Файл: Стеклов, М. Л. Горизонтальные гидравлические турбины. Конструкция и расчет.pdf

обработки шейки вала. В отечественных кострукциях применяется баббит марки Б83, а шейка вала обрабатывается не ниже вось­ мого класса чистоты.

Смазка подшипников осуществляется подачей в них масла, которое создает между валом и вкладышем во время вращения агрегата тонкий слой — масляную пленку, обеспечивающую устойчивую работу подшипников. Особенно важна быстрота, с которой эта пленка создается, так как в начале вращения и при остановке агрегата скорость вращения мала, и может иметь место сухое трение. Тогда-то и играют роль качество обработки шейки вала и антифрикционные качества баббита. На некоторых установках в этих случаях применяют подачу в подшипник в мо­

Однако опыт эксплуатации агрегатов на других ГЭС, где нет такой подачи масла, показывает, что в этом нет необходимости.

Удовлетворительно работают подшипники разной конструк­ ции: с кольцевым и с сегментными вкладышами. Подшипники с сегментными вкладышами легче монтировать, демонтировать, пришабривать и перешабривать. Кроме того, сегментные подшип­ ники можно устанавливать на такие нагрузки, которые для под­ шипников с кольцевыми вкладышами недопустимы.

Расчетные удельные нагрузки на кольцевые вкладыши в из­ вестных конструкциях не превышают 15— 16 кгс/см2. На сегмент­ ных они уже превосходят 30 кгс/см2. А фактически, поскольку при монтаже невозможно точно распределить нагрузки между сегментами, они достигают на некоторых установках 40 кгс/см2.

40 кгс/см2 (как это сделано, например, на турбинах Череповец­ кой ГЭС) нецелесообразна, так как большая площадь вышабривания недопустима из-за уменьшения опорной площади вкладыша, а малая не создает при таком давлении сколько-нибудь существен­ ного подъемного усилия.

Конструкция опорных подшипников турбины

Подшипник с кольцевым вкладышем. Один из таких подшип­ ников [26] установлен на турбинах Киевской и Каневской ГЭС на нагрузку 80 тс (рис. V. 12). Другой вид подшипника с кольце­ вым вкладышем установлен на турбинах Череповецкой ГЭС (рис. V.13) также на нагрузку 80 тс.

Корпус подшипника из двух частей с горизонтальным разъ­ емом выполнен с кольцевым фланцем, которым он закрепляется на опорном конусе турбины. Внутренняя поверхность корпуса сфе­ рическая. На нее устанавливается вкладыш на четырех сфериче­ ских подушках, которые делают подшипник самоустанавливающимся.

121

975

Рис. V. 12. Подшипник турбин Киевской и Каневской ГЭС:

1 — вкладыш с баббитовой заливкой из двух половин; 2 — клиновой замок (только в верхней половине); з — подушки; 4 — обойма

(только в нижней половине)

Рис. V .13. Подшипник с кольцевым вкладышем турбин Череповец­ кой ГЭС:

1 — опорный конус; 2 — корпус; 3 — сферическая подушка; 4 — вкладыш; 5 — аварийное уплотнение; 6 — шпонка

122

Сфера верхней половины корпуса имеет поперечный разъем, совпадающий с вертикальной осью сферы подшипника. При демон­ таже или установке подшипника часть сферы корпуса в зоне верхней подушки легко снимается в сторону верхнего бьефа, после чего может быть снята верхняя часть вкладыша. Нижняя часть вкладыша после освобождения его от нагрузки ротора выкатывается в верхнюю половину корпуса и также снимается. Подушки установлены во вкладыше в специальных расточках, а от проворота вместе с валом вкладыш удерживается шпонкой, установленной между одной из подушек и корпусом. Центровка подшипника производится мерными прокладками, устанавли­ ваемыми под подушки.

Подача масла предусматривается сбоку, несколько выше разъ­ ема корпуса и вкладыша. Отвод масла осуществляется трубой большего диаметра (dy = 100 мм), чем подвод (dy = 50 мм)

итруба эта расположена внизу корпуса.

Всередине нижней части вкладыша в баббите вышабрено небольшое углубление, в которое при пусках и остановках агрегата подается масло из котла МНУ под давлением 25 кгс/см2. При нормальной работе клапан подачи масла закрыт.

Корпус подшипника защищен от утечек масла по валу со стороны нижнего бьефа специальным буртиком на валу. Этот же буртик используется для установки прижимаемого к нему кон­ тактного уплотнения, препятствующего протеканию воды в кор­ пус подшипника. Уплотнение представляет собой кольцевой сталь­ ной поршень с баббитовой заливкой, установленный в кольце­ вом же цилиндре. Пружины, упирающиеся с одной стороны в этот цилиндр, а с другой — в поршень, при нормальной работе при­ жимают последний к буртику, не допуская протечек воды. В слу­ чае больших протечек воды через уплотнение турбины и заполне­

ния водой пространства перед подшипником дается импульс на остановку агрегата и затем подается в уплотнение давление масла от котла МНУ, которое плотно прижимает кольцевой пор­ шень к буртику вала.

Температурный контроль подшипника осуществляется термо­ сигнализаторами и термосопротивлениями.

Однорядный сегментный подшипник. Такую конструкцию имеет задний подшипник турбины с выходным статором Саратовской ГЭС (рис. V.14). Расчетная нагрузка подшипника 65 тс. Литой корпус подшипника с разъемом по горизонтали установлен в коль­ цевом фланце опорного цилиндра на трех цилиндрических опорных подушках и закреплен на этом фланце болтами и штифтами с по­ мощью трех лап. Подушки устанавливаются на прокладках, кото­ рыми регулируют положение оси подшипника. В корпусе распо­ лагается шесть сегментов: четыре в нижней половине, два — в верхней. Каждый из них установлен между двумя упорами с та­ ким расчетом, чтобы во время работы турбины сегмент был прижат к упору по вращению, а с другой его стороны между упором и

123

Рис. V.15. Двухрядный сегментный подшипник (турбина с консольным рабочим колесом Саратовской ГЭС):

1 — корпус подшипника; 2 — сегменты; 3 — упоры; 4 — винт установочный; 5 — пята шаровая; 6 — пята цилиндрическая; 7 — балансир; 8 — кольцо лабиринтное; 9 — упор­

ный винт

124

сегментом был зазор 1—2 мм. Этот зазор регулируется болтами с шаровой головкой, ввернутыми в боковые торцы сегментов.

В специальные выточки в сегментах вставлены каленые шаро­ вые пяты, а в выточки в корпусе •—• каленые пластины.

Опирание сегментов происходит через эти шаровые пяты на пластины и подшипник, что обеспечивает самоустанавливаемость сегментов подшипника во время работы.

Вал нагружает сегменты неодинаково: два сегмента, располо­ женные внизу, практически воспринимают всю нагрузку, по­ скольку два боковых устанавливаются с зазором 0,05—0,07 мм. Два верхних сегмента устанавливаются с зазором до 0,3 мм с уче­ том всплытия вала на масляной пленке и его теплового расши­ рения.

Боковые сегменты, как показали исследования, восприни­ мают 15—20% от всей нагрузки на подшипник.

С обоих торцов подшипник закрывается крышками. Крышка со стороны верхнего бьефа представляет одновременно аварий­ ное уплотняющее устройство. Она отделяет подшипник от полости за задним уплотнением турбины. Крышка со стороны нижнего бьефа отделяет подшипник от внутренней части выходного ста­ тора. К ней крепится корпус маслоприемника.

На обеих крышках по окружностям, охватывающим вал, выполнен ряд латунных кольцевых гребней. Эти гребни являются лабиринтным уплотнением ванны подшипника.

В каждом сегменте со стороны нижнего бьефа установлено по две пружины, которые, упираясь в крышку, создают упругую устойчивость сегментов от перемещения вместе с ротором турбины.

Как и в предыдущем подшипнике, здесь тепловой контроль сегментов производится с помощью термосопротивлений и термо­ сигнализаторов. Масло для смазки подшипника подается в верх­ ней точке корпуса и отводится в нижней его точке. Отводящая труба выполнена в виде петли, и в ванне подшипника создается, таким образом, постоянный уровень масла, который позволяет подшипнику короткий срок работать и после прекращения по­ дачи масла.

Контроль расхода масла осуществляется поплавковым реле, контролирующим перелив масла через верхнюю точку петли отводящей трубы.

Двухрядный сегментный подшипник. Конструкция такого под­ шипника, рассчитанного на нагрузку 220 тс при диаметре вала 1200 мм, показана на рис. V. 15. Аналогичный по устройству двух­ рядный сегментный подшипник установлен тоже на агрегате Саратовской ГЭС, где подшипников четыре и рабочее колесо не консольное, а опирается на подшипник, расположенный в выход­ ном статоре.

Впервые подшипник такой конструкции был предложен для синхронного компенсатора Чагинской подстанции в Москве на нагрузку 40 тс при диаметре вала 400 мм [19], однако в этом

125

подшипнике был заложен весьма перспективный принцип, лег­ ший в основу конструкции подшипника крупной гидротурбины.

Корпус подшипника состоит из двух частей с горизонтальным разъемом по фланцам с болтовым соединением. Нижняя часть—- литая с лапами для закрепления на массивном основании опор­ ного конуса турбины (рис. V.16); верхняя часть корпуса — сварная.

В нижней части корпуса имеются пазы в направлении оси турбины, в которых установлены балансиры (см. рис. V.15), выполненные в виде брусьев равного сопротивления. На краях балансиров попарно располагаются восемь сегментов — вклады-

Рис. V. 16. Установка двухрядного сегментного подшипника:

1 — подвод масла; 2 — отвод масла; 3 — реле поплавковое; 4 — силуминовый корпус крышки; 5 — отвод протечек; 6 — опорный конус; 7 — крепление подшипника

шей, а два верхних сегмента закрепляются неподвижно в верхней части корпуса. Балансиры опираются на корпус через цилиндри­ ческие пяты, закаленные до нужной твердости и испытанные на заводе на повышенную нагрузку, а сегменты передают нагрузку на балансиры через шаровые пяты, также закаленные и испытанные на заводе. Шаровые и цилиндрические пяты изготавливаются из стали марки ХВГ и закаляются до твердости Rc = 48-J-52. Этими пятами обеспечивается самоустановка подшипника и совпадение его оси с осью вала.

Каждый ряд сегментов воспринимает только половину нагрузки на подшипник, что позволяет выполнять сегменты сравнительно небольших размеров, сохраняя удельное давление в допустимых пределах. Сегменты опираются на шаровые пяты не посередине своей ширины, а со сдвигом на 20 мм в направлении вращения. Такой эксцентриситет создает лучшие условия смазки благодаря масляному клину, нагнетаемому вращающимся валом между валом и сегментом. Размер шейки вала на несколько десятых долей миллиметра меньше расточки сегментов. Этим достигается

126

Гарантированный зазор в верхней части подшипника. Благодаря этому зазору при нагреве вала или при его подъеме на толщину масляной пленки не происходит защемления вала.

Между каждой парой сегментов радиально установлены упоры, препятствующие сдвигу сегментов в сторону вращения. Усилие от сегмента упору передается через винт, ввернутый в сегмент. Винт выполнен с шаровой головкой, чтобы не препятствовать провороту сегмента на опоре. Такие винты установлены с обеих сторон сегмента. Поворачивая винты, можно регулировать зазор между сегментом и упором, который обычно принимается 1—2 мм. Для предотвращения сдвига сегментов вдоль вала при перемеще­ ниях его от осевой силы потока со стороны верхнего и нижнего бьефов предусмотрены упоры в корпусах уплотнений ванны под­ шипника. Один из них со стороны верхнего бьефа — пружинный. Он смягчает сопротивление сдвигу.

Грубая регулировка подшипника при монтаже достигается подкладыванием мерных прокладок под лапы корпуса; точная регулировка, выбор положения сегментов для равномерности восприятия нагрузки — установкой прокладок под шаровые пяты по показаниям прибора при тензометрировании. Кроме того, при монтаже две нижние пары сегментов устанавливаются по валу с нулевым зазором, а боковые пары сегментов — с зазором 0,05— 0,07 мм.

Масло подводится в подшипник сверху (рис. V .16), а отво­ дится снизу, как и в других подшипниках, по трубе, которая вне подшипника выполнена в виде петли. Это позволяет создать постоянный уровень масла в подшипнике несколько ниже гори­ зонтальной оси и обеспечить надежную смазку на короткое время (ибо в дальнейшем масло начнет быстро нагреваться) даже в слу­ чае внезапного прекращения подачи масла.

Контроль работы подшипника осуществляется с помощью поплавковых реле, настроенных на показания уровня масла на вершине петли, т. е. на показания расхода масла, и температур­ ных реле — термосопротивлений и термосигнализаторов, показы­ вающих температуру баббита сегментов и настроенных на подачу сигнала при повышении температуры до 55° С и на остановку турбины при температуре 65° С.

Уплотнение ванны подшипника осуществляется рядом латун­

монтировать и демонтировать внутри опорного конуса турбины без его разборки.

Латунные кольца устанавливаются с минимальным зазором по валу или почти без зазора из предположения, что зазор уста­ новится в процессе вращения вала. От сборников масла этих уплотнений предусмотрен отвод протечек в общий слив.

В опорных подшипниках нагруженная часть поверхности по дуге составляет обычно около 120°. На малых подшипниках на

127

этом участке по дуге устанавливается два сегмента; на крупных подшипниках такие сегменты были бы велики и тяжелы, поэтому их число удваивают.

По некоторым данным [19] оптимальное значение размеров сегментов составляет а = b где b — ширина сегмента (вдоль вала), а — его длина. Однако там, где по конструктивным причи­ нам это условие выполнить не удается, можно принять а = = (0,8 — 0,6)6.

Масляный слой в подшипнике создается в виде клина, кото­ рый возникает как результат взаимодействия между парой сил: равнодействующей гидродинамического давления масла между валом и сегментом и реакцией опоры самого сегмента (рис. V. 17).

Момент этой пары сил стремится отклонить входную кромку сегмента от вала и в образующемся клине получается масляный слой, способный нести нагрузку. Если с достаточной точностью приближения принять, что Рмлежит посередине сегмента, на а/2, то опору сегмента сдвигают в сторону вращения вала на угол 2,5— 3°, или для валов диаметром 900— 1200 мм на величину —20 мм.

Допускаемое удельное давление принимается в пределах 30— 35 кгс/см2; расчет удельного давления производится либо по пло­ щади проекции поверхности каждого сегмента на горизонтальную плоскость, либо по полной площади четырех нижних сегментов (из восьми). Последнее предпочтительнее, так как при этом полу­ чается несколько большее расчетное значение удельного давления, которое пойдет в запас. В обоих случаях из площади сегментов следует вычитать половину площади входного скоса на сегмен­ тах (рис. V. 18).

Толщина сегментов принимается не менее (0,3н-0,4)а. На­ грузка Р, удерживаемая на клиновом масляном слое между валом

Преобразуя выражение (V.51), определяем минимальную тол­ щину масляного слоя

В подшипниках, где имеется восемь грузонесущих сегментов, четыре боковых сегмента, как показывают опыты, несут не более

128