Файл: Жаров, А. П. Предупреждение аварий подшипников паровых турбин.pdf

прекращалось нормальное маслоснабжение подшипника и включалось дистанционное управление закрытием дроссельного клапана привод­ ной турбинки, обеспечивающее замедление скорости вращения вала стенда, подобное выбегу ротора турбоагрегата средней мощности. Регистрация всех контролируемых параметров производилась на ленты самопишущих приборов.

В каждом опыте при переходе на уменьшенную подачу смазки наблюдались определенные характерные изменения режима работы смазочного слоя опытного подшипника. Так, температура смазочного, слоя резко повышалась пропорционально степени уменьшения подачи смазки. Претерпевала также изменения и эпюра давлений в несущем слое.' Значительное уменьшение подачи масла приводило к сокраще­ нию протяженности несущего слоя по углу охвата шейки с соот­ ветствующим повышением в нем давления (см. рис. 6). При высокой угловой скорости возникали сильная пульсация давлений масла в несущем слое и вибрация вала. По мере снижения скорости вра­ щения вала до 1700— 1600 об/мин эпюра давлений в несущем слое полностью восстанавливалась, работа подшипника в оставшейся ча­ сти выбега отличалась от соответствующего режима работы при обильной смазке только более высоким уровнем температуры сма­ зочного слоя.

Возникавшие при высокой угловой скорости колебания стендо­ вого вала, как отмечалось выше, несколько облегчали условия ра­ боты подшипника при ограниченной смазке. Поэтому результаты опытов, проведенных с целью определения минимально возможной величины резервного объема масла, отличаются от тех, которые мог­ ли быть получены в реальных условиях. В этом отношении досто­ верными являются данные, соответствующие спокойной работе несу­ щего слоя, т. е. при относительно меньшем сокращении подачи масла.

Исследовались также разные способы подачи ограни­ ченной смазки в опорную и упорную части подшипника. Как уже отмечалось, наибольшим преимуществом обла­ дает подвод масла в опорный подшипник со стороны начала несущего слоя. Такой способ по сравнению с дру­ гими обеспечивает более стабильную и надежную работу подшипника при меньших подачах смазки. Причины этого следующие. В зазор в верхней половине вкладыша поступает только остающееся отработавшее масло, следо­ вательно лучше и интенсивнее будет идти отдача тепла деталям подшипника и до минимума сократятся торце­ вые утечки из этой части подшипника. Наиболее простым способом обеспечивается необходимая дозировка подачи масла из резервного объема. Все это позволяет иметь меньшую величину резервного объема для обеспечения во время выбега допустимого теплового режима работы

подшипников.

При подводе аварийного масла к началу образования несущего слоя со стороны вращающейся шейки вала возникает определенное противодействие поступлению

82

масла в зазор. Оно определяется нагнетательным дейст­ вием поверхности шипа в конфузорной части зазора. Ве­ личина создаваемого напора зависит от окружной скоро­ сти и плотности среды, заполняющей зазор. Остающееся в подшипнике масло ие может заполнить весь верхний

с поверхности шейки вала и смешивается с воздухом, образуя эмульсию, плотность которой даже приблизи­ тельно установить чрезвычайно трудно. По расчету толь­ ко для воздуха, заполняющего зазор при окружной ско­ рости шейки вала, равной 66 м/сек, величина создавае­ мого напора в зазоре равняется 0,3 м масл. ст.

Лимитирование подачи масла из резервного объема обеспечивается отверстиями дозирующей трубки. Сече­ ние и местные сопротивления тракта от бачка к подшип­ нику не должны ограничивать расчетную подачу. Как было обусловлено, смесь подаваемого масла с оставшим­ ся в подшипнике должна одновременно удовлетворять и уравнению расхода масла через несущий слой подшип­ ника и уравнению теплового баланса принятого режима работы подшипника.

При появлении дополнительного сопротивления по­ ступлению масла в зазор подшипника, выражающегося в противодействии вращающейся шейки вала, величина располагаемого напора, под действием которого поступа­ ет масло, увеличивается на высоту расположения ре­ зервного бачка над осью подшипника. В этот момент имеет место режим саморегулирования расхода смазки подшипником, определяемый, с одной стороны, распола­ гаемым напором, а с другой — противодействием шейки вала.

. Этот режим непродолжителен, так как снижение скорости вращения на начальной стадии выбега со сры­ вом вакуума происходит очень резко, а величина проти­ водавления, создаваемого вращающимся шипом, опреде­ ляется квадратом окружной скорости.

Строить подачу масла в подшипник на весь период выбега на принципе саморегулирования расхода нера­ ционально. Уменьшение сопротивления на входе в под­ шипник по мере снижения скорости вращения вала будет опережать уменьшение располагаемого напора. Заметим, что в располагаемый напор входят две величи­ ны— высота масла в бачке и высота бачка над осью

подшипника. Поэтому с уменьшением напряженности режима работы подача масла из бачка будет необосно­ ванно увеличиваться, что приведет к значительному уве­ личению необходимой величины резервного объема. Предложенный метод дозирования аварийного маслоснабжения подшипников простой и экономичный. Эти качества подтверждены исследованиями, проведенными в лабораторных и реальных условиях.

Подвод масла из резервного объема со стороны вы­ ходной границы несущего слоя (сторона нормальной подачи смазки) значительно усложняет решение задачи аварийного маслоснабжения подшипника. Зазор в этой части подшипника имеет расширяющуюся форму (диф: фузор). Течение масла, вышедшего через минимальное сечение клина в диффузорной части зазора, сопровожда­ ется появлением области пониженных давлений, а при значительном уменьшении подачи масла в подшипник возникает разрежение, доходящее до значительной ве­ личины (600—650 мм рт. ст.) Подшипник начинает сам подсасывать масло. Это свойство может быть использо­ вано как самостоятельный способ резервирования мас­ лоснабжения (авт. свид. № 295913 от 13 июня 1963 г., авторы В. Н. Веллер и А. П. Жаров). В рассматри­ ваемом случае наличие разрежения существенно услож­

не только под действием гравитационных сил, но также и под действием переменного по величине разрежения.

Признаком нормальной работы подшипника при по­ даче смазки со стороны выходной границы несущего слоя являются полное заполнение верхнего зазора и наличие в нем небольшого избыточного давления. Как показыва­ ют результаты проведенных опытов, даже при снижении давления подаваемого масла до нуля количество посту­ пающего в подшипник масла уменьшается не более чем в 2 раза. Это объясняется тем, что подшипник интенсив­ но подсасывает масло из питающей магистрали. Следо­ вательно, для обеспечения нормальной работы подшип­ ника при безнапорной подаче масла из резервного объе­ ма к рассматриваемой стороне подшипника резервный объем должен быть весьма большой величины. Подача масла в значительно меньшем количестве, чем способен принять подшипник, благоприятствует подсасыванию воздуха в незаполненную часть зазора. По мере прохож­

84

дения верхней половины вкладыша часть масла будет вытекать в торцы, и к началу несущего слоя масло может подойти в количестве, недостаточном для обеспечения расчетного режима работы подшипника. Смешение по­ ступающего масла с отработавшим на стороне, противо­ положной началу несущего слоя, ухудшает условия теплообмена между маслом и металлом. Все это требует для обеспечения идентичного с первым вариантом ава­ рийного маслоснабжения теплового режима работы под­ шипника во время выбега значительно большего резерв­ ного объема масла.

При одновременном сообщении резервного объема с обеими сторонами вкладыша аналогично с нормальной подачей масло главным образом будет поступать в под­ шипник по пути наименьшего сопротивления, т. е. со сто­ роны выходной границы смазочного слоя. Недостатки этого способа нами уже рассмотрены. Следовательно, двусторонний способ подачи аварийной смазки также требует значительного увеличения резервного объема.

На основании проведенного анализа следует вывод, что способ подачи масла из резервного объема к началу образования несущего слоя является наиболее надеж­ ным и рациональным.

Способ смазки упорных колодок маслом, сливающим­ ся из торца опорной части подшипника, даже при незна­ чительной нагрузке, действующей на упорный подшип­ ник, оказался совсем непригодным. При ограниченной подаче масла в опорный подшипник количество масла, сливающегося из одного его торца, не может полностью заполнить внутреннюю полость упорного подшипника. При этом в масляной ванне будет находиться только часть упорного диска и надежно смазываться будут толь­ ко те колодки, которые находятся либо в ванне, либо в не­ посредственной близости от места выхода упорного диска из ванны. В дальнейшем по мере движения диска оставшееся на его поверхности количество масла, не имея пополнения, уменьшается, и к колодкам, удаленным по углу поворота, диск подходит почти сухим. Это, естест­ венно, вызывает повышенное трение его о колодки и чрез­ мерный нагрев последних.

С целью более детального исследования работы упорного подшипника в условиях резко ограниченной подачи смазки стендовый опорно-упорный подшипник был реконструирован так, что подача масла в обе его

85

части как в нормальном количестве, так и в ограничен­ ном стала независимой. Для этого во вкладыше были заглушены окна и каналы, сообщающие одну часть под­ шипника с другой, а к полости упорного подшипника подведена специальная труба.

Опыты показали, что подача масла во внутреннюю полость упорного подшипника из резервного объема в количестве, меньшем, чем необходимо для удержания полости в заполненном состоянии, также не решает воп­ рос надежного аварийного маслоснабженпя упорного под­ шипника. Увеличение подачи до необходимой величины требует большого запаса масла. Для решения вопроса аварийного маслоснабжения малонагруженных упорных подшипников был применен другой способ ограниченной подачи смазки в подшипник. Сущность этого способа, как было рассмотрено выше, заключается в организации индивидуальной подачи ограниченного количества смаз­ ки к каждой упорной колодке. Выполняется она направ­ лением маленьких струек масла на упорный диск перед входными кромками упорных колодок. Благодаря этому каждая колодка получает определенную порцию масла, что уравнивает условия работы всех колодок и позволя­ ет значительно уменьшить необходимый резервный объ­ ем масла.

Для равномерного распределения резервного объема между всеми колодками на протяжении времени выбега на пути масла к колодкам были установлены специаль­ ные сопротивления. К дозирующим гидравлическим сопротивлениям для подобных случаев предъявляется серьезное требование: отсутствие малых сечений, способ­ ных в эксплуатационных условиях засориться. При под­ боре гидравлических сопротивлений, отвечающих выдви­ нутым требованиям, было учтено, что наибольшее влияние на низконапорное движение такой вязкой жид­ кости, как масло, оказывают потери энергии по длине маслопровода. Поэтому путь масла от резервного объе­ ма до каждой колодки искусственно был удлинен.

По принятому предельному уровню повышения тем­ пературы баббитовых заливок упорных колодок была определена минимально допустимая величина резервного объема для упорного подшипника. Рассмотренные выше специфические свойства экспериментального стенда, об­ легчающие работу опорного подшипника в нестационар^ ном режиме при резко ограниченной подаче смазки, на

86

работу упорного подшипника влияют в значительно меньшей степени. Упорный подшипник, как известно, нагружается осевым усилием, создаваемым проходящим через проточную часть турбины паром. По этой причине инерционные силы в случае появления осевых смещений ротора при неустойчивой работе смазочного слоя не свя­ заны с направлением действия гравитационных сил мас­ сы ротора. Полученные в стендовых условиях данные по минимальной смазке упорного подшипника в значи­ тельно большей степени, чем для опорного подшипника, соответствуют результатам натурных испытаний.

16. ПРОВЕРКА АВАРИЙНОГО МАСЛОСНАБЖЕНИЯ НА ДЕЙСТВУЮЩИХ АГРЕГАТАХ

а) Опыты на турбине фирмы Сименс—Шуккерт мощностью 6 М ет

Первая промышленная проверка разработанного противоаварийного мероприятия проводилась на турби­ не фирмы Сименс—Шуккерт мощностью 6 Мет, установ­ ленной на ТЭЦ ВТИ. Турбина реактивного типа с пара­ метрами пара 25 кгс/см2 и 400 °С. Ротор турбины имеет массу, равную 11 г, и шейки диаметром 250 мм. Масса ротора генератора около 6 т, а шейки его вала имеют диаметр 230 мм. Под крышками корпусов подшипников были размещены масляные бачки следующих объемов: для переднего опорного и упорного подшипников бачок емкостью 60 л, для заднего подшипника турбины и пе­ реднего подшипника генератора — по 20 л каждый. Ба­ чок для заднего подшипника генератора и подшипников возбудителя установлен снаружи и имеет объем 40 л.

Упорный подшипник турбины выполнен двурсрядным с 8 рабочими и установочными колодками в каждом ряду. Внешний диаметр упорных дисков равен 260 мм. Во избежание применения недопустимо малых дози­ рующих отверстий подача масла из резервного бачка к колодкам производилась через специальные гидравли­ ческие сопротивления, в качестве которых служили спи: ральные канавки шнеков, вставленных во вкладыш перед каждой колодкой. Каждое такое устройство с проходным сечением около 5 мм2 лимитировало подачу масла по­ добно отверстию диаметром 1 мм.

Заполнение бачков маслом происходило по каналам аварийной смазки из карманов подшипников. В верхних

87

частях бачков выполнены переливные отверстия. Время опорожнения бачков принято большим времени выбега ротора турбоагрегата примерно на 25—30%. В нормаль­ ных условиях время выбега ротора турбины составляет 40—42 мин. В условиях ограниченной подачи смазки по­ тери на трение в подшипниках значительно уменьшают­ ся. С учетом возможного по этой причине увеличения времени выбега время опорожнения аварийных бачков было принято равным 1 ч. Контроль температуры под­ шипников проводился с помощью термопар, введенных в баббитовые заливки.

Программа испытаний предусматривала следующие опыты: остановку турбины по эксплуатационной инст­ рукции, остановку турбины без пуска аварийного масля­ ного насоса, остановку турбины с отключением подачи масла в подшипники из системы смазки при 2 400 об/мин, остановку турбины с отключением подачи масла при номинальной скорости вращения. Результаты испытаний представлены на рис. 16.

В опыте по остановке турбины без пуска аварийного масляного насоса центробежный ГМН с инжекторным подпором на всасе снабжал подшипники агрегата мас­ лом до 600 об/мин ротора. Температура баббита всех опорных подшипников при переходе на маслоснабжение из аварийных бачков не повысилась и сохранилась до конца выбега на уровне 65 °С. Время выбега без срыва вакуума при уменьшающейся подаче смазки увеличи­ лось до 58 мин (режим I на рис. 16). Как уже отмеча­ лось, удлинение выбега произошло вследствие уменьше­ ния трения в подшипниках.

Опыты с отключением подачи смазки в подшипники проводились с одновременным срывом вакуума. Подача масла в подшипники прекращалась закрытием задвижки на маслоохладителе. В опыте с отключением ГМН при угловой скорости ротора 2 400 об/мин (режим II на рис. 16) у всех подшипников произошло характерное для этого режима повышение температуры баббитовых зали­ вок до 80—85 °С. По мере снижения скорости вращения температура подшипников понижалась и к моменту оста­ новки ротора достигла уровня 65—70°С. Благодаря сры­ ву вакуума время выбега ротора сократилось до 22 мин.

В заключительном опыте (режим III на рис. 16) тур­ бина была остановлена с номинального уровня угловой скорости при подаче масла в подшипники только из ре­

88