РАЗЪЕМНЫЙ ВКЛАДЫШ ОПОРНОГО ПОДШИПНИКА

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована в крупногабаритных опорных подшипниках скольжения роторов паровых турбин.
Ресурс и надежность паровых турбин во многом определяется конструкцией подшипников скольжения, прежде всего опорных подшипников, и материалами, из которых они изготовлены. К опорным подшипникам скольжения паровых турбин предъявляются повышенные требования по надежности при их эксплуатации. Нагруженность подшипников определяется весом опирающихся на них роторов, достигающим 200 тонн. При этом частота вращения роторов составляет 3000 об/мин (линейные скорости в подшипниках достигают 95-100 м/с), а зазоры в проточной части не превышают нескольких миллиметров. Выход из строя одного подшипника влечет за собой перегрузку и выход из строя соседних подшипников и т.д. Итогом становится аварийная ситуация с необратимыми последствиями. В современных турбоагрегатах удельные нагрузки на подшипник могут достигать 2,5-3,5 МПа. В связи с этим возникает необходимость в создании материала, работоспособного в указанном диапазоне нагрузок при температуре рабочей поверхности не ниже 115°C. В опорных подшипниках скольжения паровых турбин в качестве антифрикционного слоя вкладыша применяются металлические сплавы - баббиты, обычно оловянные, стабильно работающие с масляной смазкой (горячее низковязкое турбинное масло).
Известен разъемный вкладыш опорного подшипника паровой турбины, выполненный в форме металлического основания с закрепленной на нем антифрикционной вставкой из баббита и имеющей на рабочей поверхности маслораздаточные кольцевые охлаждающие канавки. Кольцевые охлаждающие трапецеидальные канавки чередуются с трапецеидальными же выступами. Указанные канавки обеспечивают равномерное распределение смазки по всей поверхности вкладыша и создают накопительные масляные резервуары в трапецеидальных канавках, обеспечивающих подшипник смазкой в периоды недостаточной его подачи (RU 2422689, МПК: F16C 17/02, опубликован 27.06.2011)
Недостатком известного устройства является то, что канавки указанной формы сложны в изготовлении. Кроме этого, общим недостатком подшипников с баббитовой заливкой является низкая несущая способность (до 2,5 МПа удельной нагрузки), при которой температура рабочей поверхности не превышает 95°C. Повышение температуры
баббита Б83 выше 100°C приводит к значительному снижению его твердости, и эксплуатировать подшипники с таким уровнем температур запрещается.
3
Известен вкладыш опорного подшипника паровой турбины, включающий металлическое основание и закрепленную на его поверхности антифрикционную вставку. В качестве антифрикционной вставки вкладыш содержит полукольцо из антифрикционного углепластика, включающего полимерное связующее полифениленсульфид и углеродную ткань из волокон с объемом сорбционного пространства 0,1-0,3 см/г и средним размером кристаллитов по базисной плоскости 3,0-6,0 нм и толщиной пакета базисных плоскостей 1,0-4,0 нм (RU 133573, МПК: F16C 17/02, опубликован 20.10.2013).
Недостатком устройства, является то, что в подшипнике не обеспечивается соосность вставки из антифрикционного углепластика с металлическим основанием. Кроме того, клеевое соединение сопрягаемых поверхностей основания и вставки из антифрикционного углепластика не обеспечивает высокого сопротивления сдвигу в осевом направлении. Значительные осевые усилия, возникающие в подшипниках при перекосах шеек роторов, наклонах опор, при остывании роторов после останова турбоагрегата могут приводить к смещению рабочей поверхности вкладыша подшипника относительно основания и возникновению аварийных ситуаций. При этом низкая теплопроводность вставки не позволяет с достаточной достоверностью определять уровни максимальных температур рабочей поверхности при изменении режимов работы подшипника.
3
Известен вкладыш опорного подшипника, преимущественно, работающего с масляной смазкой, содержащий металлическое основание и закрепленную на его поверхности антифрикционную вставку, выполненную в виде полукольца из антифрикционного углепластика на основе полифениленсульфида и углеродной ткани из волокон с объемом сорбционного пространства 0,1-0,3 см/г и средним размером кристаллитов по базисной плоскости 3,0-6,0 нм и толщиной пакета базисных плоскостей 1,0-4,0 нм, при этом в нижней части вкладыша на поверхности антифрикционной вставки выполнена центральная камера для подачи масла высокого давления и ряд периферийных камер, равномерно распределенных на поверхности антифрикционной вставки, соединенных каналами с центральной камерой для подачи масла, а в центральной камере неподвижно вмонтирован штуцер из легкоплавкого металла таким образом, что расстояние между верхней поверхностью штуцера и поверхностью антифрикционной вставки составляет 4-6 мм, глубина каждой камеры равномерно уменьшается от ее центра к краям и плавно выходит на поверхность антифрикционной вставки. Антифрикционная
вставка закреплена на поверхности металлического основания с помощью клеевого слоя и прижимных планок, размещенных в пазах, фрезерованных на разъеме вкладыша таким образом, что планки установлены в пазы заподлицо на уровне горизонтального разъема вкладыша, а легкоплавкий штуцер выполнен из металла с температурой плавления не выше 400°C, например алюминия (RU 146101, МПК: F16C 17/02, опубликован 27.09.2014).
Это известное техническое решение является наиболее близким к заявленному и принято за прототип.
Недостатком устройства, принятого за прототип, является то, что в подшипнике не обеспечивается соосность вставки из антифрикционного углепластика с металлическим основанием. Кроме того, клеевое соединение сопрягаемых поверхностей основания и вставки из антифрикционного углепластика не обеспечивает высокого сопротивления сдвигу в осевом направлении. Значительные осевые усилия, возникающие в подшипниках при перекосах шеек роторов, наклонах опор, при остывании роторов после останова турбоагрегата могут приводить к смещению рабочей поверхности вкладыша подшипника относительно основания и возникновению аварийных ситуаций. При этом низкая теплопроводность вставки не позволяет с достаточной достоверностью определять уровни максимальных температур рабочей поверхности при изменении режимов работы подшипника.
Заявляемое техническое решение позволяет повысить сопротивляемость рабочей поверхности осевому усилию, существенно упростить монтаж вставки относительно подшипника, повысить прочность крепления вставки к металлическому основанию вкладыша, повысить полноту контроля температур рабочей поверхности, а также предотвратить подкал шейки ротора при расплавлении рабочей поверхности подшипника из антифрикционного углепластика, что приводит к повышению надежности работы опорных подшипников скольжения и отсутствию повреждаемости шейки ротора.
Предложен разъемный вкладыш опорного подшипника, включающий металлическое основание, антифрикционную вставку, выполненную в виде полукольца из антифрикционного углепластика и канал для подачи смазки, при этом в металлическом основании вкладыша выполнены кольцевые канавки прямоугольной формы, а рабочая поверхность вставки имеет ответные кольцевые выступы, причем вставка дополнительно закреплена на поверхности металлического основания посредством крепежных элементов из металла с температурой плавления не выше 400°C, а крепежные элементы выполнены в виде винтов с потайной головкой с углом крепления 15°-30° от вертикальной оси подшипника с осевым каналом внутри диаметром не менее 2 мм для возможности вывода
элементов контроля температуры и установлены на 1-2 мм глубже поверхности вставки в количестве четырех.
Устройство иллюстрируется чертежами, где изображено:
- на фиг. 1 - нижняя половина разъемного вкладыша;
- на фиг. 2 - вид А-А по фиг. 1;
- на фиг. 3 - вид Б-Б по фиг. 1.
3
Разъемный вкладыш опорного подшипника включает металлическое основание 1 с кольцевыми канавками прямоугольной формы 2 и закрепленную на его поверхности вставку 3, выполненную в виде полукольца из антифрикционного углепластика. Кольцевая поверхность вставки 3 выполнена с ответными кольцевыми выступами 4. Для подвода смазки в подшипнике выполнен канал 5 и маслораздаточный карман 6. Вставка 3 дополнительно закреплена на поверхности металлического основания 1 посредством крепежных элементов 7 из металла с температурой плавления не выше 400°C. Крепежные элементы 7 выполнены в виде винтов с потайной головкой с углом крепления 15°-30° от вертикальной оси подшипника с осевым каналом внутри диаметром не менее 2 мм для возможности вывода элементов контроля температуры и установлены на 1-2 мм глубже поверхности вставки в количестве четырех. Подшипник с рабочей поверхностью из углепластика обладает следующими свойствами: сниженным коэффициентом граничного трения (0,12-0,13), работоспособен при удельных нагрузках 3,5-4,0 МПа, обладает по сравнению с баббитовым подшипником пониженной электропроводностью (более чем в 10 раз).
Устройство работает следующим образом:
При работе паровой турбины ротор опирается на опорные подшипники скольжения. Вкладыш опорного подшипника скольжения устанавливается в корпус опоры штатно на четыре опорные колодки или по сферической поверхности в зависимости от существующей схемы опирания. Смазка (турбинное масло, например ТП-22) в подшипник поступает через канал подвода смазки 5 и распределяется по ширине подшипника посредством маслораздаточного кармана 6. Масло в подшипник подается под давлением 0,05-0,10 МПа для того, чтобы обеспечить в подшипнике режим гидродинамической смазки. Наличие крепежных элементов повышает прочность крепления углепластика к металлу основания вкладыша подшипника. Каналы, выполненные в теле крепежных винтов, позволяют разместить в них элементы контроля температур поверхности подшипника в зонах повышенных температур при частотах вращения роторов 1000-3000 об/мин.