RU150268U1 - TURBINE SLIDING RADIAL BEARING INSERT - Google Patents

Abstract

Вкладыш радиального подшипника скольжения турбины с телом в виде полого цилиндра, включающий расположенные на его внутренней поверхности последовательно и концентрично подслой сцепления и расположенный над ним антифрикционный слой, содержащий баббит Б-83, отличающийся тем, что подслой сцепления выполнен из антифрикционного композиционного материала из спеченных порошков на основе меди.The liner of the radial sliding bearing of the turbine with the body in the form of a hollow cylinder, including a clutch sublayer located on its inner surface sequentially and concentrically and an antifriction layer located above it, containing B-83 babbit, characterized in that the clutch sublayer is made of an antifriction composite material of sintered powders based on copper.

Description

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована при производстве и модернизации радиальных подшипников скольжения мощных турбин и турбогенераторовThe utility model relates to mechanical engineering and can be used in the production and modernization of radial plain bearings of powerful turbines and turbogenerators

Известно, что в паровых турбинах применяются радиальные (опорные) подшипники скольжения, в которых между вращающимися и невращающимися деталями при нормальной работе всегда существует тонкий слой смазывающей жидкости (масла). Каждый радиальный подшипник состоит из вкладыша и корпуса. Вкладыши подшипников скольжения, в которых размещаются шейки валопровода, представляют собой, как правило, полое цилиндрическое тело, на внутреннюю поверхность которого нанесен антифрикционный слой из баббита Б-83 [А.Г. Костюк, В.В. Фролов, А.Е. Булкин, А.Д. Трухний; Под ред. А.Г. Костюка, В.В. Фролова. Турбины тепловых и атомных электрических станций: Учебник для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Издательство МЭИ, 2001. - 488 с. ил, стр. 297]. Толщина слоя баббита в традиционных конструкциях составляет обычно 5-6 мм. Надежное крепление баббита обеспечивается выполнением на заливаемой поверхности вкладыша кольцевых и продольных пазов типа ласточкин хвост [Е.И. Бененсон, Л.С. Иоффе; Под ред. Д.П. Бузина. Теплофикационные паровые турбины. - М.: Энергоатомиздат, 1986 г., стр. 174]. Охлаждение антифрикционного слоя при работе подшипника осуществляется циркуляцией смазывающего масла. Максимально допустимая температура масла на сливе из подшипников не должна превышать 80°C.It is known that in steam turbines radial (thrust) bearings are used, in which a thin layer of lubricating fluid (oil) always exists between rotating and non-rotating parts during normal operation. Each radial bearing consists of a liner and a housing. Inserts of sliding bearings, in which the shafts of the shaft are located, are, as a rule, a hollow cylindrical body, on the inner surface of which an anti-friction layer of babbitt B-83 is applied [A.G. Kostyuk, V.V. Frolov, A.E. Bulkin, A.D. Trash; Ed. A.G. Kostyuk, V.V. Frolova. Turbines of thermal and nuclear power plants: Textbook for universities. - 2nd ed., Revised. and add. - M.: Publishing House MPEI, 2001. - 488 p. silt, p. 297]. The thickness of the babbitt layer in traditional designs is usually 5-6 mm. Reliable fastening of the babbitt is ensured by performing annular and longitudinal dovetail grooves on the cast surface of the liner [E.I. Benenson, L.S. Joffe; Ed. D.P. Elder. Heating steam turbines. - M .: Energoatomizdat, 1986, p. 174]. Cooling of the antifriction layer during operation of the bearing is carried out by circulation of lubricating oil. The maximum permissible oil temperature at the bearing discharge must not exceed 80 ° C.

Недостатком такого вкладыша является низкая надежность его работы. В аварийной ситуации, при недостаточном количестве смазочного масла, происходит разогрев антифрикционного слоя. При разогреве до 115°C внутренняя поверхность вкладыша размягчается и ее сопротивление деформированию и износу резко ухудшается. При 150°C разрушается пленка из масла. При 350°C происходит выплавление баббитовой заливки [А.Г. Костюк, В.В. Фролов, А.Е. Булкин, А.Д. Трухний; Под ред. А.Г. Костюка, В.В. Фролова. Турбины тепловых и атомных электрических станций: Учебник для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Издательство МЭИ, 2001. - 488 с. ил, стр. 298]. Для предотвращения таких ситуаций предусмотрено отключение турбины системой защит при падении давления масла в системе смазки ниже установленного предела. Для обеспечения поступления смазки при выбеге валопровода подшипники турбин, имеющих главный масляный насос с электроприводом, оснащаются аварийными бачками. Тем не менее, при проведении пуско-наладочных работ возможна ситуация, когда по какой-либо причине защита не срабатывает и валопровод вращается в условиях полусухого или даже сухого трения, происходит выплавление баббитового слоя. Вследствие того, что толщина антифрикционного слоя в такой конструкции вкладыша значительно превышает зазоры между ротором и статором, выплавление баббита приводит к тяжелой аварии всей турбины, поскольку происходит задевание вращающегося с большой скоростью ротора о статорные части. Ротор турбины является одной из самых дорогих деталей и восстановление его после аварии не всегда возможно.The disadvantage of this liner is its low reliability. In an emergency, with insufficient lubricating oil, the antifriction layer is heated. When heated to 115 ° C, the inner surface of the liner softens and its resistance to deformation and wear deteriorates sharply. At 150 ° C, the oil film breaks down. At 350 ° C, the babbitt fill is melted [A.G. Kostyuk, V.V. Frolov, A.E. Bulkin, A.D. Trash; Ed. A.G. Kostyuk, V.V. Frolova. Turbines of thermal and nuclear power plants: Textbook for universities. - 2nd ed., Revised. and add. - M.: Publishing House MPEI, 2001. - 488 p. silt, p. 298]. To prevent such situations, it is provided that the turbine is shut off by a protection system when the oil pressure in the lubrication system drops below a specified limit. To ensure the supply of lubricant when the shaft runs out, the bearings of turbines having a main oil pump with an electric drive are equipped with emergency tanks. However, during commissioning, a situation is possible where for some reason the protection does not work and the shaft shaft rotates under conditions of semi-dry or even dry friction, the babbitt layer is melted. Due to the fact that the thickness of the antifriction layer in this design of the liner significantly exceeds the gaps between the rotor and the stator, the melting of the babbitt leads to a severe accident of the entire turbine, since the rotor rotates at a high speed against the stator parts. The turbine rotor is one of the most expensive parts and its restoration after an accident is not always possible.

Известны вкладыши радиальных подшипников в виде цилиндрического тела, на внутренней поверхности которого выполнен антифрикционный слой из спеченных порошков на основе меди, например из материалов семейства «Романит» [Патент РФ 2201431 Антифрикционный материал РОМАНИТ, способ его получения и элемент узла трения /Романов С.М., Романов Д.С./ Опубликовано: 27.03.2003., Патент РФ 2224920 Антифрикционный материал РОМАНИТ-Н, способ его получения и элемент узла трения /Романов С.М., Романов Д.С./ Опубликовано: 27.02.2004], применяемые в высоконагруженных тихоходных подшипниках скольжения. Материалы семейства «Романит» представляют собой стальную основу, как правило, стальной лист, с напеченным антифрикционным слоем в виде спеченных порошков на основе меди с добавлением порошков железа, графита и феррофосфора с локализованными включениями гранул, содержащих медь и графит. Для получения вкладышей подшипников скольжения листы материала «Романит» вальцуются до необходимого диаметра. Наличие графита и других специальных компонентов обеспечивает бесперебойную работу узла трения при внезапном прекращении подачи смазочного масла или в других аварийных ситуациях.Known liners of radial bearings in the form of a cylindrical body, on the inner surface of which an antifriction layer is made of sintered powders based on copper, for example, from materials of the Romanit family [RF Patent 2201431 Antifriction material ROMANIT, its production method and friction unit element / Romanov S.M. ., Romanov D.S. / Published: 03/27/2003., Patent of the Russian Federation 2224920 Anti-friction material ROMANIT-N, its production method and friction unit element / Romanov S.M., Romanov D.S. / Published: 02.27.2004] used in heavily loaded slow moving plain bearings. The materials of the Romanite family represent a steel base, usually a steel sheet, with a baked antifriction layer in the form of sintered powders based on copper with the addition of powders of iron, graphite and ferrophosphorus with localized inclusions of granules containing copper and graphite. For receiving loose leaves of bearings of bearings sheets of the Romanit material are rolled up to the necessary diameter. The presence of graphite and other special components ensures the smooth operation of the friction unit in the event of a sudden shutdown of the lubricating oil supply or in other emergency situations.

Недостатком такого вкладыша с антифрикционным слоем из композиционных материалов на основе меди, полученных методами порошковой металлургии, из-за которого они не нашли применения в подшипниках высокооборотных турбин, является более высокий, чем у баббита Б-83, определенный структурой материала, коэффициент трения в условиях жидкостного трения [Т.А. Роик, Ю.Ф. Шевчук, В.Т. Варченко Порошковые подшипники скольжения для высокоскоростных узлов трения // Оборудование и инструмент для профессионалов. Металлообработка, 2006, №2, стр. 14], что обуславливает более высокие потери мощности.The disadvantage of this liner with an antifriction layer made of copper-based composite materials obtained by powder metallurgy methods, because of which they could not be used in bearings of high-speed turbines, is higher than that of B-83 babbitt, determined by the material structure, and the friction coefficient under conditions fluid friction [T.A. Roik, Yu.F. Shevchuk, V.T. Varchenko Powder plain bearings for high-speed friction units // Equipment and tools for professionals. Metalworking, 2006, No. 2, p. 14], which leads to higher power losses.

Наиболее близким к технической сущности заявляемой полезной модели является выбранное в качестве прототипа конструктивное решение вкладыша с телом в виде полого цилиндра, включающего расположенные на его внутренней поверхности последовательно и концентрично, выполненные из металлических сплавов, подслой сцепления и расположенный над ним антифрикционный слой [Патент РФ 2162174 Вкладыш радиального подшипника скольжения турбоагрегата /Егоров Н.П., Егоров В.Н., Агафонов Б.Н./ Опубликовано: 20.01.2001]. Подслой сцепления наносится на стальное основание вкладыша методом плазменного напыления и обеспечивает высокую адгезию, как с основанием вкладыша, так и с антифрикционным слоем, что позволяет значительно уменьшить толщину последнего.Closest to the technical nature of the claimed utility model is the structural solution of the liner selected as a prototype with a body in the form of a hollow cylinder, including sequentially and concentrically arranged on its inner surface made of metal alloys, an adhesion sublayer and an antifriction layer located above it [RF Patent 2162174 Insert of a radial plain bearing of a turbine unit / Egorov NP, Egorov VN, Agafonov BN / Published: 01/20/2001]. The adhesion sublayer is applied to the steel base of the liner by plasma spraying and provides high adhesion with both the base of the liner and the antifriction layer, which can significantly reduce the thickness of the latter.

Недостатком такого решения является то, что при отсутствии смазочного масла, в режиме полусухого и сухого трения, выплавление антифрикционного слоя приводит к контакту шеек валопровода с подслоем сцепления. Поскольку подслой сцепления весьма тонок и не обладает антифрикционными свойствами, то происходит его разрушение и шейки валопровода вступают в контакт со стальным основанием. В результате на поверхности шеек образуются задиры, устранение которых, особенно неоднократное, может привести к недопустимому уменьшению диаметра шеек.The disadvantage of this solution is that in the absence of lubricating oil, in the regime of semi-dry and dry friction, the melting of the antifriction layer leads to the contact of the shaft journals with the clutch sublayer. Since the adhesion sublayer is very thin and does not have antifriction properties, it collapses and the shaft shafts come into contact with the steel base. As a result, gouges form on the surface of the necks, the elimination of which, especially repeatedly, can lead to an unacceptable reduction in the diameter of the necks.

Задачей полезной модели является обеспечение сохранности шеек валопровода при возникновении аварийных ситуаций, связанных с недостаточным поступлением масла на смазку.The objective of the utility model is to ensure the safety of the shafts in case of emergencies associated with insufficient oil supply to the lubricant.

Указанная задача достигается за счет того, что на стальном основании вкладыша подшипника выполнен подслой сцепления из антифрикционного композиционного материала из спеченных порошков на основе меди, на котором, в свою очередь, выполнен рабочий антифрикционный слой из баббита Б-83 или сплава на его основе.This problem is achieved due to the fact that on the steel base of the bearing shell, an adhesion sublayer is made of antifriction composite material from sintered powders based on copper, on which, in turn, a working antifriction layer is made of B-83 babbitt or an alloy based on it.

Полезная модель поясняется чертежом, на котором представлен продольный разрез вкладыша. Вкладыш радиального подшипника скольжения 1 представляет собой стальное полое цилиндрическое тело 2, на котором выполнен подслой сцепления 3 из композиционного антифрикционного материала из спеченных порошков на основе меди, а на подслое сцепления выполнен рабочий антифрикционный слой 4 из баббита Б-83 или сплава на основе баббита Б-83.The utility model is illustrated in the drawing, which shows a longitudinal section of the liner. The liner of the radial sliding bearing 1 is a steel hollow cylindrical body 2, on which the clutch sublayer 3 is made of composite antifriction material from sintered powders based on copper, and the working antifriction layer 4 is made of babbit B-83 or an alloy based on babbit B -83.

Толщина рабочего антифрикционного слоя сопоставима с радиальными зазорами между ротором и статором. Толщина подслоя сцепления определяется технологией его выполнения. Медная основа подслоя сцепления обеспечивает хорошую адгезию с рабочим слоем.The thickness of the working antifriction layer is comparable with the radial clearances between the rotor and stator. The thickness of the adhesion sublayer is determined by the technology of its implementation. The copper base of the adhesion sublayer provides good adhesion to the working layer.

В условиях нормальной эксплуатации, с достаточным количеством смазочного масла, шейки валопровода контактируют с рабочим антифрикционным слоем из баббита. При возникновении аварийной ситуации с прекращением подачи смазочного масла, баббитовый слой разогревается. При температуре слоя 350°C происходит расплавление баббита. Шейка вала вступает в контакт с подслоем сцепления из композиционного антифрикционного материала из спеченных порошков на основе меди. Эти материалы обладают высокими физико-механическими характеристиками. Максимально допустимая температура работы узлов трения на их основе достигает 700°C [http://romanitsteel.com/properties.php]. Триботехнические испытания подшипников скольжения из материалов ДГр10 и ДН5КФ9 [Т.А. Роик, Ю.Ф. Шевчук, В.Т. Варченко Порошковые подшипники скольжения для высокоскоростных узлов трения // Оборудование и инструмент для профессионалов. Металлообработка, 2006, №2] показали, что их несущая способность (P×V) по условиям испытаний составила 2464 (кг×м)/(см²×с), что сопоставимо с несущей способностью подшипников скольжения мощных паровых турбин. Так, например, линейная скорость (V) для шейки вала турбины Т-250/300 ТМЗ с диаметром 465 мм составляет около 82 м/с: Максимальная нагрузка на поверхность скольжения вкладыша подшипника (Р) при расчете обычно принимается не более 3 МПа (30 кг/см²). Реальная нагрузка значительно ниже. Таким образом, для подшипника паровой турбины величина (P×V) составит 2460 (кг×м)/(см²×с). Исходя из практики соблюдения равенства несущей способности (P×V) при различных Р и V, можно утверждать, что вышеупомянутые композиционные антифрикционные материалы из спеченных порошков на основе меди применимы и для использования в паровых турбинах. В условиях аварийной ситуации более высокое значение коэффициента жидкостного трения, по сравнению с традиционным баббитом, уже не играет важной роли.In normal operation, with a sufficient amount of lubricating oil, the shafts of the shaft are in contact with the working antifriction layer of babbitt. In the event of an emergency situation with the loss of lubricating oil supply, the babbitt layer is heated. At a bed temperature of 350 ° C, the babbitt melts. The shaft journal comes into contact with the clutch sublayer of composite antifriction material from sintered powders based on copper. These materials have high physical and mechanical characteristics. The maximum permissible operating temperature of friction units based on them reaches 700 ° C [http://romanitsteel.com/properties.php]. Tribotechnical tests of plain bearings from materials DGr10 and DN5KF9 [T.A. Roik, Yu.F. Shevchuk, V.T. Varchenko Powder plain bearings for high-speed friction units // Equipment and tools for professionals. Metalworking, 2006, No. 2] showed that their bearing capacity (P × V) under the test conditions was 2464 (kg × m) / (cm ² × s), which is comparable to the bearing capacity of sliding bearings of powerful steam turbines. So, for example, the linear velocity (V) for the neck of the T-250/300 TMZ turbine shaft with a diameter of 465 mm is about 82 m / s: The maximum load on the sliding surface of the bearing shell (P) when calculating is usually taken no more than 3 MPa (30 kg / cm ² ). The actual load is much lower. Thus, for a steam turbine bearing, the value (P × V) is 2460 (kg × m) / (cm ² × s). Based on the practice of maintaining the equal bearing capacity (P × V) for various P and V, it can be argued that the above-mentioned composite antifriction materials from sintered copper-based powders are also applicable for use in steam turbines. In emergency situations, a higher value of the coefficient of liquid friction, in comparison with traditional babbit, no longer plays an important role.

Таким образом, выполнение подслоя сцепления из антифрикционного композиционного материала из спеченных порошков на основе меди повышает надежность работы турбины за счет исключения контакта шеек валопровода со стальным основанием вкладыша и образования недопустимых задиров в аварийных ситуациях при недостаточном количестве смазочного масла, что является техническим результатом.Thus, the implementation of the clutch sublayer of an antifriction composite material from sintered powders based on copper increases the reliability of the turbine by eliminating the contact of the shaft shafts with the steel base of the liner and the formation of unacceptable scoring in emergency situations with insufficient lubricating oil, which is a technical result.

Claims (1)

Вкладыш радиального подшипника скольжения турбины с телом в виде полого цилиндра, включающий расположенные на его внутренней поверхности последовательно и концентрично подслой сцепления и расположенный над ним антифрикционный слой, содержащий баббит Б-83, отличающийся тем, что подслой сцепления выполнен из антифрикционного композиционного материала из спеченных порошков на основе меди.

The liner of the radial sliding bearing of the turbine with the body in the form of a hollow cylinder, including a clutch sublayer located on its inner surface sequentially and concentrically and an antifriction layer located above it, containing B-83 babbit, characterized in that the clutch sublayer is made of an antifriction composite material of sintered powders based on copper.

Images