книги из ГПНТБ / Казанский, В. Н. Системы смазки паровых турбин

f-рузке q, приложенной к колодке, характеризует степень неравномерности распределения нагрузки по поверхно­ сти колодки. С уменьшением коэффициента а возра­ стает эффективная площадь колодки, воспринимающая нагрузку. Возрастание а указывает на большую вели­ чину деформации колодки. Зависимость a{q) приведена на рис. 1-15,6.

Перераспределение поля давления сопровождается соответствующим перераспределением и температуры по поверхности колодки. Как и в опорных подшипниках, зона максимального нагрева баббита колодки хотя и смещена относительно зоны максимального давления, все же обе зоны размещены вблизи друг к другу. По­ этому в области максимальных давлений происходит и наибольшее выделение тепла. В областях, где давление масла падает из-за отгиба краев нагруженной колодки, происходят торможение роста и даже снижение темпе­ ратуры баббитовой заливки.

С увеличением скорости скольжения колодки возра­ стают потери мощности на трение в несущем слое и одновременно уменьшается доля тепла, отводимого ме­ таллом колодки и гребня, вследствие чего увеличивается температура в масляной пленке и на рабочей поверх­ ности.

Отвод тепла увеличивается с повышением коэффи­ циента теплопроводности металла колодки. Если же исходить из условия минимальных тепловых деформа­ ций колодки, то необходимо применять материал с ма­ лым коэффициентом линейного расширения, обеспечи­ вающим больший радиус кривизны и, следовательно, малую стрелу температурного прогиба колодки. Созда­

(рис. 1-12,дас), обладающих, по-видимому, наилучшими рабочими характеристиками: высокой несущей способ­ ностью, большим отводом тепла из смазочного слоя, незначительным короблением рабочей поверхности

[Л. 37, 39, 112].

Слоеная колодка состоит из тонкой медной пластины с баббитовой заливкой (теплопроводность меди марки Ml в 6 раз больше, чем у стали или бронзы) и массив­ ного стального основания, омываемого со всех сторон

50

маслом. Для интенсификации отвода тепла от медной пластины в основании колодки прорезаны каналы для циркуляции холодного масла. Для уменьшения вредного влияния баббита на теплоотвод из масляной пленки его заливают тонким слоем (1 мм) на гладкую шабреную и облуженную поверхность медной пластины.

Испытания ХТГЗ и ВТИ показали, что применение слоеной колодки позволяет увеличить несущую способ­ ность подшипника на 75% (по сравнению с цельными колодками). Недостатком слоеной колодки обычного исполнения является неодинаковость выпучивания не­

ние оказывает состояние упорного гребня. Испытаниями на КТЗ установлено, что при наличии конусности упор­ ного диска всего лишь 60—80 мкм несущая способность экспериментального упорного подшипника снизилась на 50—60%. При ухудшении класса чистоты поверхности упорного гребня от' V9 до V6 и неизменном классе чистоты поверхности колодки V7 несущая способность экспериментального подшипника КТЗ снизилась в 2,5 ра­ за (см. график рис. 1-16)! Высокая чистота поверхности упорного гребня в значительной мере уменьшает вред­ ное влияние абразивных частиц, содержащихся в масле, на работоспособность колодок. Шероховатый диск увле­ кает абразивные частицы, которые повреждают бабби­ товую заливку колодок, снижают несущую способность,

уменьшение поверхности упорного гребня, омываемой потоками смазки. Это может быть достигнуто примене­ нием подшипника с индивидуальным подводом масла к колодкам. Такая конструкция подшипника предусмат­ ривает установку секторообразных уплотнений, изолирую­ щих от смазки полости между колодками (рис. 1-12,в). Отсутствие масляной ванны в корпусе подшипника ликвидирует дисковые потери мощности [Л. 39, 162, 169].

1-4. РАБОТА ПОДШИПНИКОВ В РЕЖИМЕ ВАЛОПОВОРОТА

Для подшипников, работающих в условиях несовершен­ ной смазки (на тихоходном валоповороте), характерны следующие режимы:

1)Включение валоповоротного механизма после остановки ротора. Возникает опасный режим: трогание вала с места и переход к полужидкостному трению. Если масло обладает недостаточной смазывающей спо­ собностью, то в начале движения шейки вала в расточ­ ке подшипника возникают полусухое трение, повышен­ ный износ и нагрев сопряженных поверхностей.

2)Длительная работа подшипника при полужид-

костной смазке. Из-за ограниченной площади контакта между шейкой вала и баббитовой заливкой вкладыша возникают сравнительно высокие удельные нагрузки (100-105—150-105 Па). Вследствие большой теплопро­ водности металла турбины происходит перенос тепла от наиболее нагретых частей ротора к шейке вала. В ряде случаев температура шейки вала может достигать 100— 150 °С. Если масло обладает недостаточной смазываю­ щей способностью, то при таких режимах работы под­ шипника масло может превратиться в продукты, не спо­ собные разделять поверхности трения, предотвращать износ и заедание.

На надежность работы подшипника в режиме несо­ вершенной смазки большое влияние оказывает погонная нагрузка ри. При упругой деформации вала и вкладыша увеличение рт как это следует из рассмотрения диа­ граммы Герси—Штрибека (рис. 1-1,в), сопровождается возрастанием коэффициента трения; одновременно ухуд­ шается охлаждение шейки вала и увеличивается износ баббита. Однако при определенных значениях удельной нагрузки и температуры смазочного слоя происходит за­ медление роста силы трения с увеличением нагрузки.

53

По данным ряда исследований, указанное явление свя­ зано с пластическим деформированием (течением) .баб­ битовой заливки в зоне контактирования с валом, что приводит к изменению зависимости [(уш/ри): рост ри приводит к снижению f. Следует заметить, что в усло­ виях интенсивного пластического течения баббита из­ вестный закон Амоитона уже не применим, поэтому от­ мечаемое снижение коэффициента трения в этих усло­ виях представляет фиктивное облегчение условий трения

[Л. 92].

С повышением температуры вкладыша переход к пла­ стическому течению баббита облегчается. Диапазон ско­ ростей скольжения, соответствующих процессу течения баббита, с ростом температуры расширяется в сторону высоких значений скоростей. В подшипниках, предна­ значенных для работы в режиме быстроходного валоповорота, стараются создать гидродинамический режим трения при сравнительно низких условных удельных на­ грузках (<7 = (8—15) • 105 Па], не вызывающих пластиче­

ских деформаций баббита. Исследованиями установлено, что при использовании турбинного масла марки 22 гид­ родинамический режим обычно создается при окружной скорости шейки вала и= 0,8—1 м/с (<7=13-105 Па).

На характеристики трения подшипника, работающего при несовершенной смазке, влияет в значительной мере шероховатость сопряженных поверхностей. Для получе­ ния необходимых характеристик работы подшипника недостаточно обеспечить обильную смазку, погрузив, на­ пример, и шейку вала, и подшипник в ванну с самым высококачественным маслом. Необходимо, чтобы сами трущиеся поверхности имели микрорезервуары для удер­ жания масла. Роль этих микрорезервуаров (карманов) выполняют впадины микрорельефа, образованные шеро­ ховатостями поверхности. Поверхность с большими по высоте неровностями (карманы велики) удерживает до­ статочно масла, но ее несущая способность незначитель­ на, так как с поверхностью контактирует небольшое чис­ ло выступов. Возникают значительные удельные давле­ ния, и поверхности быстро изнашиваются. У поверхно­ стей с большим числом неровностей, наоборот, несущая способность велика, но масляные карманы малы, недо­ статочно и смазки, а в результате снова ускоренный из­ нос. Вот почему для надежной работы подшипника нуж­ на оптимальная шероховатость,

54

Несущая способность поверхности и емкость ее Кар­ манов, удерживающих смазку, находятся в большой за­ висимости от формы неровностей. Маслоемкость велика у поверхности с заостренными неровностями и ничтожно мала у поверхности с притупленными неровностями при одинаковой их высоте; смятие и износ поверхности вы­ ше, если неровности имеют заостренную форму. Недав­ но было предложено обрабатывать поверхность трения, обкатывая ее колеблющимся шариком («ли алмазным наконечником) по траектории, представляющей синусои­ дальную кривую, наложенную на винтовую линию. Со­ здание на поверхности шейки вала и вкладыша системы таких канавок позволило оптимизировать и площадь контакта, и маслоемкость их поверхности [Л. 154].

Влияние шероховатости на характеристики трения ослабевает по мере приработки и, следовательно, истира­ ния обработочных неровностей. С течением времени в ре­ зультате приработки сглаживаются вершины неровностей, увеличивается фактическая площадь контакта, умень­ шается удельное давление, постепенно происходит обра­ зование такого клинообразного зазора между шейкой вала и вкладышем, который обусловливает естественный градиент давления и этим сообщает валу такую же гру­ зоподъемность, как и при гидродинамическом режиме смазки [Л. 105]. Однако при частых пусках и остановах турбины, сопровождающихся длительной работой валоповоротного устройства, происходит интенсивная прира­ ботка шейки вала к вкладышу вплоть до появления на нем глубокого гнезда (0,1—0,3 мм). Существенный износ баббита замечен в подшипниках с большой эллиптич­ ностью расточки. Полезное и даже необходимое истира­ ние поверхности в начальный период эксплуатации в ко­ нечном итоге приводит к такому искажению размеров и формы расточки подшипника, что дальнейшая его нор­ мальная работа оказывается невозможной1.

Надежная работа подшипников в режиме валоповорота может быть обеспечена применением гидростатиче­ ского подъема вала и быстроходного валоповорота. В гидростатических опорах скольжения масло под боль­

1 Обычно подшипники перезаливаются при увеличении зазоров более чем на 15% [Л. 169].

55

женной части вкладыша (рис. Ы 7). Камеры представ­ ляют собой определенную область, ограниченную на по­ верхности трения прямоугольником, квадратом, кругом или другой иногда сложной фигурой. Размеры и распо­ ложение областей подвода масла высокого давления должны быть такими, чтобы при отключенном гидро­ подъеме они практически не снижали несущую способ­ ность подшипника, а мощность, затрачиваемая на при­ вод насоса, была возможно меньше,- Этим требованиям удовлетворяет подвод масла через четыре области (рис. 1-17). Исследованиями установлено [Л. 128], что

Рис. 1-17. Опорные подшипники с карманами для гидроста­ тического подъема вала.

оптимальные условия работы подшипника и в режиме гидростатического подъема вала, и в режиме гидроди­ намического трения достигаются при следующих соотно­ шениях размеров: т/1 = 0,3-г-0,5; &//?<ро=0,5. Гидростати­ ческий подъем вала допускает применение подшипников с укороченной опорной частью, т. е. с повышенным услов­ ным удельным давлением q до 17 -105—25-105 Па, что благоприятно сказывается на устойчивости шипа на масляной пленке при номинальной частоте вращения ва­ ла (см. § 1-2,в).

Применение быстроходных (частота вращения вала 30—150 мин-1) устройств для проворачивания ротора наиболее целесообразно в тех случаях, когда применя­ ются специальные антивибрационные конструкции под-

56

шипников (со значительной эллиптичностью расточки, трехклиновые), при которых можно ожидать повышен­ ного износа баббита.

Создание быстроходного валоповорота без гидроста­ тического подъема вала встречает серьезные конструк­ тивные трудности, связанные прежде всего с необходи­ мостью применения привода большой мощности (для преодоления сил трения покоя) или двух приводов (боль­ шой мощности для страгивания вала и малой мощности для длительной работы). Поэтому в большинстве слу­ чаев использование быстроходного валоповорота связано с применением гидростатического подъема вала [Л. 169].

1-5. АВАРИИ ПОДШИПНИКОВ

На электростанциях случаются аварии с опорными и упорными подшипниками турбин, приводящие к тяжелым повреждениям и длительным простоям оборудования |Л. 6, 135]. К сожалению, имею­ щийся статистический материал не дает полной картины аварий подшипников, так как далеко не все аварии регистрируются, и при­ чины их зачастую не установлены. В табл. 1-2 приведена класси-

фикация аварий и случаев брака в работе паровых турбин по основ­ ным элементам оборудования {Л. 28].

Различают следующие основные виды повреждений баббитовой заливки подшипников: интенсивный микроизнос (истирание); раздав­ ливание, «натаскивание» и выжимание баббита за кромку тела под­

57

ЛоСйстёмё (неправильное подключение маслоохладителей, сепарато­ ров, пресс-фильтров).

Аварии упорных подшипников могут быть двух типов: а) по­ вреждение рабочей поверхности упорных колодок: б) усталостная

Повреждение упорного подшипника вызывает значительные про­ стои турбины, так как примерно 20% аварий упорных подшипников приводит к повреждениям в проточной части и примерно 4% — к очень серьезным повреждениям турбин или поломке концов валов под упорным диском [Л. 28]. Упорные подшипники часто разруша­ ются от перегрузки упорных колодок при чрезмерно завышенных расходах пара через проточную часть трубины, при работе с пони­ женной температурой свежего пара, при износе диафрагменных и концевых уплотнений, заносе солями проточной части турбины, на­ рушении необходимого соотношения проходных сечений сопл и рабо­ чих лопаток ступеней, гидравлическом ударе в турбине, при резких изменениях режима работы турбины, особенно при наличии системы промежуточного перегрева пара. Перегрузка упорного подшипника нередко возникает в двухцилиндровых турбинах при передаче осево­ го усилия от ротора низкого давления на упорный подшипник ротора высокого давления при заклинивании гибкой или кулачковой муф­ ты между указанными роторами. Возможно и другое явление: пере­ дача осевого усилия ротора высокого давления через заклиненную муфту на упорный подшипник ротора низкого давления. Как пра­ вило, подобная ситуация возникает при нестационарных режимах работы турбины: быстром снижении или наборе нагрузки, быстром изменении температуры пара, т. е. когда сокращение или удлине­ ние роторов будет отставать от соответствующих деформаций цилиндров.

59