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

Вала нередко применяют полукруглую маслораздаточ­ ную канавку, расположенную в верхнем вкладыше. Общий характер изменения расхода масла в зависи­ мости от относительных размеров канавки показан на рис. 1-8,г.

При испытаниях подшипников не раз отмечали несоответствие между фактическим и теоретически подсчитанным расходами масла через рабочую зону, которое можно объяснить наличием прочно прилипшей к валу масляной пленки, уменьшающей «пропускную способность» смазочного зазора, особенно если вал холодный и прилегающие к нему адгезионные слои масла имеют повышенную вязкость ]Л. 95]. Из-за налипшего слоя масла также возрастают градиенты скоростей и соответственно потери мощности на трение и температура баббитовой заливки.

Если принять, что за счет тепла, выделившегося в подшипнике при трении слоев масла, происходит на­ грев только масла, то максимальная температура сма­ зочного слоя может быть подсчитана по формуле [Л. 128]

где 11 — температура подводимого к подшипнику масла;

р, с — плотность и удельная теплоемкость масла; Фт — безразмерный температурный коэффициент, зависящий для данного типа подшипника от относительного эксцен­ триситета %и отношения I/O. Числовые значения Фт для некоторых подшипников приведены в приложении 1.

Значительные температуры в тонком масляном слое (60—90 °С и выше) способствуют теплообмену между слоем масла и поверхностями скольжения вкладыша и вала. Испытаниями установлено, что при отсутствии перекоса шейки вала температура баббита вдоль вкла­ дыша изменяется незначительно (2—5°С) (рис. 1-4,6). По окружности же вкладыша температура изменяется очень резко (рис. 1-4,а). 43 рабочей зоне происходит постепенное повышение температуры практически по линейному закону [Л. 95]. Рост температуры резко за­ медляется в сечении, близком к сечению с минимальной толщиной смазочного слоя (точка п на рис. 1-4,а). Максимальная температура возникает в точке т, распо­ ложенной непосредственно за сечением с минимальной толщиной пленки. Пленка обрывается в месте резкого падения температуры (точка Б на рис. 1-4,а) в связи с нарушением сплошности масляного слоя.

30

Ввакуумных зонах (БВ, ГД на рис. 1-4,а) нерабо­ чей части вкладыша отсутствуют торцевые утечки масла, хотя приток тепла имеется. Это приводит к заметному повышению температуры масла и баббитовой заливки.

Вподшипниках с овальной расточкой вкладышей при малых значениях коэффициента нагруженности Фн, возможных при повышенной частоте вращения вала и возросшей динамической вязкости масла ц (холодное масло перед подшипником, наличие воды в масле, при­ менение более вязких огнестойких масел), при малых удельных нагрузках на шип q и заниженных относи­ тельных зазорах фг (коэффициенты формы расточки т завышены), из-за большого всплытия шейки вала мак­ симальная температура баббитовой заливки верхнего вкладыша (точка s на рис. 1-4,а) нередко оказывается

ников оказывает перенос тепла от горячих поверхностей турбины. Однако основными причинами повышения тем­ пературы являются режимные факторы самого подшип­ ника: уменьшение расхода масла, изменение нагрузки (например, из-за расцентровки агрегата вследствие теп­ лового удлинения фундаментных колонн и перераспре­ деления нагрузки по опорам или из-за появления не­ симметричного парового усилия на регулирующей сту­ пени при неравномерном и непараллельном открытии регулирующих клапанов), снижение вязкости подводи­ мого масла, увеличение частоты вращения и окружной

(рис. 1-7), что при одинаковой частоте вращения вала температура подшипника несколько увеличивается своз-, растанием диаметра шейки вала. Это противоречие сле­ дует объяснить тем, что в формуле (1-9) не учитывается отводимое через металл вкладыша тепло, доля которого уменьшается с повышением окружной скорости шейки вала.

При увеличении вибрации роторов возникает дина­

31

та (до 130 °С) при возникновении и развитии низко­ частотной вибрации [Л. 22, 169].

Для контроля за работой подшипников измеряются температура масла ti на входе в каждый вкладыш (ча­ ще всего измеряется общая температура за маслоохла­ дителем), температура баббита в нижней и верхней половине вкладышей в зоне максимального нагрева, температура масла на выходе из подшипника t2- Обычно температура ^ = 35-ь45 °С; более холодное масло вызы­ вает неустойчивую работу подшипника. Предельно до­ пустимая температура масла на сливе из корпуса под­ шипника '/2 = 70°С.

Действующими инструкциями по эксплуатации тур­ бин установлена предельная температура баббитовой заливки вкладышей 90 °С. Наиболее вероятное предель­

расположение точек с максималь­ ной температурой баббита и мак­ симальным давлением в смазочном слое зависит от рас­

хода масла. Уменьшение расхода масла приводит

32

к смещению точки приложения максимального давления по направлению вращения вала, точка же максимальной температуры баббита перемещается в противополож­ ную сторону; при этом точка с максимальным давлением располагается всегда ближе точки максимальной тем­ пературы баббита (рис. 1-9 и табл. 1-1). Все это про-

исходит вследствие изменений граничных условий, касающихся величины несущей зоны подшипника.

Перекос шейки вала относительно вкладыша суще­ ственно сказывается на распределении гидродинамиче­ ских давлений (рис. 1-4,6). Зона высших давлений концентрируется в месте сужения зазора, и вкладыш фактически работает меньшей поверхностью, упо­ добляясь более короткому вкладышу [Л. 72, 95]: мини­ мальная толщина пленки снижается, температура у кромки вкладыша вблизи минимального зазора воз­ растает1, в отдельных случаях пленка может быть вооб­ ще нарушена, и работа подшипника будет сопровождать­ ся патирами, повышенным нагревом баббита и вибра­ цией. Чем меньше величина минимального зазора, тем меньше проходит через него масла и тем больше оно нагревается и окисляется.

Минимальная толщина смазочного слоя в подшипни­ ке hmm характеризует надежность работы опор скольже­ ния. При режиме гидродинамической смазки сопряжен­ ные поверхности шипа и подшипника никогда не долж­ ны касаться даже при значительной величине шерохова­

1 В подшипниках, работающих в переходном режиме от лами­ нарной смазки к турбулентной, снижение толщины пленки может привести к уменьшению температуры баббита.

3 -5 0 1 33

тостей. Устойчивая работа подшипника в режиме жидкостной смазки будет соблюдаться при условии

[Л. 122]

но перекос, прогиб упругой линии вала на длине под­ шипника, искажение геометрии шипа и вкладыша (конусность, эллиптичность, бочкообразность, корсетность), вибрацию вала, уменьшение зазоров в зависи­ мости от теплового расширения вала и др.

По данным (Л. 74], при рабочей частоте вращения

(1-10) выполнялось при возможно низком числе оборо­ тов во избежание износа подшипника при развороте турбины. Соблюдение этого требования ведет к получе­

ли, что минимальная толщина смазочного слоя превосходит вели­ чину 80—-100 мкм |Л. 56, 57, 59], хотя ряд подшипников в условиях реальной эксплуатации паровых турбин работает и с меньшими тол­ щинами пленки. Недостаточная толщина пленки нежелательна, од­ нако и излишне толстая пленка может создать определенные труд­ ности: шип может оказаться в такой зоне смазочного слоя, в ко­ торой возникают автоколебания системы; большое всплытие шипа может вызвать повышенный нагрев баббитовой заливки верхнего вкладыша; при повышенной толщине пленки с большей вероятно­ стью возникает режим турбулентного движения масла.

Согласно формуле (1-4) при заданных зазорах в подшипнике 6Г, 6ц величина минимальной толщины масляной пленки ЛМин опре­ деляется только относительным эксцентриситетом %, который в свою очередь зависит от коэффициента нагруженности Фн■ Таким об­ разом, воздействуя на величины, входящие в состав безразмерного комплекса Фн, можно управлять величиной /гМЖн. Например, при внедрении крупногабаритных подшипников на турбинах большой мощности часто встречаются с трудностями при налаживании теп­ лового режима вкладышей. В ряде случаев подшипники, первона­

эффициент нагруженности Фн, а толщина пленки Амин, число Re И потери мощности N «а трение снижались (Л. 169],

34