Конструкции газотурбинных установок - Шварц В.А.
Скачать (прямая ссылка):
Масло из подшипника должно удаляться или самотеком через сливные каналы достаточного сечения, или — при малом объеме масляных полостей — с помощью специального откачивающего насоса. Скопление излишков масла приводит к дополнительным потерям на «перемалывание» его подшипниками и усложняет проблему уплотнения узла.
В качестве смазочной среды может быть использовано не только масло, но и топливо. Такая система смазки применена в одновальной высокооборотной ГТУ GT-15 мощностью 15 л. с. фирмы Заурер (рис. 194), где топливом смазывают не только подшипники, но и шестерни редуктора. Система смазки организована следующим образом: на промежуточном валу редуктора расположен сдвоенный шестеренчатый насос. Насос 3 подает часть топлива из бака в распределитель, где редукционным клапаном поддерживается постоянное давление независимо от расхода топлива. Из распределителя топливо через кольцевую полость в валу поступает к обоим подшипникам ротора, а так-
290
же к редуктору. Часть топлива поступает через центральное отверстие в валу к форсункам камеры сгорания (в этом двигателе применена камера сгорания с вращающимися форсунками). Второй шестеренчатый насос 4 откачивает масло из картера редуктора и возвращает его в бак. Топливный бак имеет повышенную емкость, так как бак служит охладителем; в случае необходимости предусматривается принудительное охлаждение топлива в баке. Естественно, что полная выработка топлива из бака недопустима. В процессе доводки этого двигателя, которая длилась 5 лет, была изменена первоначальная конструкция системы смазки. Так, топливо к внутреннему подшипнику подавалось ранее по двум радиальным отверстиям в валу, что влекло за собой изгиб ротора; при выполнении трех отверстий под углом 120° вал не изгибался. Топливо из подшипника вначале сливалось по одному радиальному каналу в вертикальной стенке, что сопровождалось местным охлаждением стенки, на которой укреплен корпус подшипника, и заклиниванием ротора. После того как для слива была выполнена спиральная канавка, вся поверхность стенки стала холодной и указанный дефект был устранен. При испытаниях одной из первых моделей отмечались также заметные вибрации ротора при числе оборотов 55 000 в минуту, причиной которых оказались упругие деформации подшипников качения в радиальном направлении, причем вторая частота вызывала колебания, в 100 раз превышающие первую и третью. После цикла испытаний с фальшротором, имевшим внешний привод, от вибраций удалось избавиться путем ужесточения опоры со стороны редуктора и создания гидродинамического демпфера внутренней опоры (параметры двигателя: масса 10 кг, длина 384 мм; диаметр 231 мм, число оборотов более 100 000 в минуту) [89].
ПОДШИПНИКИ НА ГАЗОВОЙ СМАЗКЕ
В ГТУ замкнутого цикла с высоким уровнем давления в системе весьма перспективными являются подшипники на газовой смазке. Смазкой служит теплоноситель, благодаря чему установка может быть полностью герметизирована. Особенно важно это в установках, где теплоносителем служит гелий, предотвращение утечек которого является весьма сложной проблемой. В энергетических установках на ядерном топливе с графитными материалами в реакторе наличие масляных паров в теплоносителе должно быт?> полностью исключено, поэтому использование подшипников на газовой смазке может явиться определяющим фактором в создании атомных замкнутых ГТУ.
Различают два типа подшипников на газовой смазке — динамические и.статические. Первые основаны на том же принципе, ;Что и масляные — на образовании смазочного клина между 19* 291
валом и вкладышем. Второй тип газовых подшипников — статический (или аэростатический) — основан на подводе сжатого воздуха к ряду сопел по окружности вкладыша. При достаточном давлении воздуха вал «всплывает» и находится во взвешенном состоянии независимо от числа оборотов вала.
Динамические подшипники с газовой смазкой отличаются от гидравлических (масляных) подшипников тем, что вязкость газа (воздуха) примерно в 1000 раз меньше вязкости масла, поэтому сколько-нибудь приемлемая грузоподъемность подшипника может быть достигнута только при больших его размерах, высоком числе оборотов и малом зазоре. Допустимые удельные нагрузки в подшипниках такого типа не превышают 1 кГ/см2.
В связи с малой толщиной смазочного газового слоя необходима особо точная обработка вала и вкладыша, аккуратная сборка и отсутствие деформаций в процессе работы. Принципиальным недостатком динамических подшипников является сухое трение и повышенный пусковой момент при трогании ротора с места. В качестве полумеры для ликвидации этого явления возможно использование в период пуска смазочных жидкостей, испаряющихся при нормальной работе, но это загрязняет газ, окружающий подшипник.
Материалы для вала и вкладыша выбирают в зависимости от температурных условий работы с учетом сухого трения в период пуска и остановки. Вал должен иметь твердую хромированную поверхность, вкладыш может быть выполнен из монель-металла, бронзы, пористых материалов со свинцовым покрытием, специальных пластических материалов. Чтобы уменьшить износ подшипника, желательно максимально сократить время увеличения числа оборотов ротора и его торможения.