Конструкции газотурбинных установок - Шварц В.А.
Скачать (прямая ссылка):
Наиболее эффективным способом сокращения нагрузки на упорный подшипник турбокомпрессора является соединение роторов компрессора и турбины жесткой осевой связью. Однако это соединение предопределяет наличие многоопорных валов и сложность согласования взаимных аксиальных перемещений роторов и корпусов. В ряде ГТУ роторы компрессора и турбины снабжены отдельными упорными подшипниками, рассчитанными на соответствующее осевое усилие, а крутящий момент от турбины к компрессору передается зубчатыми муфтами. Такую же схему используют в том случае, когда осевые усилия турбины и компрессора направлены в одну сторону. Предполагается, что каждый ротор имеет независимое осевое положение.
Как известно из данных, опубликованных в иностранной литературе, опыт эксплуатации турбоустановок показал, что зубчатые муфты под нагрузкой иногда имеют тенденцию к заклиниванию и их способность к компенсации осевых перемещений валов теряется, что ведет к перегрузке и выплавлению подшипников. С этой проблемой приходится встречаться в установках, выполненных на базе турбореактивных двигателей, где широко применяется метод наращивания мощностей путем соединения нескольких силовых турбин с валом одного генератора. Каждая силовая турбина является обособленным агрегатом со своим упорным подшипником, а ряд таких турбин соединяется зубчатыми муфтами.
Подобная схема принята в ГТУ мощностью 70 000 квт фирмы Бристоль — Сиддли (см. рис. 19). Четыре силовые турбины соединены попарно в блоки по 35 000 квт (рис. 202). Ротор каждого блока с двумя парами консольных дисков оперт на два подшипника скольжения и имеет отдельный упорный подшипник, расположенный в средней части стула между опорными. Роторы соединены зубчатой муфтой, которая должна обеспечивать их взаимное осевое перемещение. Так как не исключено заклинивание зубьев муфты под нагрузкой и перераспределение осевой нагрузки между подшипниками, было предусмотрено специальное устройство, представляющее собой набор пружин расположенных под качающимися колодками упорного подшипника блока А. При заклинивании зубьев муфты ротор блока А расширяется в противоположную от генератора сторону и усилие передается на заднюю поверхность гребня. Если осевое перемещение возрастает, пружины под колодками задней стороны подшипника деформируются. Пружины рассчитаны на значительно меньшее усилие, чем упорное давление, которое может воспринять упорный подшипник блока Б, поэтому перегрузка обоих подшипников не превышает 50%. Если осевое перемещение про-
286
должает возрастать и достигнет 0,5 мм, микровыключатель реле осевого сдвига подаст сигнал о необходимости остановки агрегата [83].
В установках с разрезным валом в начальный период работы после пуска возможен режим, когда турбокомпрессор вращается и давление газа создает осевую нагрузку на еще неподвижную силовую турбину. Как показал опыт эксплуатации паровых турбин, на этом режиме может выплавиться упорный подшипник. В ускорительной корабельной ГТУ мощностью 20 000 л. с. фирмы Броун — Бовери на базе турбореактивного двигателя «Олим-
Рис. 202. Силовые турбины ГТУ мощностью 70 000 квг фирмы Бристоль
Сиддли:
1 — входной патрубок; 2 — валоповоротное устройство; 3 — выпускной патрубок;
4 — упорный подшипник; 5 — автоматическая сцепная муфта; 6 — генератор
пус» из опасения подобной аварии была предусмотрена статическая смазка упорного подшипника консольной силовой турбины.
Перед пуском ГТУ масло под высоким давлением подается в упорный подшипник и ротор сдвигается до упора в сторону турбокомпрессора. В таком положении ротор находится в момент трогания его с места и при наборе чисел оборотов. После достижения определенной скорости вращения тахометрический датчик отключает статическую смазку и в дальнейшем подшипник работает на обычной динамической смазке. Момент перехода с одного вида смазки на другой контролируется по показанию датчика осевого сдвига.
При испытаниях этой ГТУ выяснилось, что при отключении статической смазки износа упорного подшипника не отмечалось Даже при очень быстром наборе чисел оборотов турбокомпрессора, поэтому надобность в гидравлической разгрузке упорного подшипника отпала [99]. Опыт эксплуатации аналогичных установок также не выявил необходимости в специальной разгрузке
287
упорных подшипников силовых свободных турбин в период пуска, однако применение описанного выше способа в принципе не исключено.
ПОДШИПНИКИ КАЧЕНИЯ
Подшипники качения получили широкое применение в авиационных газотурбинных двигателях. Ресурс подшипников качения в этих условиях ограничен несколькими тысячами часов. Условия работы подшипников качения в стационарных ГТУ более благоприятны, нежели в авиационных, и ресурс их в наземных условиях может быть повышен, тем более что в этом случае возможная авария подшипников не повлечет трагических последствий.
В стационарных базовых установках, где ресурс исчисляется десятками и сотнями тысяч часов, а радиальные и осевые нагрузки на опоры весьма значительны, подшипники качения не применяют.
