периферии колеса. Каждое сцепное средство 11 имеет углубление 110, контактирующее с сопряженным профилем 19 толкателя 8. Толкатель 8 соединен шарниром 9 со штоком 61 цилиндра 6. Благодаря этому цилиндру 6 толкатель 8 может смещаться между втянутым положением, отсоединенным от колеса 10 (фиг. 2 и 6), и положением зацепления с средствами 11 сцепления (фиг. 7). В положении зацепления выдвижное перемещение штока 61 из цилиндра 6 поворачивает колесо 10, а, следовательно, и валопровод 1. Амплитуда поворота обусловлена ходом штока 61 цилиндра. Корпус 62 цилиндра крепится к несущей пластине 12, которая сама крепится к компоненту 14. Весь узел крепится к компоненту 13, который жестко соединен с опорной конструкцией 4, преимущественно на уровне корпуса.

Несущая пластина 12 поддерживает приводной механизм 15 для вспомогательного валоповоротного механизма 5, что подробно иллюстрируется на фиг. 3, 4 и 5. Приводной механизм 15 опирается на пластину 14, прикрепленную посредством болтов к несущей пластине 12. Пластина 14 имеет две стойки 16а, 16b, снабженные направляющими средствами 161а, 161b для ползуна 17, который образует одно целое со штоком 61 цилиндра 6. Толкатель 8 соединен со штоком этого цилиндра посредством шарнирного сочленения 9, поддерживаемого ползуном 17 так, что толкатель может качаться между втянутым положением и положением зацепления. Во время смещения штока 61 цилиндра 6 ползун 17 направляется в поступательном движении направляющими средствами 161а, 161b, поддерживаемыми пластиной 14, которая образует одно целое с корпусом цилиндра через несущую пластину 12. Направляющие средства 161а, 161b образованы пластинами, наложенными на стойки 16а, 16b.

Ползун 17 имеет U-образную форму (фиг. 5), донная часть которой связана со штоком 61 цилиндра 6. Боковины 17а, 17b U-образной формы поддерживают ось шарнирного сочленения 9. Эти боковины имеют сопряженные части 171а, 171b, упирающиеся в направляющие средства 161а, 161b. Толкатель 8 имеет форму слегка изогнутого соединительного стержня, нижняя часть которого шарнирно установлена на оси шарнирного сочленения 9. Верхняя же его часть имеет цилиндрическую форму 19, которая фиксируется в углублениях 110 на периферии колеса 10. Нижняя часть толкателя 8 имеет вблизи оси шарнирного сочленения 9 поверхность 20, которая во время поступательного движения штока 61 цилиндра 6 будет упираться в первый ограничитель 21, образующий одно целое с пластиной 14. Таким образом, во время перемещения к нижнему концу штока 61, а тем самым и к ползуну 17, толкатель 8 смещается во втянутое положение, отсоединяясь от колеса. Первый ограничитель 21 расположен сбоку от колеса 10. Пружина 22 размещена между толкателем 8 и пластиной 14 внутри корпуса 23, предусмотренного в толкателе 8 на стороне, противоположной ограничителю 21. Эта пружина воздействует на палец 24, который установлен с возможностью скольжения в корпусе 23. Палец 24 имеет нижний конец, который выступает вниз из корпуса 23. Этот нижний конец 25 обычно опирается на опорный элемент 26, который образует одно целое с ползуном 17. Таким образом, во время выдвижения вверх штока 61 пружина 22 заставляет толкатель 8 отклоняться в направлении положения зацепления с одним из средств 11 сцепления в углублении 110 колеса 10, как показано на фиг. 6. Во время движения штока 61 вниз поверхность 20 приходит в соприкосновение с первым ограничителем 21 (фиг. 6), что обеспечивает смещение толкателя 8 во втянутое положение, отсоединенное от колеса 10.

Фиг. 8 иллюстрирует случай, в котором шток 61 цилиндра находится в выдвинутом положении, скорость V вращения валопровода 1 начинает увеличиваться, как в том случае, например, когда турбины приводятся во вращение паром. В этом случае наклонная часть 111 средств 11 сцепления отодвигает (по стрелке Е) цилиндрическую часть 19 от колеса 10. Толкатель 8 затем отклоняется в отодвинутое положение, показанное на фиг. 8, в котором часть 25 пальца 24, выдвинутого пружиной 22, фиксируется в полости 27 ползуна 17. После фиксации в этой полости 27 палец 24 затормаживает толкатель 8 в отодвинутом положении. Следовательно, перемещение пальца 24, который установлен с возможностью передвижения относительно толкателя 8, позволяет одной части 25 этого пальца зацепиться с полостью 27 в ползуне 17, чтобы затормозить толкатель 8 в отодвинутом от колеса 10 положении, вследствие чего приводной механизм 15 предохраняется от повреждения, которое может произойти из-за соприкосновения с средствами 11 сцепления.

При втягивании штока 61, когда он отходит от положения, показанного на фиг. 8, часть 25 пальца 24 входит в соприкосновение (фиг. 6) со вторым ограничителем 28, который образует одно целое с пластиной 14. При этом часть 25 пальца 24 входит в контакт с опорным элементом 26 (фиг. 6 и 3-4). Далее приводной механизм 15 может функционировать, как описано в отношении фиг. 6 и 7. Второй ограничитель 28 размещен со стороны, противоположной первому ограничителю 21 по отношению к штоку 61.

Для ограничения перемещений ползуна 17 приводной механизм снабжен двумя датчиками 31, 32 перемещения.

На фиг. 9 показан ссылочной позицией 70 гидравлический контур высокого давления, которое питает подшипники 30 валопровода 1.

Возможно, чтобы вспомогательный валоповоротный механизм 5, в частности, его гидроцилиндр 6 мог быть связан с контуром 70.

Ротор должен находиться в подвешенном положении в течение любой фазы вращения. Это достигается подачей масла под высоким давлением в подшипники 30. Работа гидроцилиндра 6 также требует подачу масла под высоким давлением.

С целью упрощения гидравлической схемы масло под высоким давлением, поступающее в гидроцилиндр 6, предпочтительно нагнетается насосом 32 в контуре 70, который обеспечивает подвешивание валопровода, т.к. контур 70 находится под давлением масла, подающегося в подшипники.