Соколов В.С. Газотурбинные установки - файл n1.doc

приобрести
Соколов В.С. Газотурбинные установки
скачать (2766.5 kb.)
Доступные файлы (1):

2767kb.

14.09.2012 18:59

n1.doc

1 2 3 4 5 6

в. с. соколов

Газотурбинные

установки

f, Одобрено Ученым советом Государственного комитета СССР по профессионально-техническому образованию в качестве учебного пособия для средних Г профессионально-технических училищ

МОСКВА «ВЫСШАЯ ШКОЛА» 1986
ББК 31.373

С59 УДК 621.438

Рецензенты: д-р техн. наук Л. П. Сафонов (Научно-производственное объединение «Центральный котельный теплотехнический институт им. И. И. Ползунова»); канд. техн. наук А. Г. Левачев , (Московский энергетический институт)

Соколов В. С.

С59 Газотурбинные установки: Учеб. пособие для сред. ПТУ. — М.: Высш. шк., 1986. — 151 с: ил.

В книге приведены основы энергетической газотурбинной техники и энерготехнологии, описаны принципы действия в конструкции газовых турбин, компрессоров, камер сгорания в вспомогательного оборудования газотурбинных установок. Подробно рассмотрены обслуживание и эксплуатация газотурбинных установок при нормальных режимах работы, а также при возникновении неполадок и аварийных ситуаций.

2303030000—463

С ------------36—86

052(01)—86

ББК 31.373 6П2.23
Предисловие

В настоящее время в энергетике, а также других отраслях народного хозяйства наряду с паротурбинными установками и двигателями внутреннего сгорания все шире используются газотурбинные установки (ГТУ). Совершенствование конструкций ГТУ, повышение их эксплуатационных параметров и надежности являются важнейшими задачами, которые предстоит решить на пути интенсификации научно-технического прогресса в нашей стране.

В Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1986—1990 годы и на период до 2000 года говорится о необходимости эффективного развития топливно-энергетического комплекса и реализации Энергетической программы СССР. При этом намечается увеличить добычу газа в 1,6—1,8 раза.

Увеличение добычи газа приведет к новому расширению сети магистральных газопроводов, возрастет потребность в газоперекачивающих агрегатах, одним из основных приводов которых являются ГТУ.

Решение проблемы удовлетворения потребностей народного хозяйства в энергии предъявляет высокие требования к подготовке обслуживающего персонала для энергетических объектов, в том числе и для таких, на которых применяются ГТУ.

Надежная и экономичная работа ГТУ прежде всего зависит от дисциплинированности и грамотности обслуживающего персонала. Машинист газотурбинной установки должен не только знать принцип ее действия и правила технической эксплуатации (ПТЭ), но и понимать сущность протекающих в отдельных элементах физических процессов, ясно представлять, к каким изменениям режима работы приведут отклонения тех или иных физических, параметров.

• Назначение настоящей книги — помочь рабочим овладеть необходимым комплексом знаний.

Автор

Издательство «Высшая школа», 1986

Введение

Принцип действия ГТУ был известен уже в XVIII в., а первый газотурбинный двигатель был построен в России инженером П. Д. Кузьминским в 1897—1900 гг. и тогда же прошел предварительные испытания. Полезная мощность от ГТУ была впервые получена в 1906 г.на установке французских инженеров Арменго и'Лемаля.

На первых этапах развития. ГТУ в них для сжигания топлива применяли два типа камер сгорания. В камеру сгорания первого типа топливо и окислитель (воздух) подавались непрерывно, их горение также поддерживалось непрерывно, а давление не изменялось. В камеру сгорания, второго типа топливо и окислитель (воздух) подавались порциями. Смесь поджигалась и сгорала в замкнутом объеме, а затем продукты сгорания поступали в турбину. В такой камере сгорания температура и давление не постоянны: они резко увеличиваются в момент сгорания топлива.

Со временем выявились несомненные преимущества камер сгорания первого типа. Поэтому в современных ГТУ топливо в большинстве случаев сжигают при постоянном давлении в камере сгорания.

Первые ГТУ имели -низкий кпд, так как газовые турбины и компрессоры были несовершенны. По мере совершенствования этих -агрегатов увеличивался кпд газотурбинных установок и "они становились конкурентоспособными по отношению к другим видам тепловых двигателей.

В настоящее время газотурбинные установки являются основным видом двигателей, используемых в авиации, что обусловлено простотой их конструкции, способностью быстро набирать нагрузку, большой мощностью при малой массе, возможностью полной автоматизации управления. Самолет с газотурбинным двигателем впервые совершил полет в 1941 г.

В энергетике ГТУ работают в основном в то время, когда резко увеличивается потребление электроэнергии, т. е. во время пиков нагрузки. Хотя кпд ГТУ ниже кпд паротурбинных установок (при мощности 20—100 МВт кпд ГТУ достигает 20—30%), использование их в пиковом режиме оказывается выгодным, так как пуск занимает гораздо меньше времени.

В некоторых пиковых ГТУ в качестве источников газа для турбины, вращающей электрический генератор, применяют авиационные турбореактивные двигатели, отслужившие свой срок в авиации Значительной экономии следует ожидать от парогазовых установок (ПГУ), в которых совместно работают паротурбинные ■ газотурбинные установки. Они позволяют на несколько процентов сократить расход топлива по сравнению с лучшими паротурбинными установками.

Наряду с паротурбинными установками и двигателями внутреннего сгорания ГТУ применяют в качестве основных двигателей на передвижных электростанциях.

В доменном производстве энергия уходящих газов используется в газовых турбинах, предназначенных для привода воздушных компрессоров, подающих воздух в рабочее пространство домен.

В технологических процессах нефтеперегонных и химических производств горючие отходы используются в качестве топлива для газовых турбин.

Газотурбинные установки находят также широкое применение на железнодорожном, морском, речном и автомобильном транспорте. Так, на быстроходных судах на подводных крыльях и воздушной подушке ГТУ являются двигателями. На большегрузных автомобилях они могут использоваться в качестве как основного, так и вспомогательного двигателя, предназначенного для подачи воздуха в 'основной двигатель внутреннего сгорания и работающего на его выхлопных газах.

Кроме того, ГТУ служат приводом нагнетателей природного газа на магистральных газопроводах, резервных электрогенераторов пожарных насосов.

Основное Направление, по которому развивается газотурбиностроение, это повышение экономичности ГТУ за счет .увеличения температуры и давления газа перед газовой турбиной. С этой Целью разрабатываются сложные системы охлаждения наиболее напряженных деталей турбин или применяются новые, высокопрочные материалы — жаропрочные на основе никеля, керамика и др.

Газотурбинные установки обычно надежны и просты в эксплуатации при условии строгого соблюдения установленных правил и режимов работы, отступление от которых может вызвать разрушение турбин, поломку компрессоров, взрывы в камерах сгорания и др.

Глава первая

Основные элементы газотурбинных установок

§ 1. Общие сведения о газотурбинных установках

Газотурбинная установка состоит из трех основных элементов: газовой турбины, камер сгорания и воздушного компрессора.

На рис. 1, а показана газотурбинная установка, компрессор 1, камеры сгорания 2 и газовая турбина 3 которой расположены в едином сборном корпусе. Роторы 6 и 5 компрессора и турбины жестко соединены друг с другом и опираются на три подшипника. Четырнадцать камер сгорания располагаются вокруг компрессора каждая в своем корпусе. Воздух поступает в компрессор через входной патрубок и уходит из газовой турбины через выхлопной патрубок. Корпус газотурбинной установки опирается на четыре опоры 4 и 8, которые расположены на единой раме 7.

Тепловая схема такой газотурбинной установки показана на рис. 1, б. В камеры сгорания топливным насосом подаются топливо и сжатый воздух после компрессора. Топливо перемешивается с воздухом, который служит окислителем, поджигается и сгорает. Чистые продукты сгорания также смешиваются с воздухом, чтобы температура газа, получившегося после смешения, не превышала заданного значения. Из камер сгорания газ поступает в газовую турбину, которая предназначена для преобразования его потенциальной энергии в механическую работу. Совершая работу, газ остывает и давление его уменьшается до атмосферного. Из газовой турбины газ выбрасывается в окружающую среду.

Из атмосферы в компрессор поступает чистый воздух. В компрессоре его давление увеличивается и температура растет. На привод компрессора приходится отбирать значительную часть мощности турбины.

Газотурбинные установки, работающие по такой схеме, называют установками открытого цикла. Большинство современных ГТУ работает по этой схеме.

Кроме того, применяются замкнутые ГТУ (рис. 2). В замкнутых ГТУ также имеются компрессор / и турбина 2. Вместо камеры сгорания используется источник теплоты 4, в котором теплота передается рабочему телу без перемешивания с топливом. В качестве рабочего тела может применяться воздух, углекислый газ, пары ртути или другие газы.

Рабочее тело, давление которого повышено в компрессоре, в источнике теплоты 4 нагревается и поступает в турбину 2, в которой отдает свою энергию. После турбины газ поступает в промежуточный теплообменник 5 (регенератор), в котором он подогревает воздух, а затем охлаждается в охладителе 6, поступает в компрессор /, и цикл повторяется, В качестве источника теп- лоты могут использоваться специальные котлы для нагрева рабочего-тела энергией сжигаемого топлива или атомные реакторы.

Охладитель Рис. 2. Схема замкнутой ГТУ:

5-регенератор, в-охладитель

§ 2. Устройство газовой турбины и компрессора

Газовая турбина представляет собой тепловой двигатель, в котором потенциальная энергия газа преобразуется в механическую энергию.

Продольный разрез простейшей газовой турбины показан на рис. 3. На вал / насажен диск 2, в котором укреплены рабочие

лопатки 4. Вал с диском и лопатками в сборе называют ротором. Ротор турбины расположен внутри корпуса 5 и опирается на подшипники скольжения 6. Газ поступает к ротору турбины через сопла, образованные сопловыми лопатками 3. Сопла предназначены для преобразования потенциальной энергии газа в кинетическую. Внутри сопла давление газа уменьшается, а его скорость увеличивается. Перегородки, разделяющие сопла, называют сопловыми лопатками, а все сопловые лопатки, расположенные на одной окружности, — сопловой решеткой.

После сопловой решетки газ поступает к рабочим лопаткам. Промежутки между рабочими лопатками называют рабочими каналами, а все рабочие лопатки на диске — рабочей решеткой. Сопловую решетку и расположенную за ней по ходу газа рабочую решетку называют степенью. Рабочие лопатки изготовлены так, что каналы между ними имеют определенную форму. За счет изменения количества движения газа в рабочих каналах часть его энергии преобразуется в механическую, заставляя вращаться ротор. Ротор соединяется с потребителем механической энергии, которым на электрических станциях является электрический генератор, а на газоперекачивающих—- нагнетатель газа.

Рис. 3. Простейшая турбина:

' 'Г*' ^<Г^сопло»"е н рабочие

a

Поступает газ в турбину через входной патрубок Ј, а уходит из нее отработавший газ через выхлопной патрубок 8.

Корпус турбины состоит из входного и выхлопного патрубков и той части, где расположены сопловые и рабочие лопатки. Таким образом корпус отделяет газ повышенного давления от окружающей среды. Однако в местах выхода ротора из корпуса имеются зазоры, и чтобы предотвратить утечку газа, в корпусе устанавливают уплотнения 7. Корпус турбины внутри или снаружи обязательно покрывают теплоизоляцией.

Компрессор служит для сжатия газа (воздуха) и повышения его энергии и температуры. При малых степенях сжатия в ГТУ в основном используют осевые компрессоры.

Простейший одноступенчатый компрессор состоит из тех же элементов, что и простейшая турбина, поэтому его устройство можно пояснить, используя рис. Ь. Так же как и турбина, компрессор имеет ротор* состоящий из вала /, диска 2 и рабочих лопаток 4. На внутренней поверхности корпуса компрессора располагаются направляющие лопатки 3. Решетку направляющих лопаток и следующую за ней рабочую решетку называют ступенью компрессора.

Воздух засасывается в компрессор через входной патрубок 9. Каналы между направляющими и рабочими лопатками имеют такую форму, что скорость воздуха в них уменьшается, а давление растет. Чтобы производилась работа сжатия воздуха, от турбины отбирается значительная часть мощности, необходимой для вращения ротора компрессора.

Выхлопной патрубок 8 (диффузор) служит для вывода воздуха из компрессора. Давление воздуха за диффузором значительно выше, чем во входном патрубке, и является наибольшим давлением в ГТУ.

Корпус компрессора состоит из входного патрубка, цилиндрической части, в которой расположены направляющие лопатки, и диффузора. Так же как в турбине, в местах выхода ротора из корпуса компрессора располагаются уплотнения 7 Турбины и компрессоры, имеющие одну ступень, называют одноступенчатыми. Турбины и компрессоры большой мощности с одной ступенью сконструировать обычно не удается. В этом случае на роторе приходится располагать несколько ступеней одну за другой. Такие турбины и компрессоры называют многоступенчатыми.
§ 3. Роторы газовых турбин и компрессоров

Роторы газовых турбин и компрессоров работают в сложных условиях: температура воздуха перед компрессором в зимнее время может снижаться до —50° С, а температура газа перед турбиной быть более 1000° С. При слишком низких температурах металлы становятся хрупкими и проявляется такое их свойство, как хладноломкость, а при высоких температурах в результате большой пластичности — ползучесть.

В газотурбинных установках используют цельнокованые, сварные и сборные роторы.

Роторы турбины и компрессора ГТУ могут выполняться как самостоятельные элементы или собираться в единый ротор. Цельнокованые роторы турбины и компрессора показаны на рис, 4, а—г.

Ротор, показанный на рис. 4, а, состоит из роторов турбины и компрессора, изготовленных из одной поковки. В настоящее время такие роторы в мощных ГТУ не применяют. Основной их недо- статок состоит в том, что роторы турбины и компрессоры приходится изготавливать из одного металла.

Рис. 4. Цельнокованые роторы:

а — из одной поковки (турбины и компрессора), б, в — барабанного и дискового типов (компрессора), г — турбины; 1, 6 — шейки ротора, 2, 5 — концевые уплотнения, 3 — иазы (места установки лопаток компрессора), 4 — диски турбины. 7 — центральное сверление, S — фланец, S — расточка, 10 — диски с лопатками компрессора; /—// — компрессорная и турбинная части

Это невыгодно, так как ротор турбины работает при высокой температуре и для него требуется металл высокого качества, а ротор компрессора может быть изготовлен из более дешевого металла. Однако на примере этого ротора удобно рассмотреть назначение основных его элементов. . Ротор можно, разделить на две части: компрессорную 7 и турбинную //. На концах ротора выполняются шейки 1 и 6, которыми он опирается на подшипники. За шейками располагаются места установки концевых уплотнений 2 и 5. В компрессорной части ротора протачиваются специальные пазы 3, в которых крепятся рабочие лопатки компрессора, а в турбинной — диски 4, на цилиндрической части которых также выполняются пазы, необходимые для крепления рабочих лопаток турбины.

Вдоль оси ротора для контроля качества металла протачивается центральное отверстие 7. Через него обнаруживают язвы, трещины, пустоты, которые могут возникнуть при ковке заготовки ротора.

Цельнокованые роторы барабанного типа (рис. 4, б) применяют в компрессорах. Так как внутри ротора выполнена большая полость (расточка) 9, он получается относительно легким и жестким. На правом конце такого ротора имеется фланец 8, к которому может крепиться концевик с шейкой под подшипник и концевыми уплотнениями или ротор газовой турбины.

Цельнокованые роторы дискового типа (рис. 4, в) чаще всего используются в компрессорах. Рабочие лопатки компрессора располагаются в пазах, выполненных на цилиндрической части дисков 10. Если число ступеней в газовых турбинах невелико, в них также применяют цельнокованые роторы. На рис. 4, г показан цельнокованый ротор двухступенчатой газовой турбины, который фланцем 8 крепится к ротору компрессора.

Роторы компрессоров изготавливают также сварными (рис. 5). Такие роторы состоят из нескольких сваренных, друг с другом дисков 6. К первому (левому) диску приварен концевик 2 с концевыми уплотнениями 3 и шейкой У, последний (правый) диск имеет выступ, который заканчивается фланцем 5. Сварные роторы обладают большой прочностью и жесткостью.

В газотурбинных установках часто используются сборные роторы турбин и компрессоров: с насадными дисками, а также из сплошных дисков и из дисков с центральными отверстиями, скрепляемых стяжками.

Роторы с насадными дисками (рис. 6) в основном применяют в компрессорах. Диски 1 насаживают на вал 2 с натягом, для чего их предварительно нагревают, чтобы диаметр внутренней расточки увеличился. После остывания диски плотно охватывают вал. Роторы такой конструкции можно использовать при относительно небольших температурах.

Роторы турбины и компрессора, состоящие из отдельных дисков и концевиков без центрального отверстия, показаны на рис. 7, а, б. Диски имеют отверстия 10, расположенные вдали от оси вращения ротора. Через эти отверстия пропущены стяжки 4. С помощью гаек 2 и 6, которые навинчиваются на стяжки, диски и концевики плотно прижимаются друг к другу. Центровка дисков и концевиков обеспечивается окружными поясками 5 (рис. 7, а) или специальным зубчиковым (хиртовым) соединением 8 (Рис.7, б).

Рис. 5. Сварной ротор компрессора: / — шейка, 2 — концевик, 3 — концевые уплотнения, < —места установки лопаток, 5 —фланец, 6 — диски

Рис. 6. Ротор компрессора с насадными дисками: / — диски, 2 — вал, 3 — концевые уплотнения, 4 — шейка

Рис. 7. Сборные роторы:

^'„-J~⁶^es Центрального отверстия (компрессора и турбины), в —с центральным отверстием (турбины); /, 7-концевики, 2, S - гайки, 3-дискв, 4 —стяжки, 5 —пояски, в — зубчнковые (хиртовые) соединения » — ступица, to — отверстия в диске

Применяются также роторы с одной центральной стяжкой 4 (рис. 7, в), которая должна быть большого диаметра, чтобы обеспечивать необходимое усилие натяга гайками. При этом в дисках приходится выполнять центральное отверстие, что снижает их механическую прочность. Чтобы избежать уменьшения прочности дисков, в центральной части их утолщают.— создают ступицу Р.

Применяют также другие конструкции сборных роторов. Так, ротор турбины (рис. 8) собирают из сплошных дисков 4, соединенных штифтами 2, пропущенными через специальные уголки 3, выточенные заодно с дисками. На рис. 9 показан ротор турбины, собранный из дисков 4, соединенных призонными болтами 2, пропущенными через буртики 3 на ступицах соседних дисков.

Все конструкции роторов, приведенные на рис. 4—9, изображены без рабочих лопаток.

Рабочие лопатки (рис. 10) крепятся на периферии дисков или цилиндрической поверхности ротора и состоят из пера 3 и хвостовика 2. Между соседними лопатками образуются каналы для прохода газа. Хвостовик необходим для крепления лопатки в диске. Полки 4 образуют дно каналов, ограниченных перьями соседних лопаток.

Хвостовик лопатки, образующий зубчиковое соединение с диском, показан на рис. 11. Зубцы / представляют собой опоры, на которые распределяется нагрузка от сил, возникающих при вращениях и стремящихся вырвать рабочую лопатку из диска 6. Зубцы опираются на выступы 5 диска.

Рабочие лопатки располагаются по всей окружности периферии диска в пазах 7 на точно заданных друг от друга расстояниях (шагах). Если пазы 7 параллельны оси вращения ротора, такое расположение хвостовика называют осевой заводкой. Этот тип хвостовиков широко применяется для крепления рабочих лопаток газовых турбин. В роторах компрессоров чаще применяют косую заводку, при которой пазы расположены под углом к оси вращения ротора.

Рабочие лопатки компрессоров имеют хвостовики более простых конструкций (рис. 12, а—е). На рис. 12, а показан хвостовик типа «ласточкин хвост». Боковые скошенные поверхности хвостовика 2 лопатки опираются на расположенные под таким же углом поверхности паза_ в роторе 3. На рис. 12, б показан зубчиковый хвостовик постоянной ширины. При шарнирном соединении рабочей лопатки компрессора с диском 6 (рис. 12, в) ее хвостовик 2 имеет отверстие 8, через которое проходит палец 7, укрепленный в диске. Лопатка занимает рабочее положение при вращении ротора. Такой тип крепления используется редко.

Для крепления лопаток с помощью зубчиковых хвостовиков или шарнирного соединения на наружной цилиндрической поверхности дисков вытачиваются пазы в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора. Такое расположение хвостовиков рабочих лопаток называют тангенциальной заводкой.

Рабочие лопатки устанавливают на роторе («облопачивают ротор») до установки его в турбину.

Рис. 10.' Рабочая лопатка турбины:

1 — зубцы, 2 — хвостовик, 3 — перо, 4 — полка

Рис. 8. Сборный ротор турбины из сплошных дисков:

1- 5 — концевнки, 2 — штифты, 3 — полки, 4 — диски

Рис. 9. Сборный ротор турбины из дисков с центральным отверстием:

/, 5 — концевикй ротора, 2 — призои-ные болты, 3 — буртики, 4 — диски

Рис. 11. Хвостовик рабочей лопатки:

/ — зубцы, 2 — тело, 3 — перо лопатки, 4 — полка, 5 — выступы диска, 6 — диск, 7 — паз диска

-хв^тоГик хвостовик

Рис. 12. Типы креплений рабочих лопаток компрессоров: хвост, б — зубчнковый хвост, в — шарнирное соединение; / — перо лопатки, 3 — ротор, 4 — зубцы, S — выступе ротора, 6 — диск, 7 — палец, * — отверстие, 9 — теле вилка

Кроме того, до установки в турбину обязательно проводят статическую и динамическую балансировку как необлопаченного, так и облопаченного ротора.

При статической неуравновешенности (рис. 13, с) центр тяжести ротора не совпадает с осью вращения, а при динамической (рис. 13, б) совпадает, так как одинаковые небалансы расположены в разных плоскостях вдоль оси ротора.

Статическую неуравновешенность (рис. 13, а) можно обнаружить в поле сил тяжести. Если установить ротор на специальные опоры 3, он займет такое положение, при котором его центр тяжести 4 окажется внизу.
7 кР

Рис. 13. Схемы неуравновешенности ротора:

а — статической, . б — динамической; / — небаланс, 2 — ротор, 3 — опоры, 4 — центр тяжести ротора

Динамическую неуравновешенность (рис. 13, б) нельзя обнаружить, если ротор не вращается. На рис. 13, б показаны два одинаковых небаланса /, расположенные на окружностях равных радиусов напротив друг друга, но в разных местах по длине ротора. В этом случае центр тяжести 4 совпадает с осью вращения ротора, который в поле сил тяжести будет неподвижен. Однако если начать вращать ротор, то появятся силы Р, развиваемые небалансами /, которые создадут момент на плече /. Под действием пары сил Р ротор начнет вибрировать. При балансировке добиваются, чтобы небаланс укладывался в установленные нормы. Балансировку проводят с помощью специальных приспособлений и станков.
§ 4. Подшипники роторов

Роторы турбин и компрессоров опираются на опорные подшипники, которые воспринимают их вес. В свою очередь, на ротор действуют 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-ноге подшипника 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	5				ч
				9	«'■	4

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.

1 2 3 4 5 6

в. с. соколов