книги из ГПНТБ / Плаксионов Н.П. Судовые турбинные установки учебник

ками лежит и вращается на двух опорных подшипниках, которые вос­ принимают вес ротора и усилия, действующие на него при парциаль­ ном выпуске пара, а также фиксируют положение ротора в радиальном направлении относительно частей статора.

Подшипники турбин должны работать в условиях высоких скоро­ стей вращения шеек и больших удельных нагрузок1 . Скорость вращения шейки ротора современных турбин достигает .60—80 м/сек, а удельная нагрузка до 14—Ѵакгсісм1. Кроме того, к подшипникам турбин предъяв­ ляют весьма высокие требования в отношении надежности, малого износа и минимальной потери мощности на трение.

Для удовлетворения этих требований при конструировании подшип­ ников используют принцип клиновой смазки -(жидкостное трение). Согласно гидродинамической теории смазки, подшипник растачивают до диаметра несколько большего, чем диаметр шейки вала. При этом центр вала не совпадает с центром подшипника и, следовательно, меж­ ду шейкой и вкладышем подшипника образуется дугообразный кли­ новой зазор.

В спокойном состоянии шейка вала опирается на нижнюю часть вкладыша подшипника (рис. 60, а) и эксцентриситет 0—0г между цен­ трами вала 2 и подшипника 1 находится в вертикальном положении.

1 Удельной нагрузкой подшипника называется отношение всей нагрузки, действующей на подшипник, к площади проекции нижнего вкладыша.

70

В момент страгивания ротора с места между шейкой вала и вкла­ дышем подшипника имеется металлический контакт 4, но уже с нача­ лом вращения шейка силой трения затягивает масло в клиновой за­ зор 3 и как бы всплывает на слое масла, обеспечивая жидкостное трение в подшипнике. При этом шейка сначала сдвигается влево, за­ тем поднимается вверх и занимает положение, показанное на рис. 60, б.

При увеличении числа оборотов центр шейки описывает криво­ линейную траекторию 0г—0\—0, при которой эксцентриситет умень­ шается, а толщина слоя масла увеличивается.

Для правильной работы трения должен быть обеспечен непрерыв­ ный подвод и отвод масла, которое служит не только для смазки, но и для охлаждения подшипника, т. е. для удаления тепла, выделяю­ щегося при трении шейки вала в подшипнике. Масло подводится к подшипникам вала турбины с избыточным давлением 0,7—0,85 ати (форсированная смазка).

Температура масла, выходящего из подшипников, не должна пре­ вышать 60—70° С, так как при дальнейшем повышении температуры вязкость масла понижается и масляная планка становится минималь­ ной. Кроме того, при температуре выше 70° С начинается интенсивное

а)

Большое значение для работы подшипников имеют способ и место подвода масла.

Увспомогательных турбин мощностью до 100 л. с. иногда применяют кольцевую смазку подшипников с помощью одного или двух колец, погруженных в масляную ванну и вращающихся во вкладышах на валу (рис. 61). При вращении кольца масло будет непрерывно посту­ пать на поверхность шеек вала.

Углавных турбин масло должно подаваться в те места подшип­ ника, где давление масла будет наименьшим. Каналы для подвода

71

масла делают обычно в нижних вкладышах в виде сверлений или за­

Для правильной работы подшипника нижний вкладыш тщательно растачивают или пришабривают на краску по шейке вала с дугой об­ хвата не менее 60° (см. рис. 60, а) . Между верхним вкладышем и шей­ кой вала выдерживают масляный зазор, величина которого ô (раз­ ница в диаметрах расточек вкладыша и шейки вала) зависит от диа­ метра вала, частоты вращения и вязкости масла (обычно эта величина принимается равной 0,015 диаметра шейки, но не более 0,2 мм). Ве­ личина бокового зазора может быть принята приблизительно 0,001 диаметра шейки вала. Как слишком большой, так и слишком малый масляные зазоры могут быть причиной сильной вибрации и выхода турбины из строя.

У плоскости разъемов вкладышей делают скосы (холодильник) для более легкого поступления масла на вал и создания масляного клина. Холодильник не доходит до торцов вкладыша и поэтому не увеличивает слива масла в осевых направлениях. У торцов нижнего вкладыша с обеих сторон делают скосы на длине 10—20 мм глубиной около 0,02 мм.

Для регулирования количества масла, поступающего к каждому подшипнику, на маслопроводе ставят игольчатые дроссельные клапаны или дроссельные шайбы. Клапаны обладают тем преимуществом, что позволяют регулировать подачу масла в зависимости от режима турби­ ны. Клапаны, как правило, должны иметь устройство, не позволяю­ щее закрыть приток масла к подшипнику.

В правильно сконструированных и хорошо изготовленных опорных подшипниках после нескольких лет нормальной эксплуатации турби­ ны при ревизии в верхнем и нижнем вкладышах можно видеть следы

Корпус опорного подшипника (стул турбины) выполняют как само­ стоятельную конструкцию или отливают заодно с корпусом турбины. Крышку подшипника обычно отливают из углеродистой стали.

Вкладыши подшипника изготовляют из бронзы или из мягкой угле­ родистой стали. Внутреннюю поверхность вкладышей заливают бабби­ том Б-83. Ввиду особой важности и ответственности службы под­ шипников турбины заливать вкладыши другими сортами баббита нельзя.

Горизонтальный разъем вкладышей и крышек подшипников тща­ тельно шабрят и для непроницаемости покрывают легким слоем баке­ литового лака или спиртовым раствором шеллака. Крепят их при по­ мощи болтов.

72

Вкладыши подшипника при вращении вала должны плотно приле­ гать к расточке стула и крышке подшипника. Неплотное прилегание крышки к верхнему вкладышу может вызвать вибрацию подшипника. Поэтому крышки подшипников устанавливают на вкладыше с неболь­ шим натягом (0,05—0,1 мм). Для обеспечения центровки вкладышей в радиальном и осевом направлениях и точной установки крышки пре­ дусматривают центрирующие установочные штифты.

Во вспомогательных турбинах, кроме рассматриваемых подшипни­ ков скольжения, иногда применяют подшипники качения (шариковые и роликовые).

Опорные подшипники, в зависимости от способа установки их вкла­ дышей в корпусах (стульях), бывают жесткими и самоустанавливаю­ щимися.

и крышек подшипников. Вследствие прогиба вала в жестких подшип­ никах (рис. 62, а) возникающее давление шейки на концевые участки вкладышей приводит к быстрому износу последних. Поэтому такие подшипники применяют при коротких роторах с относительно боль­ шим диаметром вала.

Вкладыши с а м о у с т а н а в л и в а ю щ и х с я подшипников (рис. 62, б) со сферической опорной поверхностью устанавливают в сфе­ рической расточке корпуса подшипника. Благодаря этому при неболь­ ших изменениях положения оси вала они могут повернуться в нуж­ ную сторону так, что их ось будет всегда совпадать с осью вала. Такие подшипники применяют при длинных роторах с относительно небольшим диаметром вала.

На рис. 63 приведены вкладыши жесткого подшипника турбины теплохода «Балтика». Два бронзовых вкладыша 1 и 2 залиты баббитом 3. Для лучшего удержания баббита во вкладышах простроганы и выто­ чены продольные и поперечные канавки в форме ласточкина хвоста. Нижний вкладыш помещается в расточке стула, а верхний — в крыш­ ке. В плоскости разъема вкладыши, во избежание их проворачивания, стопорят утопленными впотай винтами.

Смазочное масло входит во вкладыш по каналу 5 в горизонтальном разъеме вкладыша и, поступая к шейке .вала, растекается по ней

73

в обоих направлениях, затем стекает с обоих концов вкладыша в слив­ ную полость стула. Около каналов 5 баббитовая заливка имеет скосы, образующие холодильник.

У судовых турбин довоенной постройки обычно предусматрива­ лось устройство, ограничивающее проседание ротора в случае выплав­

се турбины. Этим значительно облегчается центровка ротора, так как вкладыши после расточки не нужно пришабривать по месту. Кроме того, при просадке ротора в процессе эксплуатации турбины возможно восстановить его положение за счет радиального перемещения вкла­

никах в стуле и крышке необходимо вытачивать сферическую поверх­ ность и подгонять по сферам вкладыши. Эта операция трудоемка, по-

74

этому в современных турбинах чаще применяют регулируемые само­ устанавливающиеся подшипники, у которых сферическая поверхность сухарей входит в сферу, выточенную в кольцевой обойме (рис. 66). Эта обойма состоит из двух по­ ловин и привертывается к ци­ линдрической поверхности стула и крышки.

на обойму 7. Обойма, в свою очередь, состоит из двух половин, которые крепятся к цилиндрической расточке стула и к крышке винтами 4.

Рис. 66. Подшипник турбин Кировского завода

Верхний и нижний вкладыши подшипника соединены между собой четырьмя шпильками и гайками 9. Точная установка (центровка) вкладышей относительно друг друга обеспечивается замком 5 и двумя направляющими штифтами (на рисунке не показаны). От проворачива­ ния вкладыши удерживаются вставленным в нижний вкладыш штиф-

75

том 10, помещенным в вырезе нижней обоймы с зазором и допускающим поэтому поворот вкладыша в обойме.

Масло подводится через каналы 3 и 2, растекается в обоих направ­ лениях по шейке вала и стекает в картер стула, откуда поступает уже

всточную цистерну.

§21. УПОРНЫЕ ПОДШИПНИКИ

Общие сведения. Судовой турбоагрегат имеет главный и установочные упорные подшипники.

Главный упорный подшипник, расположенный на валопроводе с кормовой или, реже, с носовой стороны зубчатого колеса редуктора, воспринимает на себя упорное давление гребных винтов, передавая его через фундамент корпусу судна. Установочные упорные подшип­ ники помещаются в каждом корпусе турбины (ТВД, ТСД, ТНД) обычно со стороны впуска пара — у переднего конца вала в корпус переднего подшипника.

• Установочный подшипник (в дальнейшем его будем называть просто упорным подшипником) предназначен для удержания вращающегося ротора в заданном осевом положении относительно корпуса и фиксиро­

и повреждение вала ротора. Поэтому основ­

ваны вместе с ротором, или съемные. По обе стороны гребня 3 распо­

и при его вращении прогоняется через зазоры между гребнем и подуш­ ками. При входе в зазоры масло наклоняет подушки под некоторым углом, образуя масляный клин 1; при этом осевые усилия, испытывае­ мые ротором, передаются подушкам и далее корпусу турбины.

Расположение упорных подушек по обеим сторонам гребня обеспе­ чивает неизменное осевое положение ротора при изменении иаправле-

76

ния вращения. Вывод масла из упорного подшипника производят сверху, чтобы подшипник всегда был заполнен маслом.

Упорные гребни отковывают из мягкой углеродистой стали марок Ст. 15 или Ст. 20 с последующей цементацией и закалкой для обеспе­ чения высокой поверхностной твердости и необходимой вязкости.

Упорные подушки изготавливают из фосфористой бронзы или мар­ ганцовистой латуни и обычно заливают баббитом Б-83. Толщина слоя баббита (1,2—2 мм) должна быть меньше осевых зазоров в проточной

Упорный гребень 4 (с цементированными рабочими поверхностями) насажен на вал на шпонке и закреплен гайкой 3. По обе стороны греб­

рез такого подшипника конструкции Кировского завода; на рис. 69, б— развертка части средней окружности по упорным подшипникам.

Все детали подшипника смонтированы по обе части упорного гребня в общем корпусе 11 с торцевой крышкой 8. Корпус, имеющий горизон­ тальный разъем, установлен в цилиндрическую расточку стула.

77

Упорный гребень откован вместе с валом ротора. По обе стороны гребня расположены упорные подушки 13, изготовленные из бронзы и залитые баббитом Б-83. Подушки имеют опоры 12, шаровую поверх­ ность которых цементируют и закаливают. Упорные подушки своими опорами лежат на нажимных башмаках 15, выступы которых опирают­ ся на выступы балансирных башмаков 5. Балансирные башмаки, в свою очередь, опираются на шаровую поверхность упоров 3.

Упорные подушки 13 заходят в соответствующие расточки обойм 10 и фиксируются в радиальном направлении. От выпадания их удер­ живают винты, входящие в подушки с зазором, а от проворачивания — выступы, входящие в пазы обоймы.

Сферические опоры 12, башмаки 15 и 5 помещены в других расточ­ ках обоймы 10. Обоймы удерживают от проворачивания шпонками 6. Упоры 3 фиксируются в осевом направлении установочным кольцом 1 и корпусом 11, в радиальном — крышкой обоймы 2, а от проворачи­ вания удерживаются шпонкой 4.

Достоинство этого упорного подшипникапо сравнению с рассмот­ ренными ранее заключается в том, что он обеспечивает равномерное распределение давления на все подушки, чем исключается возможность повреждения трущихся поверхностей подушек и гребня. Кроме того, он допускает меньшую точность при изготовлении упорных подушек и при сборке.

Допустим, что какая-либо упорная подушка 13 в некоторый момент времени получила большую нагрузку, чем другие. Под действием возросшей нагрузки эта подушка отойдет от упорного гребня и надавит через нажимной башмак 15 на два балансирных башмака 5. Последние повернутся в опорах и своими противопо­ ложными плечами через соседние нажимные башмаки прижмут к гребню две смеж­

Правильное осевое положение ротора в корпусе достигают подбором прокладочных колец 16 и 17 разной толщины. По мере износа баббита подушек увеличивается масляный зазор в подшипнике и изменяются осевые зазоры в проточной части турбины. Восстановить масляные за­ зоры, а следовательно, и положение ротора можно без перезаливки подушек — путем изменения установочных колец /.

Масло к подшипнику подводится по сверлению 9 в корпусе и через пазы в крышках обойм в полости, образуемые внутренними поверх­ ностями обойм и валом турбины. Далее масло поступает с обеих сторон в кольцевой зазор между упорным гребнем и подушками. Из кольце­ вого зазора масло под напором действием центробежных сил поступает на трущиеся поверхности упорных подушек. Слив масла происходит в верхней половине корпуса подшипника из отверстий по обе стороны упорного гребня.

Для предотвращения утечки масла вдоль вала поставлены бронзо­ вые уплотнительные самоустанавливающиеся кольца 7, состоящие из

79