2.3.3 Конструкція осьового підшипника

Осьові (упорні) підшипники сприймають в основному неврівноважені статичні навантаження, які діють на ротор в осьовому направленні.

Упорні підшипники використовуються в турбінобудуванні, в якості приводів, фіксуючих ротор відносно статора по осі машини. У випадку, коли напрям осьової сили ротора при всіх варіантах навантаження при перехідних і статичних режимах не змінює свого напрямку, використовуються односторонні упорні підшипники. Двосторонній підшипник використовується, коли виникає небезпека зміни знаку осьової сили.

В турбінах використовують головним чином упорні підшипники Мігеля з одним упорним гребенем і із самовстановлюючимися колодками. У двосторонніх підшипниках робочі колодки приймають осьову силу ротора при основних режимах роботи установки, а установочні колодки фіксують його при епізодичних змінах знаку сили.

Для передачі осьових зусиль на роторі виконується спеціальна п’ята 1, яка при обертанні ротора спирається в осьові подушки 2 (рисунок 2.3.6). При обертанні ротора контакт п’яти ротора з подушками відбувається через шар масла, в якому створюється великий тиск та рівнодіюча сила, що урівноважує осьове зусилля ротора. П’ята встановлюється між двома рядами осьових подушок, що дозволяє обмежувати пересування ротора в осьовому направленні при зміні направлення осьових зусиль. Конструкція системи п’ята – подушки виконується таким чином, щоб п’ята мала можливість осьового зміщення між рядами подушок на 0,4-0,6 мм. Таке осьове зміщення називається осьовим розбігом ротора. Значення осьового розбігу встановлюється за умовами змащування осьового підшипника та припустимої зміни осьових зазорів в проточній частині та ущільненнях турбіни при переміні направлення осьового зусилля на ротор. Система п’ята – подушки працює в масляній ванні. При обертанні ротора масло під дією тиску та відцентрованої сили надходить в зазори між подушками, а сила тертя затягує його в зазор між п’ятою і подушками. На подушках виникають гідродинамічні сили ( рисунок 2.3.6).

Рисунок 2.3.6 – Положення упорного підшипника

а) – нестійке;

б) – стійке.

Принцип роботи: несучий масляний клин між подушками та п’ятою утворюється за рахунок зміщення в тангенціальному направленні відносно точки А – точки прикладення рівнодіючої гідродинамічних сил R₀ , які діють на подушку. Сила R₀ діє на ригель з плечем h , повертаючи подушку відносно опори в точці А, в результаті чого тиск масла на вході в подушку ( за рахунок збільшення вхідного перерізу) зменшиться, а на виході – збільшиться. Повертання подушки відбувається до моменту досягнення значення плеча h=0 . При зміні осьових зусиль на ротор відбувається перерозподіл гідродинамічних сил з новою рівнодіючою R. Подушка по відношенню до п’яти займе нове кутове положення.

При постійному осьовому зусиллі умовами стійкості масляного шару між п’ятою і подушками буде відсутність порушень цілісності шару масла та надмірної температури в ньому. Для виконання цих умов необхідна висока точність механічної обробки контактних поверхонь п’яти і подушки, а також правильне розташування опор подушок. Опора повинна бути зміщена відносно центру симетрії подушки в бік вихідної кромки, інакше положення буде не стійким.

Найбільша несуча здатність всього ряду подушок залежить від правильного вибору їх кількості ( 6-10 шт.). Подушка складається з тіла та бабітової заливки. В тілі подушки з боку, який протилежний п’яті, є отвори під штифти 1 (рисунок 2.3.7) кріплення їх до спеціального роз'ємного кільця. Тіло подушки виконується з бронзи або сталі. Бік, який обернений до п’яти, заливається бабітом. Товщина бабітової заливки повинна мати малу кількість найменших осьових зазорів в проточній частині та ущільненнях турбіни. Така заливка в осьовому підшипнику необхідна для запобігання руйнування проточної частини турбіни в аварійних режимах. В радіальних підшипниках бабітова заливка потрібна в режимах сухого та напівсухого тертя ( при роботі на валоповоротному пристрої та низькій частоті обертання).

При різкому та значному підвищенні осьового зусилля відбувається миттєве розплавлення шару бабіту подушок. Різкий осьовий зсув ротора на товщину виплавленого шару використовується в якості сигналу на відключення турбіни.

Рисунок 2.3.7 – Конструкція (а) та геометричні розміри (б) осьової подушки

ОПОРНО - УПОРНІ ПІДШИПНИКИ

На рисунку 2.3.8 приведена конструкція опорно-упорного підшипника. На рисунку зображено:

а – опорно-упорний підшипник М31:

1 – верхня частина вкладишу; 2 – центруючий штифт; 3 – нижня частина вкладиша; 4 – установчий сегмент; 5 – подушка; 6 – віджимний гвинт; 7 – опорне кільце з двох частин; 8 – стопорне кільце з двох частин; 9 – установчі колодки; 10 – стопорне кільце з двох частин; 11 – робочі колодки; 12 – опорне кільце з двох частин; 13 – прокладки; 14 – шпилька; 15 – болт; 16 – плаваюче кільце з двох частин; 17 – стопорний гвинт; 18 – стопорний штифт; 19,20 – стопорний гвинт; 21 – шайба; 22 – кругла шпонка.

б – колодки:

1 – робоча колодка; ІІ – установча колодка.

в – опорно-упорний підшипник із пружинним кільцем:

1. - установче на півкільце; 2- подушка; 3 - прокладка;

4. - установочне на півкільце з двох частин; 5 - упорне кільце з двох частин; 6 - установочні колодки; 7 - робочі колодки; 8 - стопорне кільце з двох частин; 9 - пружинне упорне кільце з двох частин; 10- установочне робоче кільце з двох частин; 11- стопорний гвинт; 12 - стопорний штифт; 13-вкладиш.

г – опорно-упорний підшипник із торцевими упорними поверхнями:

1- верхня частина вкладиша; 2 - бабіт Б-83; 3 - ущільнююче кільце з двох частин; 4 - нижня частина вкладиша;

А – упорні поверхні.

Принцип роботи:

Колодка 9 та 11 спираються на упорні кільця 7-12, фіксуються на них за допомогою штифтів 18. Упорні кільця закріплюються до вкладишів гвинтами 17 та 19. Колодки запобігають від випадіння під час монтажу стопорних кілець 8 та 10, які виступами входять у закладні упорних кілець і колодок.

Стопорне кільце в роз’ємі з’єднується з упорними підшипниками кільцевими стопорними гвинтами 20. Масло подається через упорну подушку до роз’ємів підшипника. В нижній частині вкладиша 3 виконаний паз, по якому частина масла йде до “холодильника” опорного підшипника, а частина – до внутрішньої порожнини робочих колодок.

Рисунок 2.3.8 – Конструкція опорно-упорних підшипників

В упорному підшипнику встановлюється середня температура масла, в результаті змішування свіжого й циркулюючого в підшипнику масла. На шляху зливного масла встановлюється термолічильник, що дозволяє реєструвати рівень середньої температури масла в упорному підшипнику.

Інколи в турбінах невеликої потужності встановлюють упорні підшипники, в яких є клинок торцевої поверхні вкладиша. Двосторонній упорний підшипник складається з двох упорних поверхонь із наплавками, при цьому одна поверхня є дзеркальним відображенням іншої. Підшипники такого типу допускають менший питомий тиск на робочу поверхню, ніж упорний підшипник із самовстановлюючимися колодками.