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

Зная необходимую температуру масла, поступающего в смазоч­ ный слой (ti=tm—At/2), а также приняв температуру масла в ре­

зервном объеме равной 1Р,можно из уравнения теплового баланса определить подачу масла из резервного объема:

^оР^^в.п-!- ^7i>pCp^p —QcQCiti.

Разница между qc и с/; показывает, какое количество масла вытечет в зазор из верхней части подшипника.

С целью определения влияния на работу подшипников при огра­ ниченной подаче смазки тепла, идущего от пара по валу, выполним следующий элементарный расчет. По известной формуле Фурье

ла вала.

Подставив в эту формулу значения величин, соответствующие турбинам К-300-240, получим QB= 1 ккал/сек. В нормальных усло­ виях эксплуатации для отвода этого тепла предусмотрена дополни­ тельная подача масла. Если в аварийных условиях это тепло также отводить маслом, то резервный объем потребуется увеличить допол­

повысится на 10 °С. Практически большого влияния на работу под­ шипника такое повышение температуры шейки оказывать не будет. Особенно важно то, что в наиболее напряженный момент работы, который имеет место первые 2—3 мин,дополнительный нагрев шейки будет мал — не более 2 °С.

Подобным образом выполняется расчет и для остальных отрез­

щееся в нестационарном тепловом состоянии, разбивается на ряд элементарных геометрических форм, в пределах которых закон из­ менения температуры может быть принят линейным. Для определе­ ния искомых температур составляются уравнения тепловых балан­ сов групп элементов. Последовательно решив уравнения для всех выделенных частей вкладыша и шейки и проведя гидродинамиче­ ский расчет подшипника, определяют величину необходимого ре­ зервного объема. С целью получения более точных расчетных дан­ ных необходимо детали подшипника разбивать на большее число элементов, а время — на короткие отрезки. Из-за громоздкости вы­ числительной работы подобные расчеты лучше проводить с помошьнэ вычислительных машин.

40

10. МЕТОД РАСЧЕТА РЕЗЕРВНЫХ ОБЪЕМОВ ДЛЯ ОПОРНЫХ подш ипников

Для практического применения предлагается упро­ щенный метод определения необходимой величины ре­ зервного объема. Рассмотрим процесс выбега роторов с точки зрения изменения расчетных характеристик под­ шипников. В этом отношении наиболее показательной характеристикой подшипника является коэффициент нагруженности, который характеризует равнодейст­ вующую вертикальных составляющих давления масла на шейку вала. От величины этого коэффициента зави­ сит положение шипа в расточке вкладыша. У работаю­ щего подшипника нагруженность подшипника в неста­ ционарном режиме зависит от скорости вращения вала и температуры смазочного слоя. Последняя для обеспе­ чения надежной работы подшипника в широких преде­ лах не изменяется. Следовательно, для выбега главным фактором, определяющим режим работы подшипника, будет скорость вращения, по мере снижения которой коэффициент нагруженности будет непрерывно увеличи­ ваться. По зависимости коэффициента нагруженности от относительного эксцентриситета следует, что увеличение

лах изменений % зависимость Ф»=/(х) характеризует в безразмерных величинах работу смазочного слоя во время выбега.

Рассмотрим теперь работу подшипника во время вы­ бега с точки зрения соотношений расчетных характери­ стик.

Трение в смазочном слое подшипника в любой мо­ мент времени зависит от отношения коэффициентов Фв/Фи, а количество масла, проходящего через сма­ зочный слой, определяется коэффициентом расхода Gm. Нагрев масла в смазочном слое подшипника определяет­ ся отношением выделенного тепла к количеству проходя­ щего через слой масла. Исключая конструктивные пара­ метры подшипника, можно принять, что нагрев масла At определяется отношением Ф8/(Фвб?т). Из расчетных ха­ рактеристик опорных подшипников, представленных в [Л. 12], видно, что для каждого угла охвата 0 и отно­ шения d/L в практических пределах % отношение Ф8/(Ф„От ) = const. Отсюда вытекает, что работа опорно­ го подшипника во время выбега может проходить при

41

постоянной величине нагрева масла в смазочном слое, а следовательно, и при (т= const.

Переход к ограниченной подаче смазки характерен увеличением Ф„ и %за счет более высокой средней тем­

невозможно полное разделение поверхностей трения сло­ ем смазки. Это условие .вступает в силу при снижении окружной скорости поверхностей шеек роторов прибли­ зительно до 1 м/сек. По теоретическим и эксперимен­ тальным данным вращение на масляной пленке роторов современных турбоагрегатов продолжается до угловой скорости 25—30 об/мин.

Найденному по формуле hxp = ^-( 1—укр) значению укр

из зависимости Ф„ = / (у) соответствует предельная вели­ чина ФВ(КР).

Построив по табличным данным [Л. 12] в уста­ новленных пределах у0—укр зависимость Ф«='[(у), опре­ делим средние интегральные значения относительного эксцентриситета уср и коэффициента нагруженности

42

•Ф»(ср) (рис. 7):

хкР

(/.кр Хо) Фг>(ср) (х.ср) — J Ф« d(у).

Хо

Выраженная таким образом работа смазочного слоя не учитывает времени выбега и характера кривой выбе­ га. Но если совместно проанализировать кривую выбега роторов турбоагрегата при сорванном вакууме и графи­ ческую зависимость Q>v=f(x), то легко обнаружить у них следующие сходные свойства. В начале выбега угловая скорость всегда снижается значительно интен­ сивнее, чем в конце. Это соответственно влияет на увели­ чение коэффициента нагруженностн подшипника. Кри­ вая, выражающая зависимость Фv =f(%), при малых значениях % более полога, чем при больших. Следова­ тельно, в начальной стадии выбега резкое снижение угловой скорости будет вызывать и резкое увеличение относительного эксцентриситета, а в конечной стадии выбега будет наблюдаться обратная картина. Можно условно считать, что принятый для выбега интервал из­ менений %от хо До Хкр соответствует неравномерной шка­ ле времени выбега.

Найденным значениям Ф-^ср) и хор из зависимостей

Ф«=/(х); G* = f(x); Gm=f(%)\ Go= f(x) и выражения Ф»(ср)= 7,Ф2/(«ср L pm) соответствуют средние для вы­ бега значения коэффициента сопротивления вращению

Ф.,(Ср), коэффициентов расхода смазки на .входе G^c.Р), среднего расхода Ст(Ср),расхода на выходе G0(Cp) и ок­ ружной скорости Пор-

Как было условлено, при ограниченной подаче смазки на протяжении всего выбега температура масла остается постоянной (fm=const), если во входное сечение несуще­ го слоя подавать масло в строго определенном количест­ ве и с определенной температурой. Чем более высоким принят уровень tm, тем меньше должна быть подача масла из резервного объема за счет большего использо­ вания отработавшего масла. Количество подаваемой смазки, выраженное через соответствующий коэффици­ ент расхода Gp, должно удовлетворять как уравнению расхода смазки через подшипник, так и уравнению тепло­ вого баланса смешиваемых количеств масла:

Gp(Cp)+ Go(cp)>iG,(Cp);

Gp(cp/pCp+ Go(cp)^oCo= l (Gp(0p) + Go(cp))^Ci,

43

где t0— температура отработавшего масла; —темпе­ ратура масла во входном сечении несущего слоя, необхо­ димая для принятого режима (ti — tm—At/2); tp—темпе­ ратура масла в резервном объеме (для резервных объемов, заполняемых свежим маслом, гср~40 оС, а при заполнении через подшипники /р=45-н50°С).

Из двух последних уравнений следует:

Искомая величина резервного объема без учета отда­ чи тепла в металл определится по формуле

v _Ор(сругорг1 фтл

Гооб ’ Л’

где тв — действительное время выбега, сек. Продолжительность выбега для принятых условий

смазки определяется следующим образом. Найденному выше Ф„(КР) для принятого значения tm соответствует предельная окружная скорость поверхности шейки, при которой прекращается полное разделение поверхностей трения слоем смазки. По кривой выбега для нормальных условий смазки величине пкр будет соответствовать иско­ мое значение времени выбега тв. В табл. 1 приведены

Т а б л и ц а 1

результаты расчета резервных объемов подшипников турбины К-500-65/1500, выполненного для разных значе­ ний средней температуры смазочного слоя во время вы­ бега. Расчет выполнен по примерной кривой выбега для турбины К-300-240 со срывом вакуума.

Температура смазочного слоя у подшипника при ог-. раниченной подаче смазки выше, чем у подшипника, работавшего © эксплуатационном режиме, перед аварий­

44