Файл: Казанский, В. Н. Системы смазки паровых турбин.pdf

Если бы не было суживающего масляного клина (при параллельности поверхностей Н и D — на рис. 1-1,а), не было бы и надобности в образовании градиентов давле­ ния и вызываемого ими искажения профиля скоростей. Давление масла между плоскостями оставалось бы по­ стоянным, равным окружающему давлению среды: плоскость Н не могла бы нести никакой нагрузки. Таким образом, наличие суживающего зазора между поверх­ ностями приводит к самопроизвольному появлению не­ сущей способности масляного клина без приложения внешнего давления. В некоторых случаях подшипник с параллельными поверхностями скольжения может все же нести нагрузку. Так происходит при нагреве масла, протекающего через постоянный зазор. Объем вытека­ ющего нагретого масла должен быть равен объему по­ ступающего холодного, что возможно лишь при возник­ новении градиентов давления, ограничивающих приток и усиливающих истечение масла из щели, как это про­ исходит и в нормальном клиновом подшипнике. Этот эффект называется «тепловым клином» [Л. 72, 105].

При гидростатической смазке необходимый градиент давления в зазоре создается путем подачи масла от на­ соса высокого давления. В зазоре возникает течение Пуазейля с параболическим профилем скоростей. Отно­ сительное движение одной из сопряженных поверхностей становится необязательным. Жидкая масляная прослой­ ка будет существовать даже при невращающемся вале

[Л. 105].

В тонком смазочном слое подшипника при невысо­ ких скоростях скольжения устанавливается, как прави­ ло, ламинарное течение масла. В мощных паровых тур­ бинах (300 МВт и более) роторы вынуждены переда­ вать огромные крутящие моменты, вследствие чего возникла необходимость применять опорные подшипни­ ки с весьма большими диаметрами расточек вкладышей (420—600 мм и более). Окружные скорости шеек валов при этом достигают 66—94 м/с (при частоте вращения вала 3 000 мин-1) . В таких крупногабаритных подшип­ никах в смазочном слое возникает турбулентный режим течения масла.

Процесс возникновения турбулентности может быть представлен следующим образом. При относительно не­ большой скорости вращения вала частицы масла имеют круговую траекторию. С увеличением этой скорости

16

слой Масла, находящиеся вблизи шейки вала, начинают перемещаться к расточке вкладыша под действием цен­ тробежных сил, и при определенном числе Рейнольдса в масляном слое возникают правильно чередующиеся вихри с левым и правым вращением и с осями, парал­ лельными направлению окружной скорости вала. Такую картину впервые наблюдал Тейлор [Л. 72] при изучении движения жидкости между двумя концентрическими цилиндрами, из которых внутренний вращался. Им же теоретически исследовано условие возникновения таких вихрей и получено совпадение теории с экспериментом. Это условие может быть представлено в таком виде:

этому появление турбулентности следовало бы ожидать при Re—830. Однако более поздние эксперименты дали основание сделать вывод о том, что нарушение ламинарности задерживается из-за эксцентричного расположе­

с цилиндрической расточкой, установили, что критиче­ ское число Re, подсчитанное по кинематической вязко­ сти масла при температуре на выходе его из подшип­ ника, оказалось равным 1 300. Испытания крупногаба­ ритных подшипников на стенде УралВТИ показали, что критическое число Re, определенное по среднеинтеграль­ ной вязкости смазочного слоя, равно 2 000. Следует подчеркнуть, что для довольно большой области чи­ сел Re, превышающих значения, вычисленные по фор­ муле (1-2), вихри остаются устойчивыми и течение сохраняется ламинарным. При Re>2 000 в подшипнике лишь нарушается ламинарный режим течения масла и наступает переходный, а развитая турбулентность появ­ ляется, по-видимому, при значительно^бшшдщх—ч-и&

1-2. ОПОРНЫЕ ПОДШИПНИКИ

а] Конструкции опорных подшипников

Опорный подшипник состоит из корпуса (картера), вкладыша и крышки. Корпус устанавливается отдельно1 от цилиндра турбины и, кроме того, нередко отгоражи­ вается тепловыми экранами. Вкладыш подшипника со­ стоит из двух половин, скрепленных по разъему болтами. Внутренняя поверхность вкладыша заливается бабби­ том и расточивается. Известно большое количество типов расточек вкладышей (рис. 1-2). Наиболее часто применяют цилиндрическую и овальную (двухцентро? вую) расточки, реже — трехклиновую, четырехклиновую, спиральную и др. Цилиндрическая расточка является наипростейшей, но она не всегда обеспечивает надле­ жащую виброустойчивость шейки вала на масляной пленке |[Л. 72, 130]. При овальной расточке в верхнем вкладыше образуется дополнительный масляный клин, отжимающий вал к нижнему вкладышу: возникшая вибрация вала будет гаситься за счет демпфирующих свойств обоих клиньев. При многоклиновой расточке образуется ряд масляных клиньев, нагружающих вал со всех сторон, что повышает устойчивость шипа на масляной пленке.

Опорный подшипник характеризуется следующими геометрическими размерами: диаметром вала D, диа­ метром расточки вкладыша Do, длиной опорной части /, диаметральным вертикальным 2бв и боковым 2бг. зазо­ рами, толщиной прокладки 2Д, устанавливаемой в разъе­ ме вкладыша при расточке овального подшипника (рис. 1-3); кроме того, задаются безразмерные харак­ теристики: относительная длина опорной части вклады­ ша IjD, относительный вертикальный — 26B/D и боко­ вой (горизонтальней) фг=2бг/П зазоры, коэффициент формы расточки вкладыша

Зазоры в подшипниках в большинстве случаев вы­ бираются исходя из того, чтобы обеспечить расход мас­ ла, достаточный для отвода тепла при сравнительно

1 Со стороны выхлопной части ЦНД конденсационных турбин корпус подшипника устанавливается заодно с цилиндром.

18

небольшом нагреве. В некоторых подшипниках верти­ кальный зазор ограничивается условием устойчивости масляной пленки. Для турбинных подшипников с цилин­ дрической расточкой вкладыша принимают ч|)в = 0,0013 =

Й-Й

Рис. 1-2. Типы опорных вкладышей,

а — с цилиндрической расточкой; б —с верхней канавкой; в —с верхним усту­

0,8 для обычных и 0,5—0,6 для крупногабаритных под­ шипников, работающих в режиме турбулентной смазки

{Л. 169].

Процесс, протекающий в подшипнике при оптимальных усло­ виях жидкостного трения, можно проиллюстрировать следующим

Рис. 1-3. Положение центра шипа в расточке опорного вкладыша.

а — положение неподвижного шипа; б — всплытие шипа в цилиндрической рас­ точке вкладыша; в — схема обработки овального вкладыша; г — соотношение между углами и эксцентриситетами в овальном вкладыше; д — кривые равно­ весных положений центра шипа. Расточка вкладыша: 1—4 — овальная; 5 —ци­ линдрическая; 6, 7 —ступенчатая (рис. 1-2,е); J/D-1. Коэффициент формы рас­ точки т: i — 0,85; 2 — 0,75; 3 — 2/3; 4 — 0.55; 5 — 0; 5 — 0,8; 7 — 2/3; 8 — полу­

окружность.

go

верхний зазор может не заполниться маслом, и охла­ ждение шейки вала будет недостаточным. Если требу­ ется интенсивное охлаждение шейки вала, такой подвод масла не желателен. При подводе со стороны выхода из масляного клина (точка В, рис. 1-2,в, г) масло из канав­ ки вначале поступает в верхнюю половину вкладыша, охлаждает шейку вала и затем затягивается в клино­ видный зазор в нижней половине вкладыша. Для уве­ личения расхода масла во вкладышах делается развал Р, т. е. плавный переход от канавки к рабочей поверхно­ сти, который не доходит до торцов вкладыша и поэтому не увеличивает слив масла в осевых направлениях. С диаметрально противоположной стороны вкладыша тоже делается развал для улучшения условий питания масляного клина.

Для увеличения потока масла через верхний вкла­ дыш с целью интенсивного охлаждения шейки вала иногда делают маслораздаточную полукруглую канав­ ку К (рис. 1-2,6), проходящую посредине верхнего вкладыша. Однако эта канавка снижает эффективность верхнего масляного клина в подшипниках с овальной и многоклиновой расточками, поэтому в ряде случаев, главным образом с целью повышения устойчивости вала на масляной пленке, отказываются от ее применения (Л. 21, 22]. Тогда масло подводится к вкладышу по внутренним каналам к началу образования каждого клина (рис. 1-2,г—е).

б) Рабочие характеристики опорных подшипников

Для установившегося режима работы подшипника внеш­ няя нагрузка уравновешивается гидродинамическими силами. Несущая способность (грузоподъемность) под­ шипника может быть найдена из выражения

где q=P/Dl — условная удельная нагрузка; со— частота

22