Подшипники роторов

Роторы турбин и компрессоров опираются на опорные подшипники, которые воспринимают их вес. В свою очередь, на ротордействуют силы, возникающие при работе турбины или компрес­сора. Эти силы возникают при воздействии газа, который стре­мится сдвинуть ротор в осевом направлении в сторону меньшего давления. По направлению действия эти силы называют осевыми. Перемещению ротора в осевом направлении препятствует упор­ный подшипник.

При больших нагрузках длительно работают подшипники скольжения, которые в мощных ГТУ используются в качестве опорных и упорных. Для смазывания подшипников применяют турбинное масло.

В опорном подшипнике (рис. 14) шейка 3 ротора рас­полагается в цилиндрической полости, образованной верхним 2 и нижним / неподвижными вкладышами. Направление вращения ротора показано стрелкой 4. Масло под небольшим давлением по­дается в зазор между шейкой и вкладышами, омывает шейку в верхней части, проходя по" полости 8 в верхнем вкладыше, и си­лами трения о поверхность вращающегося ротора увлекается в

Д 8.

Рис. 14. Устройство опорного подшипника: 1, 2 — нижний в верхний вкладыши, 3 — шейка ротора, 4 — на­правление вращения, 5 — баббитовая заливка, 6 — ось расточки вкладышей, 7 — ось ротора, 8 — полость для прохода масла .

зазор между шейкой и нижним вкладышем. Таким образом между шейкой ротора и нижним вкладышем подшипника создается тон­кая пленка масла (масляный клин). Давление масла в масляном клине резко повышается. В результате создается усилие, равное весу той части ротора, которая приходится на данный подшипник, и ротор как бы «плавает» на масляной пленке.

При работе ГТУ ротор «всплывает» на масляной пленке так, что центр расточки подшипников и ось 7 шейки ротора не совпа­дают. Расстояние между ними "составляет 0,5—0,7 мм. Коэффици­ент трения при нормальной работе подшипника составляет 0,002—0,005; Но даже при таком малом коэффициенте трения вы­деляется большое количество теплоты и масло нагревается на ,20—25° С. Чтобы уменьшить трение при пуске и останове ГТУ, поверхность вкладышей заливают баббитом 5 — легкоплавким спла­вом, обладающим низким коэффициентом трения.

Этот сплав состоит из 83% олова, 11% сурьмы и 6% меди (мар­ка Б-83).

В простейшем опорном подшипнике (рис. 15) нижний вкла­дыш 7, установленный' в корпус /, обычно опирается на него через три колодки 8 и установочные прокладки 9. Изменяя толщину этих прокладок, устанавливают нижний вкладыш в требуемое по­ложение, что необходимо при центровке ротора. Вследствие тре­ния вращающейся шейки ротора о масляную пленку на вкладыши действуют силы, стремящиеся сдвинуть их по окружности (про­вернуть). Нижний вкладыш фиксируется от поворота планками 6.

Шейка ротора 10 накрывается верхним вкладышем, который шпильками крепится к нижнему. Сверху, устанавливается крышка 4, которую соединяют болтами с корпусом подшипника через фланцы 3. Между крышкой и верхним вкладышем также разме­щают колодку с установочными прокладками. Масло поступает к подшипнику по трубе 2, размещенной в корпусе, через отверстие в колодке, установочной прокладке и нижнем вкладыше.

Так как при работе турбин и компрессоров их роторы враща­ются в прогнутом состоянии, подшипники устанавливают с учетом этого прогиба, возникающего под действием сил тяжести. Однако положение ротора относительно подшипников может изменяться и по другим причинам, например из-за изменения осевого усилия или деформации корпуса. Чтобы уменьшить перекосы шейки ротора относительно подшипника, применяют подшипники со сфери­ческими вкладышами (рис. 16).

Рис. 15. Поперечный разрез опор­ного подшипника: / — корпус, 2 —труба (подвод масла), 3 — фланец, 4 — крышка, 5, 7 — верх­ний н нижний вкладыши, 6 — планки, 8 — колодка, 9— установочная про­кладка, /0 —шейка ротора, // — кар­тер

Рис. 16. Опорный подшип­ник со сферическими вкладышами:

1, 4 — обоймы, 2, 3 — нижний и верхний вкладыши, 5 —"подвод масла, в — сферическая поверх­ность, 7 —канал подвода масла от аварийного бачка

В этом случае наружную поверхность нижнего 2 и верхнего 3 вкладышей, соединенных между собой болтами, обтачивают по сфере радиусом R. Аналогично обрабатывают внутреннюю поверх­ность также соединенных между собой болтами верхней 4 и ниж­ней 1 половинок обоймы. Детали обрабатываются так, чтобы центр сферы радиусом R находился точно на оси вращения ротора. Сопрягающиеся сферические поверхности обойм и вкладышей смазываются маслом, поступающим в каналы 5 и 7. Основным назначением канала 5 является подвод масла в подшипник. Канал 7 заполняется маслом из аварийного бачка. Обоймы 4 ъ 1 крепятся в корпусе подшипника неподвижно, а нижний и верхний вкладыши могут поворачиваться относительно точки О при изме­нении положения ротора относительно подшипника.

В настоящее время в опорных подшипниках почти не применяют круговую расточку (см. рис. 14), так как при этом велики рас­ходы масла, возникает низкочастотная вибрация ротора и замет­ное смещение вала в работающем подшипнике по отношению к неработающему.

Другие формы расточки опорных подшипников позволяют из­бавиться от тех или иных недостатков. На рис. 17, а—в показаны круговая расточка со смещением верхнего вкладыша относительно нижнего; овальная и трехклиновая (по числу масляных «клинь­ев», возникающих при работе подшипника).

Рис. 17. Опорные подшипники: а — с круговой расточкой со смещением верхней половины относительно ниж­ней, б, в — с овальной и трехклиновой расточкой, г — с. качающимися сегмен­тами, /, 3— верхний и нижний вкла­дыши, 2 — сегменты; Oi O₂ — оси верх­него и нижнего вкладышей, R_B — ра­диус вала, R, — радиусы расточек вкла­дышей

Используются также подшипники с качающимися сегментами (рис. 17, г), на которые опираются шейки ротора, сегменты 2 в свою очередь опираются на поверхность внутренней расточки верхнего / и нижнего 3 вкладышей. При вращении ротора они самоустанавливаются так, что давление в масляном клине компен­сирует ту часть ротора, которую воспри­нимает данный сегмент.

На рис. 18 показана схема работы подшипника с качающимися сегментами. Сегменты 1 устанавливаются под неко­торым углом к поверхности вала 5. Мас­ло увлекается силами трения о поверх­ность вращающегося вала в зазор между сегментами и валом. Давление в масля­ном клине 3 повышается и препятствует смещению ротора вниз.

Как уже отмечалось, кроме опорных применяются упорные подшипники, наз­начение которых препятствовать смеще­нию ротора относительно корпуса вдоль оси вращения под действием осевого усилия.

Рис. 18. Схема работы опор-ногеподшипника с качаю­щимися сегментами: / — сегменты, 2 — шейка рото­ра, 3 —масляный клин (распре­деление давления), 4 — направ­ление вращения ротора, 5 — вал

Сегментный упорный подшипник (рис. 19) имеет. корпус, состоящий из верхней 8 и нижней Г половин, соединенных друг с другом по горизонтальному разъему. Внутри на корпус опираются упорные колодки 2. На валу ротора выточен упорный диск -(гребень) 6. Осевое усилие с вала 3 передается через упор­ный диск 6 колодкам 2, а через них — верхней половине 8 корпуса

подшипника.

Полость, в которой расположены упорные колодки 2, заполне­на маслом, поступающим вдоль поверхности вала. Нагретое мас­ло удаляется из подшипника через отверстия 5. Упорные колодки

А-А - работают по тому же принципу, что и сегменты трехклинового подшипника.

Рис. 19. Сегментный упорный подшипник: 1,8 — нижняя и верхняя половины корпуса, 2, 4 — упор­ные и установочные колодки, 3 — вал, 5 — отверстия для выхода масла, 6 — упорный диск (гребень), 7— места опирания колодок

Масляный клин создается между упорными колодка­ми 2 и поверхностью упорного диска 6. Давление, возникающее в масляном клине, позволяет компенсировать осевое усилие.

г г

1 2.

			У, \ f	) \ ^		\
У/////,	V		ч
	9	«'■

Рис. 20. Виды опирания колодок:

а — на ребро, б — на штифт, в — на плоские пружины,

г — на рычажную систему; t — колодка, 2 — упорный

диск, 3 — ребро, 4 — корпус подшипника, 5 — штифт, 6 —

пружина, 7 — пята, 8 — опора, 9 — рычаг

С противоположной стороны упорного диска расположены уста­новочные колодки 4

Осевой разбег (перемещение) ротора при работе не должен превышать 0,3—0,5 мм. При сборке, когда в подшипнике нет мас­ла, разбег ротора заметно больше, так как упорный диск упира­ется непосредственно в упорные колодки без масляного клина.

Наиболее широко распространено опирание упорных колодок на ребро и на штифты (рис. 20, а, б). В этих случаях, для равно­мерной загрузки упорных колодок необходимо точно выдерживать размер а. Чтобы добиться равномерного распределения усилий по упорным колодкам без точной подгонки, применяют различные способы опирания упорных колодок на корпус подшипника, на­пример через плоские пружины' и рычажную систему (рис. 20, в, г). Оба способа позволяют автоматически перераспределить на­грузки на колодки до полного выравнивания.

Упорные поверхности упорных колодок заливают баббитом.