10.2. Розрахунок підшипника із водяним змащенням

Тепловий розрахунок підшипника, з якого визначається витрата охолоджувальної води, ведуть із припущенням, що вона повністю поглинає усе виділене тепло, тобто без урахування втрат на теплопередачу і розсіювання. у цьому випадку

_(10.1)

де Р_r - радіальна сила, що діє на підшипник; - окружна швидкість валу, м/с; С - питома теплоємність, ккал/(кг·°С); μ - коефіцієнт тертя ковзання; Q_підш - витрата води через підшипник, м³/с; Δt=5°С - перепад температур.

Необхідна витрата рівна

_(10.2)

Коефіцієнт тертя гумових вкладишів мало залежить від тиску, і в межах зміни останнього від 0,1 до 1 МПа його можна приймати по графіку залежно від швидкості и.

Радіальна сила у вертикальних турбінах виникає під дією неурівноважених масових і гідравлічних сил, що діють на робоче колесо турбіни, і, як показали випробування, практично не залежить від сил, що діють на ротор генератора. Радіальна сила рівна

_(10.3)

де п - частота обертів, об/хв; D₁ - діаметр робочого колеса, м; N - потужність турбіни, кВт.

Для знаходження радіальної сили використовується також формула, що враховує неурівноважену гідравлічну силу, яка умовно вважається рівною 1% від усієї гідравлічної радіальної сили, що діє по колу напрямного апарату, звідки

_(10.4)

де D₀ і b₀ – відповідно, діаметр і висота напрямного апарату, м; Н_стат - статичний напір, м.

Силу Р_r можна визначити за формулами (10.3) і (10.4) і прийняти більше із отриманих значень. Для визначення висоти вкладиша задають питомий тиск у межах р_пит=(0,1÷0,2) МПа

_(10.5)

Якщо отримана довжина вкладиша занадто мала, що зазвичай має місце при тонкостінних валах, її збільшують, орієнтовно вважаючи, що висота вкладиша не може бути менше 0,35·d_в.

Зазор визначається посадкою А₃/Х_2а. Збільшення зазору в гумовому підшипнику, головним чином відбувається внаслідок зносу валу. Причому швидше зношуються вали із меншою окружною швидкістю обертів, коли коефіцієнт тертя вищий.

Коефіцієнт зносу можна прийняти як деяку отриману із дослідних даних величину, приведену до умовно прийнятого міжремонтного періоду П=21·10³ і тиску 0,1 МПа, тоді

_(10.6)

де а - знос, мм, за час t, год; р_пит - питомий тиск у підшипнику, Па.

Можна визначити знос (у мм) у заданих умовах

_(10.7)

За отриманими значеннями зносу можна судити про економічність експлуатації гумового підшипника.

Перевагами підшипників з водяним змащенням є їх малий коефіцієнт тертя, мала питома маса, відсутність дефіцитних матеріалів, висока надійність за наявності контролю подачі і резерву чистої води, відсутність необхідності теплового контролю і мала вартість. При тонкостінних валах більшого діаметру ці переваги проявляються сильніше. Недоліками таких підшипників є знос поверхні валу і непридатність при роботі у каламутній воді.

10.3. Підшипники гідротурбін з масляним змащенням

У підшипниках вертикальних гідротурбін із масляним змащенням використовують як рідке, так і густе масло (солідол). Підшипники також розрізняють за рядом інших ознак: за конструкцією вкладишів - з циліндричними або сегментними; за характером циркуляції мастила - з так званим самозмащенням, що здійснюється завдяки обертанню валу, або примусовим змащенням, при якому циркуляція масла виконується за допомогою насосів; за типом системи охолодження масла - з природним охолодженням внаслідок теплопередачі і розсіювання тепла у системі циркуляції або із спеціальними охолоджувачами, вбудованими у систему циркуляції.

Підшипники на густому мастилі із бабітовими вкладишами на даний час не застосовують, оскільки у них мастило витікає у воду і забруднює річку. Підшипники з рідким масляним змащенням і кільцевими бабітовими вкладишами виконують із автоматичним циркуляційним змащенням, яке здійснюється за допомогою масляної ванни, що обертається, і трубок Піто, при нерухомій нижній ванні - постійно діючими циркуляційними насосами із електричним або фрикційним приводом. Основними недоліками цих конструкцій є наявність масляної ванни, а також ущільнення, характерного для усіх масляних підшипників, і розташовується під ними. Наявність ущільнення вимагає відносити підшипник далі від робочого колеса, що збільшує консольность розташування останнього. У сучасних гідротурбінах такі підшипники застосовують рідко.

На рис. 10.2 представлена конструкція підшипника із регульованими самоустановленими вкладишами, що широко використовується в гідротурбінах і гідрогенераторах. Вал 1 такого підшипника (рис. 10.2, б) виконують з коміром, що направляється зануреними у масло сегментами 18, що спираються на болти 13.

Рис. 10.2. Напрямний підшипник із самоустановленими регульованими вкладишами

Масляна ванна 2 знизу прикріплена болтами до корпусу підшипника 14. Над корпусом установлена ванна 17. При обертанні валу масло з ванни 2 постійно відкачується радіально розташованими у нижній частині коміра отворами 3, і поступає у зазор між коміром і сегментами, по якому частина його піднімається вгору і зливається із ванни по трубі 6 в камеру, що омивається водою, яка примикає до поверхні кришки 9 турбін. Звідси вода по трубі 4 повертається охолодженою у ванну 2.

Рівень залитого масла не може перевищувати кромки ванни, а при роботі опускається до рівня отворів у комірі. Таким чином, при роботі рівень масла у ванні визначається рівнем отворів 15, просвердлених у корпусі і з’єднаних через камеру 10 із зливною трубою. Ванна 17 закрита кришкою 21, виконаною із плексигласу. На ній установлене ущільнення 22 із маслостійкої гуми, що перешкоджає витіканню масла по поверхні валу. Ущільнення 5 такого ж типу є під сегментами на фланці нижньої ванни. Підтягуючи болти 13, загартовані голівки яких упираються в загартовані сталеві пластинки 16, установлені в сегментах, можна відрегулювати зазор у підшипнику, який приймають рівним середньому зазора посадки А/Х. Для цього користуються мірними пластинками, закладеними між сегментом і валом. У корпусі болти фіксуються контргайками 12, а корпус підшипника кріпиться до кришки турбіни шпильками 7 і гайками 8. Під підшипником розташовується робоче і ремонтне ущільнення (рис. 10.1). Сегменти заливають бабітом Б83, шар 20 якого наносять на рифлену, заздалегідь оміднену поверхню. Ванни виконують роз'ємними, і приєднують болтами і штифтами, установленими у фланцях. Болти сегментів зовні закривають кожухом 11. Тепловий контроль здійснюється за допомогою термоопорів 19, установлених в сегментах.

Перевагами масляних підшипників з регульованими вкладишами є їх малий коефіцієнт тертя, оскільки самоустановлені вкладиші працюють в умовах, близьких до рідинного тертя; компактність конструкції, що дозволяє наблизити підшипник до робочого колеса і полегшує доступ до ущільнення; малий знос поверхонь тертя, оскільки сегменти, залиті бабітом Б83, не зношують вал, і мало зношуються самі; їх можна застосовувати у будь-яких умовах.

До недоліків цих підшипників слід віднести необхідність виконання коміра, що ускладнює конструкцію валу; використання дефіцитного бабіту; загальне ускладнення конструкції; необхідність теплового контролю і наявності масляного господарства у вузлах турбіни, де природнішим середовищем є вода; менша демпфуюча здатність вкладишів; велика консольность робочого колеса.