книги из ГПНТБ / Жаров, А. П. Предупреждение аварий подшипников паровых турбин

резервного объема (идентичному кривой выбега) за вре­ мя ti в подшипник должен слиться объем масла V \= ll2V;

высоте резервного объема Я. Каждая выделенная часть резервного объема будет соответственно иметь высоту

Ни Нг, Ни Я*.

Воспользуемся далее следующим положением гид­ равлики: время опорожнения любого сосуда постоянной площади поперечного сечения F определяется уравне­ нием

конечный располагаемые напоры.

Расчет отверстий в дозирующей трубке следует на­ чать с нижнего, выполненного у самого основания трубки. Через него за время Т4 под действием переменных напо­ ров от /г = Я4 до h = 0 вытекает объем масла, равный 1/4. Площадь сечения этого отверстия /4 определяется из уравнения

f= ____ ^

ц4х4К 2^0. 25//4

60

Третье отверстие в дозирующей трубке выполняется выше четвертого на величину # 4. Объем масла V3 за вре­ мя т3 будет вытекать через оба отверстия под действием разных переменных напоров. Для рассчитываемого от­ верстия напор будет изменяться от h = H3 до h— 0. Для нижнего отверстия Д напор в этом случае будет изме­ няться от h = H3 + Hi до /г= # 4. Уравнение расхода для рассматриваемого случая можно записать в следующем виде:

выше предыдущего fs на величину Я3. За время т2 объем масла У2 будет сливаться одновременно через три отвер­ стия (/2, /з и /4) под действием разных переменных напо­ ров.

Для рассчитываемого отверстия располагаемый на­ пор будет изменяться от /г = Я2 до h = 0, для Д — от h=

= Я3+ Я 2 до /г= Я3, для f4 — от /г = Я4-|-Я3+ Я 2 до /г= = Я3 + Я 2. Уравнение расхода для данного режима слива масла из резервного объема можно записать в следую­ щем виде:

V2 = T/2g0,25/y, + f,y ., У 2а (Я, + 0,25Я2) +

Ш* + Н3"Ь 0,25Я2).

Решив уравнение относительно Д, определим искомую величину сечения второго отверстия.

Верхнее отверстие в стенке дозирующей трубки рас­ положено выше /2 на величину Я2. Объем масла Vi за время Ti одновременно сливается через все отверстия дозирующей трубки.

Для рассчитываемого отверстия Д располагаемый на­ пор будет меняться от h= H \ до h — О, для Д — от h—

Уравнение расхода для начального периода опорож­ нения резервного объема можно записать в следующем

.4- /4т,ц4 V2g (И<+ //, + НЯ+ 0,25/Д).

61

Решив данное уравнение относительно fi, определим площадь сечения верхнего отверстия дозирующей трубки Значения коэффициентов расхода через отверстия до­ зирующей трубки по экспериментальным данным можно принимать в пределах 0,65—0,75. Поверочные тарировки дозирующих трубок, как правило, дают хорошее совпа­

дение с расчетом.

Внутренние сечения дозирующей трубки и всего трак­ та до подшипника должны в начальной стадии опорож­ нения резервного объема обеспечивать максимальную подачу масла при скорости течения, не превышающей

1м/сек.

6)Дозирующие устройства бачков упорных

подшипников

Для упорного подшипника нельзя так просто, как для опорного, установить зависимость подачи масла от ско­ рости вращения при выбеге, что обусловлено специфи­ ческими условиями работы упорного подшипника. Трение в упорном подшипнике слагается из двух компонентов: жидкостного трения непосредственно в несущем слое и трения диска о масло. Первый компонент определяется расчетными характеристиками несущего слоя. Если при­ нять, что во время выбега на подшипник будет действо­ вать постоянная по величине нагрузка, то необходимое количество масла для создания несущего слоя с задан­ ной средней температурой будет уменьшаться согласно зависимости

где k$m — расчетный коэффициент (см. табл. П.4—П.9 приложений).

Второй компонент (дисковое трение), как было рас­ смотрено выше, во многом определяется конструкцией и размерами упорного подшипника. Отношение первого компонента ко второму может изменяться от 1/2 до 2/3.

Потери мощности на дисковое трение зависят от куба угловой скорости, что также усложняет решение задачи но определению обобщенной формулы скоростной зави­ симости ограниченной подачи смазки в упорный подшип­ ник. К отмеченному добавляется еще одно обстоятель­ ство— утечки масла из полости вкладыша через уплот­

62

маслоснабжения упорного подшипника все необходимое для смазки и отвода тепла масло прокачивается через резервный бачок, который подсоединен к напорному мас­ лопроводу системы смазки (рис. 12).

Исследованиями ряда авторов (Л. 25] установлено, что во внутренней полости упорного подшипника может возникать разрежение, кото­

ограничительных шайб в сливных окнах вкладыша. Оп­ ределить проходные сечения этих шайб можно следую­ щим способом. Предварительно следует задаться величи­ ной давления масла во внутренней полости вкладыша Ршл и определить по изложенному методу протечки мас­ ла через уплотнения вкладыша qyu. Для обеспечения расчетного расхода масла q через подшипник или одну из его сторон в сливное окно вкладыша должно выхо­ дить количество масла, равное q—qyTl. Тогда искомое се­ чение ограничительной шайбы может быть определено из выражения

Я Яуп

fШ -----

] / "

64

где jo.— коэффициент расхода шайбы, величина которого может быть принята в пределах 0,7—0,8.

В нормальных условиях эксплуатации, чтобы обеспе­ чить упорный подшипник подачей расчетного количества масла q, в резервном бачке должно быть избыточное давление, величину которого можно определить следую­ щим методом. Вначале следует задаться некоторой раз­ ницей между давлением масла в резервном бачке рр и давлением во внутренней полости вкладыша рБкл (Ар=рр—Рвкл) и определить расходы масла через все сливные сечения резервного объема.

а) Количество масла, сливающегося через верхнее проходное сечение трубы ft (рис. 12), определяется по формуле

яi=u. y 2g

где Hi — высота столба масла в бачке над верхним про­ ходным сечением f\.

где Яр — полная высота бачка; Яр.б — высота располо­ жения бачка над осью подшипника; цс -^коэффициент расхода масла через сопла и подводящие каналы; по экспериментальным данным можно принять ро=0,3.

Если для принятого значения А р = рР—/?вкл получен­ ный суммарный расход масла (91 + <72+<7з) будет мень­ ше полного расчетного расхода для подшипника q, то можно принять другое значение Ар или при том же Ар увеличить верхнее проходное сечение сливной трубы fi. Как показывают проведенные расчеты, для удовлетворе­ ния принятых условий достаточно создать в резервном бачке избыточное давление около 0,35—0,40 кгс/см2. С этой целью на напорном маслопроводе перед бачком сле-

13. ТИПОВЫЕ СХЕМЫ ПОДКЛЮЧЕНИЯ РЕЗЕРВНЫХ ОБЪЕМОВ

Прежде чем перейти к изложению существующих кон­ струкций резервных бачков, остановимся на рассмотре­ нии ряда вопросов, связанных с подключением резерв­ ных объемов к системе маслоснабжения подшипников.

объем. На работающей машине эта операция осуществ­ ляется благодаря нагнетательному действию шипа, а на остановленной — благодаря давлению подачи. По такой схеме устроено аварийное маслоснабжение подшипников турбин ХТГЗ и ТМЗ.

66

половины подшипника, вызванном прекращением плИ резким уменьшением подачи масла из системы. В обеих схемах подача масла из резервных объемов осуществля­ ется к началу несущего слоя. Схемы в одинаковой сте­ пени надежны и каждой присущи некоторые недостатки. В первой схеме бачок заполнен свежим маслом и нали­ чие его двухканальной связи с подшипником позволяет кратковременно (в течение 5—10 сек) обеспечивать поч­ ти нормальное маслоснабжение подшипника за счет не­ которого отдаления торца трубы 4 (рис. 13) от крышки резервного объема. Это обстоятельство имеет большое значение во время произвольных переходов с работаю­ щего насоса системы смазки на резервный. Однако на­ личие давления и дополнительных трубопроводов с флан­ цевыми соединениями несколько усложняет конструкцию таких бачков.

Схема с использованием масла, прошедшего через верхнюю половину подшипника, конструктивно проще, но температура масла в бачках на б—7°С выше температу­ ры свежего масла, что требует соответствующего увели­ чения размеров резервного объема. Сложнее в данной схеме решается и вопрос о кратковременном увеличении подачи масла из бачка в подшипник в период переклю­ чения насосов.

Выбор того или иного варианта схемы зависит от ря­ да объективных причин, но главная задача состоит в том, чтобы выбранный вариант не вызывал осложнений при эксплуатации подшипников и значительного увеличения расхода масла. Так, например, подшипники турбин ХТГЗ имеют специальное отверстие для удаления части масла, прошедшего верхнюю половину вкладыша. В этом случае подключение проточного резервного объема к подшипни­ ку никаких осложнений при его эксплуатации не вызыва­ ет. Вкладыши подшипников конструкций ЛМЗ и ТМЗ сливных отверстий не имеют, а схемы аварийного маслоснабжения их приняты разными. В схеме ЛМЗ подшип­ ник соединен с резервным бачком двумя каналами. За счет нагнетательного действия шипа давление масла в месте выхода в зазор канала аварийной смазки выше, чем в бачке. Вследствие этого часть масла, прошедшего через верхнюю половину вкладыша, по каналу аварий­ ной смазки поступит в бачок. Однако режим работы под­ шипника при этом не претерпевает существенных изме­ нений.

Рассмотрим теперь, каким образом повлияет подсоединение про­ точного бачка к опорному подшипнику, в конструкции которого нет отверстия для слива части масла, прошедшего через верхнюю половину. Если представить работающий подшипник жидкостного трения как комплекс гидравлических сопротивлений, то нетрудно бу­ дет установить, что количество поступающей в подшипник смазки зависит не только от давления подачи, но и от гидравлического сопротивления (внутреннего и внешнего) самого подшипника. Внут­ реннее сопротивление определяется сечением кольцевой щели и ре­ жимом течения в ней .масла, а также пропускной способностью несущего слоя, внешнее — проходным сечением ограничительной шай­ бы на входе в подшипник.

Если сечение шайбы перед подшипником слишком велико, то расход смазки зависит главным образом от соотношения давления подачи и внутреннего сопротивления подшипника. Такой способ саморегулирования подачи смазки нерационален, так как он приводит к дополнительному расходу смазки и энергии на ее подачу. В слу­ чае, когда внутреннее сопротивление значительно меньше внешнего, расход масла через подшипник будет ограничиваться сечением шайбы. Последнее выбирается из условия удовлетворения расчет­ ного теплового режима работы подшипника. На практике сечение ограничительной шайбы обычно подбирается по заданному уровню температуры масла на сливе из подшипника.

Поступившее в подшипник масло под действием вязкостного увлечения движется по зазору между шипом и верхней половиной вкладыша в направлении вращения вала. Поскольку существует со­ противление на входе в несущий слой, а также сопротивление выте­ канию масла к торцам нагнетательное действие шейки вала может повысить давление смазки в верхнем зазоре. Количество смазки, во­ влекаемой шипом в несущий слой, практически не зависит от дав­ ления на входной границе смазочного слоя. Расход смазки через несущий слой, как отмечалось выше, определяют следующие факто­ ры: расположение шипа в подшипнике, величины относительного за­ зора и относительной длины подшипника, вязкость смазки и харак­ тер зависимости ее от температуры. Избыток поступившего в под­ шипник масла вытекает к торцам из зазора верхней половины вкладыша. Расчетное количество торцевых протечек с обеих сторон

что количество торцевых протечек находится в прямой зависимости от давления масла в зазоре в верхней половине вкладыша.

Когда подшипник со стороны начала масляного клина сооб­ щен с проточным резервным объемом, в рассматриваемом комплексе сопротивлений появляется еще одно звено. Тракт от бачка до под­ шипника выполнен с проходным сечением, позволяющим в началь­ ный период опорожнения резервного объема обеспечить пропуск большого количества смазки. По этой причине сопротивление тракта

68

меньше сопротивления щелевого зазора в верхней половине вклады­ ша. Следовательно, если резервный бачок имеет свободный перелив большого сечения, то давление масла в зазоре в верхней половине подшипника может понизиться до уровня, соответствующего распола­ гаемому напору резервного бачка. В этом случае несоответствие одного из компонентов комплекса гидравлических сопротивлений (сечения ограничительной шайбы перед подшипником, верхнего за­ зора в подшипнике, высоты расположения резервного бачка) может привести к тому, что расположенный на некоторой высоте по от­ ношению к оси подшипника резервный бачок не будет заполняться маслом из-за недостаточности давления в верхнем зазоре. Посколь­ ку принято считать, что при подаче масла в подшипник со стороны выходной границы смазочного слоя в верхнем зазоре в нормально работающем подшипнике создается избыточное давление, превы­ шающее давление в системе смазки, давление в резервном бачке будет определяться соотношением проходных сечений тракта аварий­ ной смазки и переливного устройства. Количество масла, которое будет поступать из подшипника в проточный резервный объем, мож­ но определить из уравнения

?р = fiH-i " |/ 2g J^— — — — (Л6 + Лр б)j ,

где fт — минимальное живое сечение тракта аварийной подачи смаз­ ки (выбирается из условия обеспечения максимального расхода при

ходным сечением шайбы и перепадом давлений перед шайбой и в за­ зоре в подшипнике, куда подается смазка.

У работающего подшипника из-за эксцентричного расположения шипа в расточке рабочий зазор делится на две части: конфузор и диффузор. В первом гидродинамическое давление в смазочном слое может быть только избыточным. В диффузорной части зазора может образовываться вакуум. Величина разрежения зависит главным обра­ зом от количества проходящего через диффузорпую часть зазора масла. При отборе масла в резервный объем у противоположной стороны вкладыша режим течения смазки в диффузорной части за­ зора практически останется без изменений. Поэтому давление в этой части зазора также не изменится. Следовательно, количество масла, поступающего в подшипник, будет постоянным. На этом основании для рассмотренных случаев уравнение расхода смазки через под­

подачу масла в резервный бачок будет компенсировать уменьшение торцевых протечек из верхней половины подшипника. Если перед

69