РАЗЪЕМНЫЙ ВКЛАДЫШ ОПОРНОГО ПОДШИПНИКА

Заявляемая полезная модель относится к машиностроению, и может быть использована в опорных подшипниках скольжения, например в опорных подшипниках скольжения роторов паровых турбин.
К опорным подшипникам скольжения паровых турбин предъявляются повышенные требования по надежности при их эксплуатации. Подшипники несут весовую нагрузку роторов валопровода, при этом вес каждого ротора может достигать нескольких сотен тонн. Частота вращения валопровода составляет 3000 об/мин (линейная скорость 50-70 м/с). Зазоры в проточной части между ротором и статором измеряются миллиметрами. Выход из строя одного подшипника влечет за собой перегрузку и выход из строя соседних подшипников, что в конечном итоге может привести к аварийной ситуации с необратимыми последствиями.
В отечественном и зарубежном паротурбостроении 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 [патент RU №2422689, 08.12.2009]. Кольцевые охлаждающие трапецеидальные канавки чередуются с трапецеидальными же выступами. Указанные канавки обеспечивают равномерное распределения смазки по всей поверхности вкладыша и создают накопительные масляные резервуары в трапецеидальных канавках, обеспечивающие подшипник смазкой в периоды недостаточной его подачи.
Недостатком аналога является сложность изготовления канавок такой формы. Кроме того, серьезным недостатком баббита является узкий температурный диапазон его работы. Так при температуре свыше 100°C происходит размягчение баббита, т.е. потеря его механических свойств, поэтому применение баббита ограниченно величиной удельного давления на вкладыш до 1.8-2.0 МПа.
3
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемой полезной модели является 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 [патент RU №133573, 20.10.2013], взятый в качестве прототипа.
При стендовых испытаниях конструкции, принятой за прототип со вставкой из антифрикционного углепластика, обнаружено, что прототип имеет преимущество перед конструкцией вкладыша с баббитовой заливкой при диаметрах шеек роторов паровых турбин до 300 мм. В современных мощных паровых турбинах, в том числе турбинах АЭС, с диметрами шеек роторов 600 мм при высоких удельных давлениях до 3.5-4.0 МПа вкладыш по патенту RU №133573 неработоспособен. При низких оборотах возникает высокая сила трения, что приводит к сильному износу вкладыша, при этом не исключено заклинивание вкладыша подшипника. Таким образом, недостатком прототипа является невозможность его использования в качестве опорного подшипника мощных паровых турбин с диаметрами шеек роторов свыше 300 мм, в которых удельные давления на переходных режимах достигают 3.5-4.0 МПа.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в обеспечении ее работоспособности для роторов с диаметрами шеек до 600 мм во всех диапазонах скоростей вращения ротора при повышении допустимого удельного давления в подшипниках до 3.5-4.0 МПа.
3
Указанный технический результат достигается тем, что разъемный вкладыш опорного подшипника, преимущественно работающего с масляной смазкой, включающий металлическое основание и закрепленную на его поверхности антифрикционную вставку, выполненную в виде полукольца из антифрикционного углепластика на основе полимера 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, в нижней части вкладыша на поверхности антифрикционной вставке выполнена центральная камера для подачи масла высокого давления и ряд периферийных камер равномерно распределенных по поверхности антифрикционной вставки, соединенных каналами с центральной камерой для подачи масла, при этом 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 металлическом основании с помощью клеевого соединения и прижимных планок, установленных на уровне горизонтального разъема вкладыша.
Заявляемый вкладыш представлен на фиг. 1-3.
На фиг. 1 представлен вид с торца разъемного вкладыша.
На фиг. 2 увеличенный вид отверстия для подвода масла с резьбой и штуцером.
На фиг. 3 представлен вид сверху нижней половины разъемного вкладыша.
Вкладыш включает металлическое основание 1 и антифрикционную вставку 2 (фиг. 1), на которой выполнены неглубокие (глубиной не более 3-4 мм), центральная камера 3 и периферийные камеры 4, соединенные каналами 5 (фиг. 3). В данном варианте на вкладыше выполнено четыре периферийных камеры, однако их количество может отличаться. В центральной камере (вид Б на фиг. 1 и фиг. 2) размещено отверстие для подвода масла 6, на внутреннюю поверхность которого нанесена резьба с мелким шагом M12-M14×1,5, в которую ввернут штуцер 7, выполненный из легкоплавкого металла с температурой плавления не выше 400°C, например, алюминия или его сплавов. Штуцер вворачивается так, чтобы расстояние между его верхней частью и поверхностью вставки из углепластика составляло 4-6 мм для предупреждения преждевременного задира штуцера при износе углепластика. Антифрикционная вставка приклеена к металлическому основанию 1 клеем (не показан), например, конструкционным эпоксикаучуковым клеем холодного отверждения, марки КДС-174, кроме того она крепится по крайней мере шестью прижимными планками 8. Прижимные планки, размещены в пазах, фрезерованных на разъеме вкладыша заподлицо на уровне горизонтального разъема вкладыша.
Использование в конструкции, помимо клеевого соединения, прижимных планок позволяет надежно фиксировать слой антифрикционную вставку на поверхности металлического основания и не допускает взаимного перемещения частей вкладыша относительно друг друга во время работы опорного подшипника. Верхняя половина вкладыша подшипника крепится аналогично.
3
В качестве армирующей ткани антифрикционный вкладыш содержит углеродную ткань. В качестве полимерного связующего антифрикционная композиция может содержать, например, полифениленсульфид марки 0320B0 фирмы Ticona (Германия) с плотностью 1,35 г/см. Углеродная ткань пропитывается расплавом полимерного связующего в специальной машине. Полученный препрег укладывается в прессформу и прессуется в гидравлическом прессе при температуре 280-290°C с последующим охлаждением.
Устройство работает следующим образом:
Масло высокого давления от 10 МПа и более через штуцер 7 подается в центральную камеру 3, из которой оно поступает по соединительным каналам 5 в периферийные камеры 4. Ротор своим телом перекрывает выход масла из центральной 3 и периферийных камер 4, образуя герметичную емкость. Расчетное давление масла, а также количество и размер камер позволяет поднять многотонный ротор и начать его вращение в условиях жидкостного трения.
Заявляемый вкладыш опорного подшипника способен работать в паровых турбинах с валами с диаметром шейки ротора до 600 мм, в которых удельные давления достигают 3.5-4.0 МПа при скорости вращения ротора 0-3500 об/мин.