Тепловая схема судовой паротурбинной установк и

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«КЕРЧЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОРСКОЙ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

Кафедра судовых энергетических установок

 

 

Конюков В.Л.

 

 

СУДОВЫЕ ТУРБОМАШИНЫ

 

Практикум по изучению устройства и принципа действия

 судовых турбомашин и их элементов для курсантов

 специальности 26.05.06 Эксплуатация судовых энергетических установок очной и заочной форм обучения

 

Керчь, 2019 г.

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………………………….....				4
1	Тепловая схема судовой паротурбинной установки………………….....			6
2	Устройство и принцип действия судовых турбин……………………….			10
	2.1	Устройство и принцип действия турбинной ступени……………...		10
	2.2	Устройство и принцип действия паровой турбины………………..		14
	2.3	Детали проточных частей судовых турбомашин…………………..		29
		2.3.1	Сопловые устройства первых ступеней паровых турбин…..	29
		2.3.2	Диафрагмы и сопловые аппараты промежуточных ступеней……………………………………………………….	21
		2.3.3	Рабочие и направляющие лопатки…………………………..	25
		2.3.4	Крепление лопаток……………………………………………	27
	2.4	Роторы судовых турбомашин……………………………………….		31
3	Устройство и принцип действия судового конденсатора………………			36
4	Устройство и принцип действия судового газотурбинного двигателя...			40
	4.1	Состав и конструктивные схемы газотурбинных двигателей……..		40
	4.2	Устройство и принцип действия камер сгорания………………….		44
	4.3	Устройство и принцип действия осевого компрессора……………		52
	4.4	Устройство и принцип действия центробежного компрессора…...		56
5	Устройство и принцип действия подшипников скольжения…………...			59
	5.1	Устройство и принцип действия опорных подшипников скольжения……………………………………………………………		60
	5.2	Устройство и принцип действия упорных подшипников скольжения……………………………………………………………		64
Список использованной литературы				68

Введение

Практикум по изучению устройства и принципа действия судовых турбомашин и их элементов разработан в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом по направлению подготовки (специальности) 26.05.06 «Эксплуатация судовых энергетических установок» и уровню высшего образования Специалитет, утвержденного приказом Минобрнауки России от 15.03.2018 года № 192 (далее – ФГОС ВО), рабочей программой учебной дисциплины «Судовые турбомашины».

Целью изучения дисциплины «Судовые турбомашины» является подготовка будущих инженеров-механиков для выполнения задач профессиональной деятельности по технической эксплуатации судов и судового энергетического оборудования, техническому наблюдению за судном, проведению испытаний и определению работоспособности судового оборудования, организации безопасного ведения работ по монтажу и наладке судовых технических средств, выбору оборудования, элементов и систем для замены в процессе эксплуатации судов. Для работы в области технической эксплуатации главного и вспомогательного энергетического оборудования морского, речного, рыбопромыслового, технического и специализированного флотов, энергетических установок вспомогательных судов военно-морского флота, буровых платформ, плавучих дизельных электростанций, автономных энергетических установок, а также, для работы на судоремонтных предприятиях и в научно-исследовательских, проектных организациях в области судовых энергетических установок и их элементов (главных и вспомогательных) в направлении рабочих процессов, конструкции, прочности и надежности лопаточных машин двух типов: турбин, являющихся тепловыми двигателями, и компрессоров, предназначенных для повышения давления рабочего тела.

Задачей дисциплины является дать будущим инженерам-механикам знания о видах и принципах действия судовых турбомашин и турбинных установок, потерях энергии в турбинной ступени, многоступенчатых турбинах со ступенями скорости и ступенями давления, переменных режимах судовых турбоагрегатов, тепловых расчетах турбинных ступеней, взаимодействии турбин и компрессоров, условиях работы деталей турбомашин, обеспечении прочности и надежности, конструкциях судовых турбоагрегатов, их узлов и систем.

Дисциплина «Судовые турбомашины» входит в обязательную часть учебного плана и является завершающей дисциплиной. Изучение дисциплины «Судовые турбомашины» требует основных знаний, умений и компетенций по дисциплинам: «Математика», «Информатика», «Химия», «Начертательная геометрия. Инженерная графика», «Экология», «Философия», «Морское право», «Физика», «Теоретическая механика», «Сопротивление материалов», «Техническая термодинамика и теплопередача», «Гидромеханика», «Теория механизмов и машин», «Детали машин и основы конструирования», «Теория и устройство судна», «Экономика», «Основы автоматики и теории управления техническими системами», «Математические основы эксплуатации СЭУ», «Судовые вспомогательные механизмы, системы и устройства», «Судовые котельные и паропроизводящие установки», «Судовые двигатели внутреннего сгорания», «Технология технического обслуживания и ремонта судов», «Подготовка специалиста по спасательным шлюпкам и плотам и дежурным шлюпкам, не являющимися скоростными дежурными шлюпками (Правило VI/2-1)», «Судоремонтная практика», «Учебная плавательная практика», «Производственная плавательная практика».

В результате изучения дисциплины курсант должен:

знать: виды и принцип действия судовых турбомашин и турбинных установок, потери энергии в турбинной ступени, многоступенчатые турбины со ступенями скорости и ступенями давления, переменные режимы судовых турбоагрегатов, тепловые расчеты турбинных ступеней, взаимодействие турбин и компрессоров, условия работы деталей турбомашин, обеспечение прочности и надежности, конструкция судовых турбоагрегатов, их узлов и систем;

уметь: производить управление (регулирование) судовых технических средств турбомашин с помощью традиционных автоматизированных или компьютерных систем;

владеть: методами, обеспечивающими готовность, надежный пуск и контроль режимов работы главного двигателя, турбомашин и других судовых технических средств и обслуживающих систем; методами оценки влияния внешних факторов (метеоусловия, течение, мелководье, обрастание корпуса) на работу судовых энергетических установок, определения причин, вызывающих отклонения рабочих параметров, расчета и установления оптимальных режимов работы судового пропульсивного комплекса.

 

Вопросы для самоконтроля

1. Дайте определение тепловой схемы паротурбинной установки;

2. Чем отличается развернутая тепловая схема от принципиальной?

3. Перечислите оборудование, входящее в состав конденсатно-питательной системы тепловой схемы, приведенной на рисунке 1;

4. Каково назначение маневрового устройства ГТЗА?

5. Каким образом классифицируются регенеративные ПТУ?

6. Какие функции выполняет деаэратор ПТУ, тепловая схема которой приведена на рисунке 1?

7. С какой целью производится отсос паровоздушной смеси из конденсатора?

 

Вопросы для самоконтроля

1. Из каких элементов состоит турбинная ступень?

2. Какие энергетические преобразования происходят в сопловом аппарате турбинной ступени?

3. Какие энергетические преобразования происходят в рабочем аппарате турбинной ступени?

4. Чем отличается центростремительная турбинная ступень от центробежной?

5. Дайте определение степени реактивности турбинной ступени.

6. Изобразите треугольник скоростей турбинной ступени и дайте характеристику каждому вектору скорости.

Вопросы для самоконтроля

1. С помощью каких элементов ротор турбины фиксируется в корпусе?

2. Как корпус паровой турбины крепится к судовому фундаменту?

3. Дайте характеристику регулировочной турбинной ступени.

4. Чем отличаются роторы активных паровых турбин от роторов реактивных паровых турбин?

5. Как производится крепление лопаток соплового аппарата активной паровой турбины?

6. Как производится крепление лопаток соплового аппарата реактивной паровой турбины?

7. С какой целью выполняются разгрузочные отверстия в дисках ротора активной паровой турбины?

8. Каково назначение думмиса?

9. Какой тип уплотнений рабочего тела используется в паровых турбинах?

10.  Каково назначение камер отсоса пара от уплотнений?

11. Каково назначение камер укупорки пара в уплотнениях?

Рисунок 7 – Продольный разрез судовой турбины высокого давления

 

Крепление лопаток

Крепление лопаток в роторе производится различными способами. Все эти способы крепления (хвостовики) можно разделить на два основных типа:

1. Крепление погруженного типа, когда хвостовики лопаток заводятся в специальные выточки в ободе диска или барабана.

2. Крепление верхового типа, когда хвостовики лопаток надеваются верхом и закрепляются на соответствующем гребне диска, а обод диска получается облегченным.

В то же время, крепления лопаток можно классифицировать в зависимости от вида перемещения лопатки перед постановкой ее на штатное место в роторе: на окружные, осевые и радиальные.

Часто встречающиеся формы лопаточных хвостовиков изображены на рис. 18.

 

Рисунок 18 - Формы лопаточных хвостовиков:

г – с боковым вырезом (Г-образный); д – Т-образный; е – молотообразный; ж – Т-образный с подклинкой; з – елочка; и – зубчиковый; к – обратный молот; л – грибовидный трехопорный.

 

    Для сильно нагруженных рабочих лопаток используют их верховые крепления (вильчатые хвостовики), которые представлены на рисунке 19.

Лопатки осевых компрессоров крепят, используя хвостовики «ласточкин хвост» или цилиндрические хвостовики (крепления Лаваля), которые представлены на рисунке 20.

 

             

              а                     а                     б

Рисунок 19 – Верховые крепления лопаток:

а – при одном гребне на диске; б – при двух гребнях на диске

 

 

                       м                     н

Рисунок 20 – Хвостовики для лопаток осевых компрессоров:

м – крепление типа «ласточкин хвост»; н – цилиндрический хвостовик

Хвостовики с одним боковым вырезом имеют направляющие лопатки; хвостовики зубчиковые, Т-образные, а также типа ласточкин хвост имеют как направляющие, так и рабочие лопатки. Хвостовики типа ласточкин хвост, Т-образный и молотообразныйпредназначены для небольших и средних нагрузок. Зубчиковые крепления — для обычных средних и повышенных нагрузок. Наконец, крепления по типу обратный молот, елочка, верховые и грибовидный трехопорный - для весьма нагруженных лопаток.

В целях борьбы с вибрацией под влиянием воздействия струй пара кон­цы активных лопаток обычно скрепляются бандажной лентой, надеваемой на шипы 6 (рис. 17), которые затем расклепываются. Бандажная лента состоит по окружности из нескольких отрезков, между которыми имеются зазоры (порядка 1—2 мм) для теплового расширения. Концы отрезков иногда припаиваются к лопаткам.

В последнее время некоторое распространение получил способ крепления бандажа к лопаткам с помощью сварки. Иногда, обычно в случае больших окружных скоростей, каждая лопатка изготавливается за одно целое с бандажной полкой (рис.21). Смыкаясь, эти полки образуют сплошное кольцо — бандаж.

 

 

Рисунок 21 – Рабочие лопатки газовых турбин:

а, б – газоохлаждаемые лопатки; в – лопатка с бандажной полкой;

г – крепление рабочих лопаток в доске газовой турбины;

1 – хвостовик лопатки (типа елочка); 2 – перо лопатки;

3 – бандажная полка с уплотнительными гребнями

 

В реактивных турбинах давление пара по обе стороны лопаток неодинаково, вследствие этого часть пара протекает через радиальные зазоры между рабочими лопатками и корпусом, а также направляющими лопатками и ротором, не совершая работы. В целях уменьшения протечки пара эти радиальные зазоры делаются весьма малыми. При этом не исключена возможность задевания лопаток за корпус или ротор (например, при неравномерном расширении отдельных частей турбины, короблении и т. п.). Чтобы в этом случае предотвратить аварию концы реактивных лопаток заостряют (рис. 15), вследствие чего при задевании о корпус или ротор они легко стачиваются. У таких лопаток ленточные бандажи обычно не ставятся. Их назначение выполняет связующая проволока, которую пропускают через отверстия или сделанные в верхних частях лопаток вырезы, и затем припаивают к лопаткам серебряным припоем (рис.22). Между отдельными отрезками проволоки, как и у ленточного бандажа, делаются тепловые зазоры. Длина отрезков проволоки колеблется от 20 до 400 мм, диаметр проволоки принимается от 4 до 9 мм, в зависимости от ширины лопаток.

У коротких реактивных лопаток высотой меньше 30 мм связующей проволоки обычно не ставят. При наличии высоких активных или реактивных лопаток в дополнение к ленточному бандажу или верхнему ряду связующей проволоки добавляется, в зависимости от высоты лопаток, еще один-два ряда связующей проволоки.

Скрепление между собой тем или иным способом группы лопаток образует так называемый лопаточный пакет. В пакет обычно входит 6—12 лопаток. Пакеты друг с другом не связаны и могут свободно колебаться во всех направлениях. Иногда для уменьшения размаха колебаний пакетов между соседними пакетами ставятся проволочные мостики.

 

Рисунок 22 – Установка связующих проволок на рабочих лопатках

 

Для возможности ввода лопаточных хвостов погруженного типа в пазы ротора (или корпуса) в последних делается уширение (колодец). Лопатки и вставки поочередно заводят в это уширение и прогоняют по окружности до надлежащего места. После набора всех лопаток и вставок уширение заделывается замками. При больших диаметрах ротора число замков увеличивается до двух и даже до трех.

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое парциальный впуск рабочего тела в турбинной ступени?

2. Дайте определение степени парциальности турбинной ступени.

3. Назовите способы формирования сопловых аппаратов первых ступеней паровых турбин.

4. Каково назначение диафрагм паровых турбин?

5. Назовите способы крепления диафрагм в корпусе паровой турбины.

6. Как перемещается рабочая лопатка турбины в режиме выработки механической энергии?

7. Чем отличаются профили рабочих лопаток активных турбинных ступеней от профилей рабочих лопаток реактивных турбинных ступеней?

8. Что такое бандаж и каково его назначение?

9. Дайте классификацию хвостовиков турбинных лопаток.

10. Перечислите формы лопаточных хвостовиков.

11. Каково назначение связующих проволок на рабочих лопатках турбин?

Роторы судовых турбомашин

Под ротором понимается совокупность всех вращающихся частей турбины или компрессора.

По способу изготовления роторы разделяются на цельнокованые и составные, а по конструкции – на дисковые, барабанные и комбинированные.

Цельноковаными изготовляют роторы паровых и газовых турбин, а иногда и осевых компрессоров газотурбинных двигателей промышленного типа. Цельнокованые роторы просты в изготовлении, надежны в условиях переменных режимов работы двигателей. Недостаток их – трудность получения доброкачественных поковок большого диаметра.

На рисунке 7 показана паровая турбина с цельнокованым ротором. Вдоль оси ротора, по всей его длине, выполнено сверление, которое используется для контроля качества поковки перед началом ее механической обработки.

Составными изготовляют роторы мощных паровых турбин, роторы газовых турбин и осевых компрессоров. Достоинства составных роторов заключаются в возможности использования для изготовления их отдельных частей стали разных марок, получения жесткой облегченной конструкции из дисков без центрального сверления, допускающих высокую окружную скорость. Составные дисковые роторы позволяют иметь неразъемный корпус и изготовить ротор большого диаметра.

На рисунке 23 показан составной ротор паровой турбины реактивного типа. Ротор выполнен из двух цельнокованых частей, соединенных с помощью посадки и резьбовых шпилек. Такая конструкция ротора позволила выполнить его облегченным, удалив часть металла из внутренней части поковки.

 

Рисунок 23 – Составной ротор паровой турбины,

 выполненный из двух цельнокованых частей

 

Составной ротор может быть сборным или сварным. В первом случае он состоит из отдельных дисков, насаженных на вал или соединенных между собой и с валом при помощи стяжных болтов и стопорных штифтов, во втором отдельные части ротора (валы, диски) соединяют при помощи сварки.

В паровых турбинах дисковая конструкция ротора является характерной особенностью для активных турбин, а барабанная – для реактивных. В настоящее время такие роторы изготовляют цельноковаными. В газовых турбинах наибольшее распространение нашли сборные дисковые роторы, в осевых компрессорах, как правило, применяются составные барабанные роторы, состоящие из отдельных частей, сборных или сварных дисков.

На рисунке 24 представлены составные наборные роторы осевых компрессоров с центральной стяжкой

В газовых турбинах широко используется консольное крепление диска газовой турбины к ротору компрессора. При таком креплении необходимо разгрузить соединительные болты от срезывающих усилий. Это достигается тем, что посадка диска на фланце ротора компрессора осуществляется на шлицах или диск насаживают на фланец с небольшим натягом и соединяют с ним радиальными штифтами. Радиальные штифты используют и при соединении между собой дисков в сборном роторе осевого компрессора с центральной стяжкой дисков одним болтом (рис 25). Часто вместо радиальных штифтов для разгрузки стяжных болтов применяют торцевые шлицы (рис. 26).

 

Рисунок 24 – Наборные роторы осевых компрессоров

 с центральной стяжкой:

а – барабанная конструкция; б – дисковая конструкция

 

 

                           

 

Рисунок 25 – Фиксация диска радиальным штифтом

 

 

   

 

Рисунок 26 – Соединение дисков газовой турбины

с помощью торцевых шлицев

 

             

Рисунок 27 – Наборные роторы с периферийной стяжкой дисков:

а – ротор компрессора; б – ротор компрессора и турбины

 

    Наборные роторы с периферийной стяжкой дисков несколькими болтами позволяют получить более жесткую конструкцию, обеспечивающую повышенную прочность, так как диски изготовляются сплошными без центрального отверстия (рис. 27 б).

    На рисунке 28 показан составной сварной ротор паровой турбины реактивного типа, а на рисунке 29 - сварно-наборный ротор турбокомпрессора. Этот ротор состоит из вала 1, рабочего колеса компрессора 2, насаженного на вал, диска 3 газовой турбины, сваренного с валом, и рабочих лопаток 4, приваренных к диску.

 

 

 

 

Рисунок 28 – Составной сварной ротор паровой турбины

   

   

Рисунок 29 – Сварно-наборный ротор турбокомпрессора

 для наддува дизелей.

 

    Диски роторов судовых турбомашин изготовляются сплошными и с центральным отверстием. По форме диски могут быть плоскими, коническими, гиперболическими, равного сопротивления и комбинированными (рис 25, рис. 30). В дисках равного сопротивления напряжения в любом радиальном сечении имеют одно и то же значение.

 

 

 

                       а                     б                               в

Рисунок 30 – Диски роторов судовых турбомашин:

а – плоский; б – конический; в – диск равного сопротивления

Вопросы для самоконтроля

1. Как классифицируются роторы по способу изготовления?

2. Перечислите преимущества цельнокованых роторов.

3. Перечислите преимущества составных роторов.

4. Какие типы дисков используются в судовых турбомашинах?

5. Что такое диск равного сопротивления?

Вопросы для самоконтроля

1. Перечислите преимущества газотурбинных установок по сравнению с дизельными установками.

2. Назовите способы повышения КПД газотурбинной установки.

3. Назовите основные отличия газотурбинных установок промышленного типа от газотурбинных установок авиационного типа.

4. Какие процессы происходят в регенераторе газотурбинного двигателя?

5. Объясните причину повышения экономичности газотурбинного двигателя при введении промежуточного охлаждения воздуха.

 

Вопросы для самоконтроля

1. Перечислите специфические требования, предъявляемые к камерам сгорания.

2. Назовите преимущества выносных камер сгорания по сравнению с встроенными.

3. Каково назначение первичного воздуха, поступающего в камеру сгорания?

4. Каково назначение вторичного воздуха, поступающего в камеру сгорания?

5. Назовите причину воспламенения топлива в камере сгорания при запуске газотурбинного двигателя.

6. Перечислите конструктивные особенности трубчатых камер сгорания.

7. Перечислите конструктивные особенности трубчато-кольцевых камер сгорания.

8. Перечислите конструктивные особенности кольцевых камер сгорания.

 

Вопросы для самоконтроля

1. Из каких элементов состоит ступень осевого компрессора?

2. Какие энергетические преобразования имеют место в рабочем аппарате компрессорной ступени?

3. Какие энергетические преобразования имеют место в направляющем аппарате компрессорной ступени?

4. Каково назначение входного направляющего аппарата?

5. Какие элементы входят в состав выходного устройства осевого компрессора?

6. Какую форму имеют межлопаточные каналы рабочего и направляющего аппаратов компрессорной ступени?

7. Перечислите типы проточных частей осевых компрессоров.

 

Вопросы для самоконтроля

1. Какие энергетические преобразования имеют место в межлопаточных каналах рабочего колеса?

2. Какие энергетические преобразования имеют место в направляющем аппарате центробежного компрессора?

3. Каково назначение входного патрубка центробежного компрессора?

4. Каково назначение спиральной камеры центробежного компрессора?

5. Каково назначение вращающегося направляющего аппарата?

6. Каково назначение неподвижного входного направляющего аппарата?

7. Перечислите виды рабочих лопаток центробежного компрессора.

8. Что такое закрытое рабочее колесо центробежного компрессора?

Подшипников скольжения

Во время работы опорного подшипника скольжения центр шейки вала 0₁ не совпадает с центром вкладыша 0 (рис. 45).Для образования масляной

Рисунок 45 – Схема положения шейки вала во вкладыше:

а – в состоянии покоя; б – в состоянии вращения по часовой стрелке

пленки между шейкой и вкладышем необходимо иметь зазор δ. При вращении шейки по часовой стрелке её центр смещается относительно центра вкладыша по направлению вращения (рис. 45, б) и шейка как бы всплывает на масляной пленке.

Всякий опорный подшипник главных турбин состоит из следующих основных частей: корпуса или стула, крышки, двух вставных вкладышей (верхнего и нижнего), маслоотбойного устройства, болтов для крепления крышки к корпусу, масляных трубок, контрольных приборов, кожуха и т. п.

Корпус опорного подшипника (стул турбины) выполняется как самостоятельная конструкция или отливается из чугуна или углеродистой стали заодно с корпусом турбины. Крышка подшипника обычно отливается из углеродистой стали. Вкладыши подшипника изготавливаются из стали или бронзы.

Для уменьшения потерь на трение внутренняя поверхность их заливается антифрикционным сплавом — баббитом марки Б-83, содержащим около 83% олова. Ввиду особой важности и ответственности службы.подшипников турбин заливку вкладышей другими сортами баббита производить нельзя.

Для подшипников турбин применяется циркуляционная смазка с давлением масла 50…70 кПа. Температура масла, выходящего из подшипников, не должна превышать 60…70°С; температура входящего в подшипник масла — 40… 50°С.

Опорные подшипники по способу установки их вкладышей в корпусах (стульях) подшипников бывают жесткими и самоустанавливающимися. Вкладыши жестких подшипников имеют цилиндрическую наружную поверхность (подобно цилиндрическим вкладышам, рамовых подшипников) и устанавливаются в цилиндрические расточки корпусов и крышек подшипников (рис.46). Прогиб вала при жестких подшипниках приводит к давлению шейки на концевые участки вкладышей (см. рис.47,а) и к быстрому их износу. Поэтому такие подшипники применяются при коротких рото­рах с относительно большим диаметром вала.

 

Рисунок 46 – Вкладыш жесткого подшипника

 

Вкладыши самоустанавливающихся подшипников имеют сферическую опорную поверхность и устанавливаются в сферической расточке корпуса подшипника. Благодаря этому при небольших изменениях положения оси вала они имеют возможность повернуться в ту или иную сторону и ось их при этом всегда совпадает с осью вала (см. рис.47,б). Такие подшипники дол­жны применяться при длинных роторах с относительно небольшим диаметром.

 Вкладыши нерегулируемых подшипников непосредственно своей наружной поверхностью опираются на поверхности расточек корпусов подшипников.

На рисунке 46 приведен чертеж вкладышей жесткого нерегулируемого подшипника турбины т/х «Балтика». Два бронзовых вкладыша 1 и 2 имеют баббитовую заливку 3. Для лучшего удержания баббита во вкладышах простроганы и выточены продольные и поперечные канавки в форме ласточкина хвоста. Нижний вкладыш помещается в расточке стула, а верхний — в крышке. В плоскости разъема вкладыши стопорятся от проворачивания утопленными впотай винтами.

Смазочное масло входит во вкладыш по каналу 4, сделанному в горизонтальном разъеме вкладыша, поступает к шейке вала, растекается в обоих направлениях по шейке и затем стекает с обоих концов вкладыша в сливную полость. Около каналов 4 на баббитовой заливке сделаны скосы для того, чтобы масло легко поступало на вал и не прерывалась масляная пленка.

 

а)

Рисунок 47 -. Схема положения изогнутого вала ротора,

а - несамоустанавливающиеся б – самоустанавливающиеся

 

Вкладыши регулируемых подшипников устанавливаются на сухарях (колодках), привернутых к корпусу вкладыша винтами (рис. 48). Наружная поверхность сухарей протачивается концентрично с расточкой, и пригоняется по расточке корпуса подшипника. Между сухарями и вкладышами устанавливаются стальные прокладки, подбором которых достигают необходимого положения ротора в корпусе турбины. Этим значительно облегчается подгонка вкладышей после перезаливки, сборка и центровка турбины.

Турбины Кировского завода имеют регулируемые самоустанав­ливающиеся подшипники другого типа (рис.49).

Подшипник (рис. 49) снабжен двумя стальными вкладышами 1 и 6, на наружной цилиндрической поверхности которых имеются четыре выреза. В эти вырезы установлены стальные сухари 8, крепящиеся к вкладышам винтами и штифтами. Между сухарями и вкладышами установлены латунные прокладки 11. Сферические поверхности сухарей опираются на обойму 7. Обойма состоит из двух половин, которые крепятся к цилиндрической рас­точке стула и крышке винтами 4.

Рисунок 48 – Общий вид регулируемых вкладышей

 

Рисунок 49 – Опорный подшипник с самоустанавливающимся вкладышем

 

Верхний и нижний вкладыши соединяются между собой четырьмя шпильками с гайками 9. Точная установка (центровка) верхнего вкладыша относительно нижнего обеспечивается замком 5и двумя направляющими штифтами. От проворачивания вкладыши удерживаются штифтом 10, вставленным в нижний вкладыш и помещающимся в вырезе нижней обоймы с зазором, что допускает поворот вкладыша в обойме.

Масло в подшипник подается по каналам 3 и 2, баббит со стороны подвода масла имеет развалку для растекания масла по шейке вала. В верхней половине вкладыша сделан кольцевой канал, по которому масло поступает по обе стороны шейки, обеспечивая образование масляного клина, при работе на передний и задний ход. В противном случае потребовалось бы два подвода масла к подшипнику.

Чтобы не было утечки масла из подшипника в месте выхода масла из корпуса, со стороны уплотнительной коробки предусмотрено маслозапорное устройство, состоящее из латунного щитка (из двух половин), крепящегося к нижнему и верхнему вкладышу, и двух бронзовых маслоудерживающих полуколец, заведенных в крышку и стул.

В приливе крышки имеются отверстия для установки соответственно термометра, маслоконтрольного прибора и микрометра; с помощью последнего измеряется проседание вала, а следовательно, и износ баббита.

Главное достоинство самоустанавливающихся регулируемых подшипников этого типа состоит в том, что вкладыш имеет цилиндрическую поверхность, а сфера вытачивается в обойме, а не в стуле.

Вопросы для самоконтроля

1. Перечислите основные элементы опорного подшипника скольжения.

2. Каким антифрикционным материалом покрываются внутренние поверхности вкладышей опорных подшипников главных турбин?

3. Какую форму имеют опорные поверхности вкладышей самоустанавливающихся подшипников?

4. Поясните назначение сухарей.

5. Как фиксируются вкладыши опорных подшипников от проворачивания?

6. Поясните схему движения масла в работающем опорном подшипнике.

7. Перечислите преимущества самоустанавливающихся опорных подшипников по сравнению с жесткими подшипниками.

Подшипников скольжения

 

Упорные подшипники предназначены для восприятия осевого усилия, действующего на ротор вследствие наличия осевых сил на рабочих лопатках, перепада давлений на дисках и торцевых поверхностях вала ротора. Кроме того, упорные подшипники служат для осевой центровки ротора относительно корпуса турбины.

В настоящее время применяют только одногребенчатые упорные подшипники скольжения. Они могут быть с поворотными или неподвижными упорными подушками. В свою очередь, первые разделяются на упорные подшипники с неподвижными опорами упорных подушек и на упорные подшипники с подвижными опорами упорных подушек (подшипники с уравнительным устройством). В подшипниках с поворотными упорными подушками допускается удельное давление на подушках 2 – 3 МПа.

На рисунке 50 схематически поясняется принцип работы упорного подшипника. По окружности упорного гребня 4 размещены 6 – 12 упорных подушек 1, которые с тыльной стороны имеют опоры, расположенные за геометрическим центром поверхности подушки (в направлении вращения гребня). В начале вращения ротора рабочая поверхность подушки параллельна поверхности гребня, масло силой трения затягивается в зазор между гребнем и подушкой. Вследствие разности площадей рабочей поверхности упорной подушки относительно ее опоры возникает момент сил, обеспечивающий поворот упорной подушки, в результате чего образуется масляный клин. По мере роста осевой силы, действующей на ротор, минимальный зазор между гребнем и упорной подушкой уменьшается, а угол поворота подушки увеличивается.

 

Рисунок 50 – Принцип работы упорного подшипника

 

На рисунке 51 приведена конструкция упорного подшипника с уравнительным устройством, используемого в главных турбинах транспортных судов. Подшипник состоит из разъемного цилиндрического корпуса 12 с торцевой крышкой 14, внутри которого (с обеих сторон упорного гребня, на рисунке не показанного) размещаются верхняя и нижняя половины обойм 13, упорные подушки 10, уравнительные подушки первого ряда 8 и уравнительные подушки второго ряда 17 (поворотные уравнительные подушки).

Упорные подушки – латунные, облицованы баббитом Б83. С задней стороны они имеют каленые шаровые опоры 11, которыми они опираются на уравнительные подушки первого ряда 8. Упорные подушки заводят в радиальные пазы в обоймах и удерживаются в них от проворачивания. Сами обоймы удерживаются от проворачивания шпонками 16. Уравнительные подушки 8 опираются своими рычагами на подушки 17 с опорами 2, закрепленными в крышках 3 обойм. Опоры 2 удерживаются от проворачивания шпонками 1.

Рисунок 51 – Упорный подшипник с уравнительным устройством

 

Зазор между торцом лопатки и корпусом при наличии коротких лопаток относительно больше, чем при длинных. В результате этого у компрессора с короткими лопатками увеличивается обратное перетекание воздуха в зазоре и, следовательно, уменьшается степень повышения давления компрессора. При постоянном внутреннем или среднем диаметре лопатки последних ступеней более длинные, поэтому и перетекания меньше. Степень повышения давления ступеней остается постоянной (при постоянном

усилия на упорных подушках. Эти усилия зависят от зазора между гребнем и упорной подушкой. При увеличении зазора вследствие неточной сборки или изнашивания подушки усилие на ней уменьшится, эта подушка с меньшей силой будет давить на свою уравнительную подушку 8 (рис. 52). В соседних поворотных уравнительных подушках появится вращающий момент, увеличивающий давление плеча на уравнительную подушку 8, которая переместится к гребню и переместит к гребню упорную подушку 10. В результате усилие на упорной подушке возрастет и станет одинаковым с усилием на других подушках.

Наличие уравните