Результат интеллектуальной деятельности: СЕГМЕНТНЫЙ ПОДШИПНИК

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к турбиностроению, и предназначено для использования в качестве самоустанавливающихся подшипников роторов турбин, работающих при высокой частоте вращения (n>3000 об/мин) и высокой удельной нагрузке (g≥20 кгс/см²).

Известна конструкция самоустанавливающихся пятисегментных подшипников (три в нижней половине и два в верхней) по патенту Великобританиии №1397551, F16C 33/02 и предназначенных для использования в качестве опор высокооборотных валов и роторов, работающих при высокой удельной нагрузке фирмы Glacier.

Расчетный равномерный радиальный зазор между опорной поверхностью сегмента и поверхностью ротора определяется по методике фирмы.

Подача масла к сегментам в этом подшипнике осуществляется форсунками, установленными в окружные промежутки между сегментами.

Недостаток этих подшипников заключается в том, что при пуске тяжело нагруженных подшипников необходима организация гидроподъема, включающего насос высокого давления, трубопровод, и выполнение на цилиндрической опорной поверхности нижнего сегмента углубленной кольцевой канавки, потому что коэффициент трения покоя существенно выше коэффициента скольжения. Кроме того, при длительном воздействии ротора на опорную поверхность нижнего сегмента с большой удельной нагрузкой, например, в перерывах между пусками, в месте контакта масляная пленка полностью выдавливается, что ухудшает условия пуска и может служить причиной аварии.

Известен пятисегментный опорный самоустанавливающийся подшипник (прототип) газовой турбины мощностью 25000 кВт типа ГТЭ-25У Уральского турбомоторного завода (чертеж Б-761865 СБ), работающей с частотой вращения n=6000 об/мин и удельной нагрузкой до 15 кгс/см², подача масла в котором организована через маслораспределительную канавку во входном участке опорной поверхности сегмента. Недостатком данного сегментного подшипника является повышенный нагрев масла при работе (особенно в нижнем сегменте), обусловленный неравномерным расходом масла в каждом отдельном сегменте, что было подтверждено при опытном испытании газовой турбины.

Задачей настоящего изобретения предусматривается устранение недопустимого нагрева масла и возможность использования тяжелонагруженных подшипников быстровращающихся роторов без применения гидроподъема.

Поставленная задача решается тем, что условия работы каждого сегмента конкретизированы с учетом их окружного положения и обеспечения примерного равенства давлений в маслораспределительных канавках, для чего в нижнем сегменте из маслораспределительной канавки на входном участке опорной поверхности выполнена прорезь, выходящая на входной торец, размеры которой определены из зависимости:

L=0,85…0,95p,

t=S,

а в нижних боковых сегментах - прорезь, размеры которой:

L=0,85…0,95р,

t₁=p(S-S₁)/L

где р - осевая длина сегмента,

L - длина прорези нижнего и нижнего бокового сегмента,

t - глубина прорези нижнего сегмента,

t₁ - глубина прорези нижнего бокового сегмента,

S - величина расчетного радиального зазора в верхней точке в положении ротора, опертого на нижний сегмент,

S₁ - величина расчетного радиального зазора нижнего бокового сегмента в положении ротора, опертого на нижний сегмент.

Длина прорези L=0,85…0,9 осевой длины сегмента принята по аналогии с осевой длиной маслораздаточной канавки подшипников, принятой на практике. Величина расчетного радиального зазора определена известным образом, например по методике фирмы Glacier.

Общий вид сегментного подшипника представлен на фиг.1, на фиг.2 - вид Б входного участка нижнего сегмента, на фиг.3 - вид В поперечного сечения входного участка нижнего сегмента, на фиг.4 - А-А - поперечное сечение сегментного подшипника, на фиг.5 - вид Г входного участка нижнего бокового сегмента, на фиг.6 - вид Д поперечного сечения входного участка нижнего бокового сегмента.

Сегментный подшипник состоит из пяти сегментов: нижнего 1, двух нижних боковых 2, двух верхних 3, установленных в выполненную из двух скрепленных половин обойму 4, пяти пальцев 5, закрепленных в обойме 4 и входящих в отверстия сегментов, трех подушек 6, прикрепленных к обойме 4 и через одну из которых подается на смазку масло, пяти подпятников 7, установленных в обойме 4, на которые опирается каждый из сегментов. От окружного смещения каждый сегмент удерживается пальцем 5, а от радиального смещения Т-образным хвостом, входящим в аналогичный паз обоймы 4.

Обойма 4 имеет внутренний кольцевой канал Е, в который через подушку 6 с отверстием поступает масло. Из канала Е в маслораспределительную канавку Ж масло поступает по отверстиям И и К пальца 5 и отверстию Л в сегменте (Фиг.4). В нижнем сегменте 1 из маслораспределительной канавки Ж на входном участке выполнена прорезь М, выходящая на входной торец (Фиг.2, 3), а на нижних боковых сегментах 2 - подобная прорезь Н (Фиг.5, 6). В верхних сегментах 3 прорези отсутствуют. В невращающемся состоянии ротор (показан условно) своей цапфой опирается на нижний сегмент 1.

Работает подшипник следующим образом. Масло, нагнетаемое через подушку 6 с отверстием, поступает в канал Е, из которого по отверстиям И, К, Л поступает в маслораспределительную канавку Ж каждого сегмента и при вращении ротора захватывается им, образуя известным образом между поверхностями сегмента и ротора несущий масляный слой.

В отличие от верхних сегментов 3 в нижнем 1 и нижних боковых 2 масло частично поступает по прорезям М и Н в промежутки между сегментами.

Масло, выходящее из прорезей М и Н сегментов 1 и 2, движется навстречу маслу выходящему из предыдущего сегмента и имеющему повышенную температуру, тем самым припятствует попаданию нагретого масла на смазку сегмента с прорезью и вследствие чего нормализует температуру его работы.

В верхних сегментах 3 масло не подвержено чрезмерному нагреву благодаря пониженной нагрузке и увеличенному по сравнению с нижними сегментами радиальному зазору вследствие опирания цапфы ротора на нижний сегмент 1. При опирании невращающегося ротора на нижний сегмент 1 в месте контакта поверхностей масляная пленка выдавливается полностью, но поскольку в момент страгивания ротора масло подается на входной участок сегмента, то оно захватывается ротором и исключает образование задиров на опорной поверхности.

Таким образом, выполнение нижнего и нижних боковых сегментов с прорезью из маслоразделительной канавки на входной торец сегмента обеспечивает при работе примерное равенство давлений в маслоразделительных канавках, а следовательно, равномерность расходов через каждый сегмент, что исключает чрезмерный нагрев масла в этих сегментах и позволяет в тяжелонагруженных сегментных подшипниках быстровращающихся валов и роторов исключить применение гидроподъема (технический результат).

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Газотурбинная установка ГТЭ-25У. Б-762520 ТО. Техническое описание. Стр.45. Екатеринбург, УТМЗ, 1997 г.

2. Чертеж Б-761865 СБ. Екатеринбург, УТМЗ, 1995 г.