Редуктор привода генератора
Редуктор содержит косозубую зубчатую передачу с передачей мощности четырьмя потоками, которая состоит из соосно расположенных входного и выходного валов 3, 4, ведущей шестерни 5, зубчатых колес 6, 7 первой и второй ступени, установленных на промежуточных валах 8, ведомого зубчатого колеса 9. Редуктор снабжен индивидуальной коробкой приводов и размещенными на ней агрегатами жизнеобеспечения редуктора и местами дополнительного отбора мощности. Согласно полезной модели в опоре входного вала применено устройство для равномерного распределения осевой силы от косозубого зацепления между двумя подшипниками 11, 12, включающее плавающую втулку 27, на которой установлен подшипник 11, и гидроцилиндры 26. Устройство позволило создать дополнительное осевое компенсирующее усилие в зависимости от крутящего момента передаваемого редуктором.
Полезная модель относится к двигателестроению и может быть использована в качестве редуктора силовой установки, например, для передвижной электростанции. Редуктор предназначен для привода электрогенератора с максимальной мощностью 7200 кВт и высокой частотой вращения (3000 об/мин и 1500 об/мин).
Известен редуктор газотурбинного двигателя [Патент РФ 2106508, МПК6 F02C 7/36, опубл. 10.03.1998 г.], содержащий корпус с поперечными разъемами, приводной и выходной валы, двухступенчатую многопоточную зубчатую передачу, выполненную из цилиндрических шевронных зубчатых колес, первая и вторая ступени редуктора соединены между собой торсионами. Торсионы зубчатых колес выполнены с различным количеством шлиц, состоящим из простых чисел, при этом зубчатые колеса установлены на подшипниках качения, а приводной и выходной валы - на шариковых радиально-упорных подшипниках. Радиально-упорные подшипники нагружены в осевом направлении пружинными механизмами.
Недостатками известного редуктора является то, что он не является автономным, а также использование торсионных валов не обеспечивает в полном объеме равномерность распределения мощности по потокам многопоточного редуктора.
Прототипом заявленного редуктора является редуктор РС-6/3 с приводом агрегатов, применяемый в газотурбинной электростанции мощностью 6 МВт производства МОТОР СИЧ, установленной в Славянске-на-Кубани (2004 г.), Краснодарский Край, ОАО «Роснефть» [см. Электростанция газотурбинная «МОТОР СИЧ ЭГ-6000Т-Т10500-3ВНМ1УХЛ1» / Руководство по эксплуатации 0380000000 РЭ : ОАО «МОТОР СИЧ», 2002, листов 482, лист 60-63 - чертеж и описание редуктора - прилагается]. Кинематическая схема редуктора представляет собой простой двухступенчатый перебор с косозубыми цилиндрическими зубчатыми колесами, соосным расположением входного и выходного вала, передачей мощности четырьмя потоками. Редуктор является автономным и снабжен индивидуальной коробкой приводов агрегатов жизнеобеспечения редуктора с возможностью дополнительного отбора мощности для привода дополнительных агрегатов. Редуктор оборудован гидравлической системой распределения мощности для обеспечения равномерного распределения передаваемой мощности по 4-м потокам и для контроля мощности.
Редуктор предназначен для передачи большой мощности и для работы на высоких оборотах. Однако при передаче большой мощности возникает большое осевое усилие в косозубом зацеплении и соответственно необходимо применение крупногабаритного радиально-упорного подшипника в конструкции опоры входного вала. С другой стороны максимально возможные рабочие обороты крупногабаритных подшипников намного меньше, чем частота вращения входного вала редуктора, что приводит к преждевременному выходу их из строя.
В основу полезной модели поставлена задача усовершенствования редуктора привода генератора, в котором путем модификации конструкции подшипниковой опоры входного вала, обеспечивается равномерное распределение осевой силы от косозубого зацепления между двумя подшипниками, в результате чего обеспечивается работоспособность подшипников и в целом повышается надежность редуктора.
Поставленная задача решается путем усовершенствования редуктора привода генератора, который содержит непосредственно редуктор, включающий корпус с поперечным разъемом, соосно расположенные входной и выходной валы, многопоточную двухступенчатую зубчатую передачу с косозубыми цилиндрическими колесами, а также коробку приводов агрегатов жизнеобеспечения редуктора, выполненную с возможностью отбора мощности для привода дополнительных агрегатов.
Зубчатая передача содержит установленную на входном валу ведущую шестерню, находящуюся в зацеплении с промежуточными зубчатыми колесами первой и второй ступеней, неподвижно посаженных на жестких промежуточных валах, промежуточные колеса второй ступени находятся в зацеплении с ведомым зубчатым колесом, установленным на выходном валу, при этом на одном из промежуточных валов закреплено ведущее колесо коробки приводов.
Редуктор снабжен гидравлической системой равномерного распределения мощности по потокам (далее по тексту ГСРМ), выполненной в виде гидравлических цилиндров, связанных с промежуточными валами посредством толкателей и шариковых радиально-упорных подшипников, при этом все цилиндры соединены маслопроводом и подключены к маслонасосу ГСРМ, установленному на коробке приводов, а на одном из цилиндров выполнен канал для сброса масла во внутреннюю полость редуктора.
Согласно полезной модели входной вал 3 установлен в корпусе редуктора на двух радиально-упорных подшипниках 11 и 12, при этом второй подшипник 12 жестко установлен на валу, а первый подшипник установлен на плавающей втулке 27, между обоймами подшипников установлен корпус 25 с радиально установленными в нем гидроцилиндрами 26, упирающимися в плавающую втулку 27, при этом плавающая втулка зафиксирована от проворота, а гидроцилиндры соединены с маслопроводами ГСРМ.
Плавающая втулка с гидроцилиндрами, применяемые в опоре подшипника входного вала, является устройством для равномерного распределения осевой силы от косозубого зацепления между двумя подшипниками. Устройство позволило создать дополнительное осевое компенсирующее усилие в зависимости от крутящего момента передаваемого редуктором посредством перемещения гидравлических цилиндров 26, что обеспечивает работоспособность подшипников и в целом повышает надежность редуктора.
В конкретном варианте реализации полезной модели коробка приводов расположена в нижней части редуктора и содержит корпус с установленными в нем на подшипниках зубчатыми колесами привода агрегатов. На корпусе с помощью переходников установлены агрегаты жизнеобеспечения редуктора, включающие воздухоотделитель системы смазки редуктора, маслонасос ГСРМ, маслоагрегат. На корпусе коробки приводов закреплен масляный фильтр редуктора.
Кроме того, в конкретной форме реализации полезной модели предложено два из возможных вариантов исполнения редуктора:
- редуктор для согласования частоты вращения силовой турбины ГТП (8560 об/мин) и электрогенератора (3000 об/мин), в котором передаточное отношение составляет i=2,855.
- редуктор для согласования частоты вращения силовой турбины ГТП (8560 об/мин) и электрогенератора (1500 об/мин), в котором передаточное отношение составляет i=5,71.
Суть полезной модели поясняется следующими чертежами.
Фигура 1 - кинематическая схема редуктора с коробкой приводов.
Фигура 2 - продольный разрез редуктора по одному из промежуточных валов.
Фигура 3 - разрез по блоку второй ступени с ГСРМ.
Заявленный редуктор привода генератора (фиг. 1) представляет собой редуктор 1, передающий мощность от ротора силовой установки к ротору генератора, снабженный индивидуальной коробкой приводов 2 и размещенными на ней агрегатами жизнеобеспечения редуктора и местами дополнительного отбора мощности.
Схема редуктора 1 (фиг. 1) представляет собой косозубую зубчатую передачу с передачей мощности четырьмя потоками, которая состоит из соосно расположенных входного и выходного валов 3, 4, ведущей шестерни 5, зубчатых колес 6, 7 первой и второй ступени, установленных на промежуточных валах 8, ведомого зубчатого колеса 9. Передаточное отношение редуктора для согласования частоты вращения силовой турбины ГТП 8560 об/мин и электрогенератора 3000 об/мин составляет i=2,855.
Другой вариант реализации полезной модели отличается тем, что передаточное отношение редуктора составляет i=5,71. Такой редуктор рассчитан для согласования частоты вращения силовой турбины ГТП 8560 об/мин. и электрогенератора 1500 об/мин.
Редуктор 1 содержит корпус 10 (фиг. 2) с поперечным разъемом. Входной вал 3 установлен в корпусе редуктора на двух радиально-упорных шариковых подшипниках 11 и 12. Ведущая шестерня 5 установлена на шлицах с гарантированным натягом по цапфе входного вала 3. Она, в свою очередь, находится в зацеплении с четырьмя промежуточными зубчатыми колесами 6. Каждое из зубчатых колес 6 закреплено на промежуточных валах 8 болтами с центрированием шестью штифтами. Валы 8 установлены в гнездах корпуса на роликовых подшипниках 13, воспринимающих радиальную нагрузку.
Внутренние обоймы подшипников промежуточных валов (фиг. 3) стянуты гайками 14, наружные обоймы - поджаты в корпусе пластинчатыми пружинами 15. На одном из промежуточных валов 8, установленном в нижнем левом гнезде корпуса 10 (при виде со стороны выходного вала редуктора), винтами с центрированием штифтами закреплено ведущее зубчатое колесо 16 привода коробки приводов, которое входит в зацепление с двумя зубчатыми колесами коробки приводов и служит для передачи мощности к приводным агрегатам.
Зубчатые колеса 7 (фиг. 2) находятся в зацеплении с ведомым зубчатым колесом 9. Ведомое зубчатое колесо 9 установлено на выходном валу 4. Выходной вал 4 установлен в корпусе редуктора на роликоподшипнике 17 и шарикоподшипнике 18. Выходной вал 4 для передачи крутящего момента от редуктора к электрогенератору соединен посредством шлиц со ступицей 19 и вращается против часовой стрелки.
Со стороны входного вала на блоках второй ступени (фиг. 3) установлены элементы ГСРМ, включающие установленные в крышках 20 гидравлические цилиндры 21 с поршнями 22, которые связаны с промежуточными валами 8 посредством толкателей 23 и шариковых радиально-упорных подшипников 24. Все цилиндры соединены маслопроводом и подключены к маслонасосу ГСРМ, имеющему привод от коробки приводов. В одном из поршней 22 выполнен канал Б, через который происходит сброс масла из полости А во внутреннюю полость редуктора.
Между обоймами радиально-упорных подшипников 11 и 12 (фиг. 2) входного вала 2 установлено устройство для равномерного распределения осевой силы от косозубого зацепления между двумя подшипниками. Устройство состоит из корпуса 25 с радиально установленными в нем гидроцилиндрами 26, упирающимися в плавающую втулку 27 с установленным на ней подшипником 11, при этом плавающая втулка 27 зафиксирована от проворота, а гидроцилиндры 26 соединены с маслопроводами ГСРМ. Суммарная площадь гидроцилиндров 26 подобрана таким образом, чтобы развиваемая ими осевая сила, была равна половине от осевого усилия развиваемого при передаче мощности в косозубом зацеплении первой ступени и направлена в противоположную сторону от действия осевого усилия в косозубом зацеплении. Осевое усилие от гидроцилиндров 26 через плавающую втулку 27 действует на наружную обойму радиально-упорного подшипника 11 и через тела качения передаются на его внутреннюю обойму, зафиксированную на ведущем валу, что, учитывая взаимно противоположное направление осевых сил в зацеплении и загрузочном устройстве, приводит к компенсации (разгрузке) части осевой силы от косозубого зацепления на подшипнике 12.
Коробка приводов 2 (фиг. 1) содержит корпус и установленные в середине корпуса на подшипниках зубчатые колеса привода агрегатов, и расположенные на корпусе переходники крепления агрегатов и масляный фильтр (на чертежах не показаны). На коробке приводов размещены агрегаты жизнеобеспечения редуктора - воздухоотделитель 28, маслонасос 29 ГСРМ, маслоагрегат 30. На коробке приводов предусмотрены места под установку дополнительных агрегатов 31 (дополнительный отбор мощности).
Работа редуктора осуществляется таким образом.
Привод от ротора силовой турбины ГТП к редуктору осуществляется через фланец 32 (фиг. 2). Фланец установлен на валу 3 и передает вращение на последний посредством шлиц. Входной вал 3 вращается против часовой стрелки (при виде со стороны выходного вала редуктора) с оборотами ротора силовой турбины ГТП - 8560 об/мин.
Для обеспечения работоспособности радиально-упорных шариковых подшипников 11 и 12 на различных режимах входного вала 3 между обоймами подшипников установлено устройство для равномерного распределения осевой силы от косозубого зацепления. В полости гидроцилиндров 26 через штуцер 33, подается масло из системы ГСРМ, при этом давление подаваемого масла пропорционально передаваемой мощности через редуктор.
Установленная на входном валу 3 ведущая шестерня 5 передает движение четырем парам зубчатых колес 6, 7. С целью обеспечения плавной работы зубчатых колес 6, 7, а также для снижения виброактивности редуктора, зубчатые колеса выполнены косозубыми. Возникающие при зацеплении колес осевые силы на зубчатых колесах 6,7 суммируются и суммарная сила воспринимается шарикоподшипниками 24 (фиг. 3).
ГСРМ работает по принципу гидравлической проточной месдозы. Гидравлическую полость ГСРМ образуют цилиндры 21, находящиеся в крышке 20 и соединенные масляными каналами между собой и с маслонасосом ГСРМ. В полость А цилиндров 21 постоянно подводится масло от насоса. При передаче крутящего момента, на блоках промежуточных зубчатых колес 6 возникают осевые силы, которые через подшипники 24 и толкатели 23 передаются на поршни 22. Маслосбрасывающий канал Б имеется только в одном из четырех поршней 22 и при возникновении осевых сил долевое перемещение поршня 22 относительно цилиндра 21 вызывает уменьшение проходного сечения маслосбрасывающего канала Б между поршнем и цилиндром, что ведет к росту давления масла в системе ГСРМ.
Рост давления будет происходить до тех пор, пока осевая сила зацепления не уравновесится силой давления масла в полостях А на поршни 22, то есть, благодаря свойству несжимаемости жидкости происходит регулирование давления масла в ГСРМ в зависимости от величины передаваемого крутящего момента. Поскольку давление в полостях А во всех четырех цилиндрах 21 одинаковое, то, соответственно, будут выровнены силы зацепления и все четыре блока промежуточных зубчатых колес 6 будут находиться в одновременном зацеплении, и загружены равными крутящими моментами.
С четырех зубчатых колес 7 движение передается на ведомый вал через ведомое зубчатое колесо 9. Выходной вал 4 для передачи крутящего момента от редуктора к электрогенератору соединен посредством шлиц со ступицей 19 и вращается против часовой стрелки. Далее происходит передача крутящего момента к генератору.
Редуктор привода генератора спроектирован для наземного применения, в него максимально заложены преимущества авиационного редукторостроения и максимально учтена специфика наземного применения. Заявленный редуктор генератора обладает высокой автономностью. Агрегаты жизнеобеспечения редуктора, имеющие привод от коробки приводов - воздухоотделитель, маслонасос ГСРМ, маслоагрегат, имеют большой запас по производительности. Например, маслоагрегат может использоваться для нужд маслосистемы генератора, например, электростанции.
1. Редуктор привода генератора, содержащий непосредственно редуктор, включающий корпус с поперечным разъемом, соосно расположенные входной и выходной валы, многопоточную двухступенчатую зубчатую передачу с косозубыми цилиндрическими колесами, а также коробку приводов, выполненную с возможностью отбора мощности для привода агрегатов жизнеобеспечения редуктора и дополнительных агрегатов, при этом зубчатая передача содержит установленную на входном валу ведущую шестерню, находящуюся в зацеплении с промежуточными зубчатыми колесами первой и второй ступеней, неподвижно посаженными на жестких промежуточных валах, промежуточные колеса второй ступени находятся в зацеплении с ведомым зубчатым колесом, установленным на выходном валу, при этом на одном из промежуточных валов закреплено ведущее колесо коробки приводов, кроме того, редуктор снабжен гидравлической системой равномерного распределения мощности по потокам (ГСРМ), выполненной в виде гидравлических цилиндров, связанных с промежуточными валами посредством толкателей и шариковых радиально-упорных подшипников, при этом все цилиндры соединены маслопроводом и подключены к маслонасосу ГСРМ, связанному с коробкой приводов, а в одном из цилиндров выполнен канал для сброса масла во внутреннюю полость редуктора, отличающийся тем, что входной вал (3) установлен в корпусе редуктора на двух радиально-упорных подшипниках (11 и 12), при этом второй подшипник жестко установлен на валу, а первый подшипник установлен на плавающей втулке (27), между обоймами подшипников расположен корпус (25) с радиально установленными в нем гидроцилиндрами (26), упирающимися в плавающую втулку (27), при этом плавающая втулка зафиксирована от проворота, а гидроцилиндры соединены с маслопроводами ГСРМ.
2. Редуктор по п.1, отличающийся тем, что передаточное отношение редуктора составляет i=2,855.
3. Редуктор по п.1, отличающийся тем, что передаточное отношение редуктора составляет i=5,71.
4. Редуктор по п.1, отличающийся тем, что коробка приводов содержит корпус, установленные в корпусе на подшипниках зубчатые колеса привода агрегатов, размещенные на корпусе переходники крепления агрегатов и масляный фильтр, при этом коробка приводов расположена в нижней части редуктора.
5. Редуктор по п.1, отличающийся тем, что агрегаты жизнеобеспечения редуктора включают воздухоотделитель системы смазки редуктора, маслонасос ГСРМ, маслоагрегат.
РИСУНКИ
