Избор на лагери за водни турбини

ВЕИ енергетикaТехнически статииСп. Енерджи ревю - брой 2, 2011

Специфики на направляващи и аксиални лагери, антифрикционни материали

Както е известно, лагерите за водни турбини поемат радиалното и осовото натоварване от турбинния вал. Функционалните им характеристики ги разделят на два основни вида - направляващи (за радиалното натоварване) и аксиални или петови (за осовото натоварване). Обект на статията са конструктивните и функционални характеристики на направляващите лагери с водно мазане, с мазане с масло, дисковите и сегментни аксиални (петови) лагери.

Направляващи лагери

Направляващите лагери във вертикалните хидроагрегати осигуряват вертикалното положение на вала и поемат силите, дължащи се на несиметрично подвеждане на водата към работното колело; небалансираност на ротора на хидроагрегата или неравномерност на електрическото поле на генератора. Според вида на мазилната течност, направляващите лагери биват с водно мазане и с мазане с масло. Според вида на антифрикционния материал, направляващите лагери биват каучукови, бабитови и с композитни материали. Определянето на вида и броя на лагерите зависи от конкретните условия - тип и конструкция на турбината и генератора, дължина на вала и т. н. Предимствата и недостатъците на направляващите лагери, използващи различни антифрикционни материали, са посочени в таблица 1 и таблица 2.

Натоварването на направляващите лагери по хоризонталните турбини, освен от споменатите сили, се определя главно от теглото на въртящите се детайли. Осовото натоварване при тези турбини по принцип е по-малко.

В конструкциите на водните турбини по правило се използват плъзгащи лагери. Търкалящите лагери намират приложение при микро- и минитурбините. Често направляващият и петовият лагер на хоризонталните турбини се обединяват в общ корпус. При мощните турбини тези лагери се изпълняват със сферични опори (самонагаждащи).

Самосмазващи се направляващи лагери

В типичната конструкция на самосмазващите се сегментни лагери маслената вана, която в горната си част има капак, е закрепена към лагерното тяло. Към вала на турбината е оформен пояс, потопен във ваната. Сегментите на лагера са залети с бабит и с помощта на опорни болтове са центровани към пояса на вала. В зависимост от диаметъра на вала, сегментите обикновено са 8-12 на брой. Лагерът е пълен с масло, което осигурява надеждно смазване. За поддържане на температурата в предписаните граници, в конструкцията се предвижда охладителна система, работеща с вода. Маслото се движи под действие на центробежните сили и през тръбата се отвежда към охладителя.

Съществуват и конструкции, при които охладителната система се изпълнява като серпентина, разположена във ваната, в която непрекъснато протича охлаждаща вода. Важно условие при експлоатацията на тези лагери е да не се допуска проникването на вода от охладителната система в маслената вана. В лагера се монтира преобразувател за температура, който следи непрекъснато температурата на антифрикционното покритие.

Направляващи лагери с водно мазане

Направляващите лагери с водно мазане биват пръстеновидни и сегментни. Конструкцията на пръстеновиден направляващ гумен лагер с водно мазане се състои от тяло с две половини, закрепено върху горния капак на турбината. Пръстените са монтирани към тялото с помощта на болтове. Те представляват части от стоманен цилиндър, като от вътрешната си страна имат гумено покритие с надлъжни канали. Водата се довежда по тръбопровода до ваната, след което преминава по каналите на лагера, като го смазва и охлажда. Ваната е уплътнена със салниково уплътнение, а регулирането му се осигурява от шпилки. Водата се подава към лагера от системата за техническо водоснабдяване. Недопустимо е дори и за кратко време лагерът да остане без приток на вода и поради тази причина обикновено се предвиждат два независими източника по отделни водопроводи. Освен това, в системата са предвидени релета, които реагират (по налягане или по скорост) при повреда и подават сигнал за спиране на турбината.

За разлика от пръстеновидните, при сегментните направляващи лагери с водно мазане, сегментите се монтират около вала не непрекъснато, а на известно отстояние един от друг. Хлабината между сегментите и вала се регулира чрез планките и опорните болтове. Специалисти твърдят, че сегментните лагери са по-технологични и по-удобни за експлоатация.

Аксиални (петови) лагери

Предназначението на петовия лагер е да поеме и предаде на фундамента осовата сила от масата на въртящите се части на хидроагрегата (когато е с вертикален вал) и от налягането на водата върху работното колело. При вертикалните турбини петовите лагери се монтират обикновено близо до ротора на генератора. При хоризонталните турбини петовият лагер е с двустранно действие. В установен режим на работа осовото натоварване по принцип е насочено по посока на движение на водата, но в преходните режими (пускане, спиране, промяна на мощността) е възможно то да действа в обратна посока. Затова в конструкцията на лагера се предвижда втори петови лагер (т. нар. контра пета).

Срещат се два вида петови лагери - дискови и сегментни. Дисковите лагери се използват главно в турбини с малка мощност. При тях осовата сила се предава на диск, залят с лагерна композиция (обикновено бабит), по повърхността на който са направени радиални канали. С цел увеличаване на еластичността му дискът е срязан по радиуса. Той лежи върху пружини и се закрепва върху кръстовината на генератора. Пружините трябва да имат еднакви характеристики, за да се деформират по един и същ начин при определено натоварване.

По-често се използват сегментните петови лагери. В зависимост от натоварването, те могат да бъдат конструирани като едно- или двуредни. При двуредните сегментни петови лагери главината на лагера е закрепена върху генераторния вал. Върху главината се монтира т. нар. огледален диск. Между тях се поставя изолираща пластина, която не позволява протичането на паразитни токове от магнитното поле на генератора. Огледалният диск ляга върху сегментите, които чрез опорите предават последователно натоварването на болтовете и балансиращата плоча на лагерното тяло. С помощта на болтовете се регулира положението (по височина) на опорите (сегментите). Балансиращата плоча изравнява натоварването между всяка двойка сегменти. Опората на всеки сегмент е изместена спрямо радиалната му ос по посока на въртене. По този начин при въртенето на огледалния диск между неговата повърхност и повърхността на сегментите се образува клинообразно пространство (маслен клин). Сегментите се конструират с масивен метален корпус, върху който се поставя антифрикционният материал - бабит или специални композиции на основата на тетрафлуоретилен. Триещите се повърхнини са потопени в маслената вана, в която е разположена охладителната система.

Характерен параметър при тези лагери е т. нар. специфично налягане, което се определя по израза:

Където F е основната сила върху вала, а D и d - съответно външният и вътрешният диаметър на носещата повърхнина на сегментите.

За дисковите петови лагери с твърди опори стойността на ps=1.0ё1.5 MPa. За сегментните лагери обикновено ps=4 MPa. Новите конструкции на петовите лагери с балансиращи устройства, които позволяват по-равномерно натоварване на сегментите, дават възможност стойността на специфичното налягане да се повиши до 6.5 MPa.

Обикновено броят на сегментите е 6ё8, а външният диаметър на носещата им повърхност може да се изчисли по израза:

където k=0,85ё0,9 е коефициент, отчитащ големината на хлабината между сегментите и огледалния диск.

По материали на В. С. Обретенов





Top