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

снабжения строить на изложенных выше допущениях, то величина резервного объема каждого подшипника будет чрезмерно большой. Размещение такого объема па крыш­ ке подшипника весьма затруднено. В целях сведения к минимуму необходимого резервного объема для созда­ ния клина в качестве основного масла можно использо­ вать все остающееся на поверхности шипа отработавшее масло. Тогда будет достаточно восполнять из резервного объема торцевые утечки из рабочей части подшипника. Но при этом температура смазочного слоя может быть недопустимо высокой. Как уже отмечалось, работа под­ шипников жидкостного трения основана на определенных свойствах смазочных масел. Поэтому для обеспечения полного разделения поверхностей трепня смазочным сло­ ем необходимо, чтобы к началу несущего слоя масло поступало с определенной температурой. В противном случае по ряду объективных причин смазочный слой не будет «работать».

Отток тепла к вкладышу и шейке вала, несмотря па их большую теплоемкость, ограничен. Следовательно, для организации рационального аварийного маслоснабжения подшипников необходимо использовать только часть отработавшего масла, а подача из резервного объе­ ма должна дополнять его до необходимого количества.

В основу организации аварийного маслоспабженпя положено выполнение двух требований: температура масла в несущем слое должна быть не выше допустимой, а минимальная толщина слоя не меньше допустимой. Допустимая температура масла в несущем слое должна быть ниже температуры, при которой происходит разру­ шение пленки из-за десорбции ее компонентов. Экспери­ ментально установлено {Л. 15], что для турбинного мас­ ла марки «2 2 » пленка разрушается при температуре окодо 130 °С. Кроме того, при выборе температуры несущего слоя необходимо учитывать и допустимую температуру баббитовой заливки. Согласно рекомендации {Л. 16] за предельную температуру для баббита марки Б-83 прини­ мают ту, при которой его твердость падает ниже 1 2 по Бринеллю. Это происходит при температуре 115°С.

Минимально допустимая толщина смазочного слоя в подшипниках принимается для данного класса точнос­ ти изготовления с учетом возможных отступлений от пра­ вильных геометрических форм поверхностей шипа и вкла­ дыша, наибольшего прогиба шейки вала, температурной

34

Резкое уменьшение подачи смазки в подшипник преж­ де всего вызывает увеличение значения отработавшего масла, остающегося на поверхности шипа в расходном и тепловом балансах. Количество этого масла может со­ ставлять от 70 до 85 % начального расхода смазки. Ис­ пользование значительной части отработавшего масла приводит к тому, что масло поступает во входное сечение клина со значительно более высокой температурой и, следовательно, с меньшей вязкостью. Малая вязкость масла у расчетного места образования несущего слоя ослабляет вовлекающее действие поверхности вращаю­ щегося шипа, особенно на начальном участке несущей дуги, где величина зазора относительно велика. В резуль­ тате в этой части зазора будут возникать условия для появления противотоков и неустойчивого движения смаз­ ки. Действительная граница начала несущего слоя смес­ тится вниз, где уменьшенная величина радиального за­ зора будет препятствовать нарушению устойчивости об­ разования несущего слоя. Это обстоятельство влияет на условия прохождения смазки через рабочий зазор и по­ ложение места обрыва смазочного слоя. Из-за более вы­ сокой начальной температуры смазочного слоя будет выше и его средняя температура. Нагрев масла в несу­ щем слое при этом будет несколько ниже'за счет умень­ шения коэффициента жидкостного трения. Более высо­

эксцентриситета .вызывает уменьшение торцевых проте­ чек масла из рабочей части зазора подшипника. Одно­ временно с этим уменьшается и количество смазки, вхо­ дящей в клин. Увеличение относительного эксцентриси­ тета способствует увеличению угла диффузорности зазора за минимальным сечением, что приводит к более ранне­ му обрыву несущего слоя. Таким образом, уменьшение подачи смазки содействует сокращению протяженности несущего слоя подшипника из-за одновременного сбли­ жения его границ.

У подшипников с углом охвата 120° при одинаковом значении относительного зазора радиальный зазор на входной границе масляного клина значительно больше, чем у 60-градусного подшипника. Поэтому начало обра­ зования несущего слоя в нем может настолько перемес­ титься вниз, что по расчетным характеристикам 1 2 0 -граду-

36

сный подшипник в условиях ограниченной подачи смазки может быть приравнен к 60-градусному. Подтверждением этого служат экспериментальные данные, представлен­ ные на рис. 6 .

Зная %, по табличным данным (см. табл. П. 2) нахо­ дят Ф5, Gm, Gi и G0. Далее определяют коэффициент тре­

чается. В режиме же аварийного маслоснабжения отра­ ботавшее масло используется для пополнения масла, по­ ступающего из резервного объема до необходимого ко­ личества. При этом часть тепла отработавшего масла переходит в шейку вала. Отдачей тепла в окружающую среду, как и при. нормальном маслоснабжении, можно пренебречь.

9. ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ В ОПОРНОМ ПОДШИПНИКЕ ПРИ НЕСТАЦИОНАРНОМ РЕЖИМЕ РАБОТЫ

Уравнение теплового баланса подшипника при огра­ ниченной подаче смазки может быть записано в следую­ щем виде: QR=Qq + Qвкл+ Qш .

37

Количество тепла, отдаваемого смазочным слоем по­ верхности вкладыша в рабочей зоне, можно определить по формуле Ньютона

Q bk.t— я /7р (tmrtn.o)>

где Fp — поверхность теплообмена (поверхность распро­ странения масляного клина); /п.б — средняя температура поверхности баббитовой заливки в рабочей зоне подшип­ ника (для всех режимов смазки (п.б~Ап—(2-ьЗ)°С]; а — коэффициент теплоотдачи от масла к рабочей поверхно­ сти вкладыша.

Точный подсчет количества тепла, переходящего в тело вкладыша, затрудняется невозможностью без специальных экспериментальных исследований определить коэффициент теплоотдачи, который являет­ ся сложной функцией многих переменных. Ориентировочную величи­ ну а можно определить по критериальной зависимости конвективного теплообмена между средой и поверхностью. Для широкого диапазона изменений основных параметров обобщенная формула конвективного

показатель степени, определяющий влияние направления теплового

Рейнольдса; для рассматриваемого случая величину Re можно опре­ делить по формуле

Re=urfan/v,

где и= аг— окружная скорость поверхности шипа; ёЭн— экивалентный диаметр; для смазочного слоя опорного подшипника в качестве определяющего размера с1як можно брать диаметральный зазор в подшипнике:

йяк— D—d— 8\

Nu = ad3i<A,

где X— коэффициент теплопроводности масла, ккал/ (лг • °С■ч). Количество тепла, отдаваемого маслом в рабочей зоне баббито­

вой заливке, должно быть согласовано с количеством тепла, которое может перейти в тело вкладыша за счет теплопроводности. Для упрощения расчета принята следующая схема распространения тепла в теле вкладыша. Вкладыш подшипника принимается за одно­ родное кольцо. Все тепло, получаемое от масла, вначале распростра­ няется в центральном сегменте, расположенном под несущим слоем. По мере его разогрева тепло передается остальной части вкладыша.

Количество тепла, передаваемого теплопроводностью, определяет­ ся по формуле Фурье

ВЕЛ=Гр Л^П.б ^ ^ЕКЛ>

38

(для рассматриваемого отрезка времени величина /шел может быть принята равной средней температуре смазочного слоя при эксплуа­ тационном режиме); I— расстояние от рабочей поверхности вклады­ ша до средней окружности, делящей поперечное сечение вкладыша на равные по площади части.

Без учета отдачи тепла вкладышу температура масла, выходя­ щего из клина, равняется t0=tm-\-'At/2. Зная количество тепла, от­ данного вкладышу, Qn.B, можно определить действительную тем­ пературу /'о выходящего из смазочного слоя масла:

Далее можно определить, какое количество тепла от находящего­

резервного объема масло подается непосредственно к началу клина. Весь верхний зазор подшипника не может быть заполнен маслом и в него подсасывается воздух. Между воздухом и масляной пленкой возможен теплообмен, который в нашем случае не учитывается. Для подсчета количества тепла, отдаваемого маслом шейке вала, примем следующие условия: 1) масло покрывает всю поверхность шейки пленкой одинаковоц^т-олщины; 2) масляная пленка не дви­ жется по отношению к шейке.

Тогда можно воспользоваться законом Фурье для передачи теп­ ла теплопроводностью

^т.в

Qm.в —Хм/ц

Коэффициент теплопроводности нефтяных масел определяется выражением Хм = 0,115—0,00075/. Поверхность шейки .равна Fm.n= =jidL. Температуру поверхности шейки для каждого рассматривае­ мого отрезка времени следует принимать на 1—2 °С ниже, чем тем­ пература масляной пленки. Это обусловлено тем, что при рассматри­ ваемом процессе теплообмена существует большая разница в коэффициентах теплопроводности масла и металла, за счет чего термическое сопротивление масляной пленки гораздо больше, чем термическое сопротивление слоя металла толщиной б=Ло:

Поэтому для передачи полученного от масла тепла внутрь опре­ деленного слоя шейки вала будет достаточно значительно меньшего градиента температур.

Определив Qm.«, можно подсчитать температуру масляной плен­ ки перед смешением ее с поступающим из резервного объема мас­

лом;

39