Ремонт опорных и упорных подшипников.

Опорные и упорные подшипники фиксируют положение роторов в радиальном и осевом положениях. Они определяют взаимное положение ротора в цилиндре, а, следовательно, и все радиальные зазоры в проточной части и уплотнениях.

Вращающийся ротор лежит на опорных подшипниках, они воспринимают все статические и динамические нагрузки от ротора. Таким образом, подшипники – очень ответственные узлы ГПА, от надежности которых зависит работа всей установки.

Для надежной работы ГПА подшипники должны обеспечить:

- постоянное положение ротора в подшипниках;

- минимальные потери на трение, т.е. наличие между трущимися поверхностями вала и подшипника пленки масла – жидкостное трение;

- хороший отвод теплоты, возникающий в результате работы трения во вкладыше, а также теплоты, передаваемой от нагретого ротора;

- нормальное вращение ротора при пусках и остановках, т.е. при работе турбокомпрессора на валоповоротном устройстве, и во всех случаях, когда частота вращения ротора мала и отсутствует устойчивая масляная пленка между шейкой вала и вкладышем.

Прилегание шеек роторов к опорным вкладышам должно быть равномерным по всей длине, и так же как в упорном подшипнике, все колодки должны равномерно касаться упорного диска.

Следует иметь в виду, что опорные и упорные подшипники работают надежно только тогда, когда толщина масляной пленки больше, чем сумма неровностей поверхностей шеек вала и упорного диска и сопряженных с ними баббитовых поверхностей. Поэтому поверхности шеек валов и упорного диска должны быть обработаны с чистотой Ñ8 - Ñ9. Колодки упорного подшипника после механической обработки должны быть пришабрены и притерты по плите, вкладыши опорных подшипников растачивают с чистотой Ñ8.

Для обеспечения жидкостного трения диаметр вкладыша 1 подшипника (рис.1) делают несколько больше диаметра шейки 2 вала. Когда ротор неподвижен, шейка лежит на нижней половине вкладыша и металл шейки касается металла вкладыша. При вращении ротора масло налипает на шейку вала и увлекается в зазор между вкладышем и шейкой. Благодаря клиновидной форме зазора (он суживается к низу) давление масла в нем возрастает и при достижении определенной частоты вращения становится настолько большим, что масло воспринимает массу вала, вал всплывает и начинает вращаться на масляной пленке.

По мере увеличения частоты вращения толщина h_о масляной пленке увеличивается (рис.1) и металлические поверхности шейки и вкладыша перестают соприкасаться. После прохождения самого узкого места давление масла в клиновидном зазоре падает, в это место непрерывно подают свежее масло.

Если в различных точках подшипника просверлить отверстия и присоединить к ним манометры и измерить в этих точках давление масла, то, откладывая в радиальных направлениях отрезки, соответствующие в каком-то масштабе давлениям в этих точках, получим график, изображенный на рис.

Как видно из графика, давление в клиновидном зазоре по мере сужения зазора возрастает и достигает наибольшего значения несколько раньше самого узкого места, а в расширяющей части зазора падает до нормального.

Отсюда следует, что поверхность нижней половины вкладыша должна быть совершенно гладкой без каких-либо канавок и рисок. Действительно, если на нижней половине вкладыша сделать сквозную продольную канавку 3 (рис.), то давление масла нормально возрастет в направлении вращения вала только до канавки; в канавке давление падает до атмосферного. После канавки давление масла снова возрастет и в расширяющейся части зазора вновь падает до атмосферного.

Совершенно очевидно, что падение давления в канавке уменьшает толщину масляной пленки, что понижает надежность работы подшипника.

Толщина масляной пленки в h_мин. в наиболее тонком месте должна превышать суммарную высоту микронеровностей на поверхностях шейки вала и вкладыша. В современных подшипниках при допускаемом удельном давлении на опорный подшипник 20 кг/см² при окружной скорости равной 60 м/с, толщина масляной пленки на полной частоте вращения равна примерно h_мин. = 0,015 ¸ 0,04 мм.

В современных турбинах применяют цилиндрическую и овальную расточки баббитовых заливок опорных вкладышей. При цилиндрической расточке нижняя половина вкладыша имеет следы касания ротора по всей его длине на дуге примерно 30°. Верхний масляный зазор между шейкой и баббитовой заливкой обычно принимается 0,002 диаметра шейки с минимально допустимым 0,2 мм. Боковой зазор с каждой стороны принимается равным примерно 0,001 диаметра шейки вала.

Как уже говорилось, у невращающихся роторов шейка вала находится в наинизшем положении относительно расточки вкладыша подшипника (рис.). По мере разворота ротора с увеличинеим частоты вращения между шейкой и вкладышем образуется масляная пленка.

При этом шейка из точки О₁ смещается в сторону вращения – в точки О¢, О², двигаясь вверх по так называемой кривой подвижного равновесия О₁О₀.

Опыты показывают, что для подшипника с цилиндрической расточкой вкладыша эта кривая будет близка к полуокружности с диаметром е, где 2е – радиальный зазор в подшипнике.

Опытом также установлено, что при нахождении центра шейки на кривой подвижного равновесия гидродинамические силы, действующие на шейку, и внешняя нагрузка находятся в равновесии.

Любое внешнее возбуждение, которое заставляет сместиться ось шейки с кривой О₁О₀ может вызвать так называемую прецессию шейки, т.е. вращающая шейка будет совершать периодическое движение вокруг точки устойчивого положения на кривой подвижного равновесия. На рис. контур вокруг точки О² показывает траекторию, по которой начинает перемещаться центр вращающейся шейки при прецессии.

Прецессия может быть трех видов:

- затухающая,

- установившаяся,

- нарастающяя.

Первый вид прецессии не опасен, так как затухающее движение приводит центр вращающейся шейки снова на кривую устойчивого равновесия О₁О₀. Второй вид прецессии обычно соответствует установившимся небольшим колебаниям шейки. Нарастающая прецессия приводит к потере устойчивости ротора на масляном слое, так как вызывает большие колебания с нарастающей амплитудой, которые могут привести к разрушению турбины, т.к. колебания шейки вала, передаваясь через масляный слой, вызывают очень сильную вибрацию подшипников. Как показывает опыт, частота этой вибрации близка к 25 Гц.

Для повышения виброустойчивости шейки вала ротора в подшипнике и устойчивости шейки на масляном слое расточкам подшипников придают такую форму, при которой возникает дополнительный масляный клин с соответствующим давлением масла в ненагруженной зоне подшипника. Например, стали применять овальную расточку баббитовой заливки (рис.).

В овальной или лимонной расточке во время вращения ротора в верхней половине вкладыша также образуется масляный клин, в нем также повышается давление масла, которое отжимает вал вниз и вправо.

Возможные колебания центра шейки ограничены областью О₁О₂О₃О₄. Таким образом, смещение центра вала при овальной расточке меньше, чем при цилиндрической. При возникновении вибрации вала она будет частично гаситься за счёт демпфирующих свойств масляного клина верхней половины вкладыша.

Недостатком овальной или лимонной расточки является то, что подшипник работает с меньшим h_мин по сравнению с цилиндрической расточкой и поэтому более чувствителен к перекосам и загрязнению масла, т.е. требует более тщательной обработки вкладыша и шейки вала.

При овальной расточке вкладышей боковые зазоры между шейкой вала и расточкой вкладыша примерно в 2 раза больше верхнего зазора, равного 0,001 диаметра вала. Поверхность баббитовой заливки лимонного вкладыша получается путем расточки с диаметром, равным d_раст = d_вала + 0,004 d_вала.

При растачивании вкладыша по разъёму половин вкладышей (верхней и нижней) устанавливают технологические прокладки толщиной b=0,003 d_вала. При чистовой расточке снимается слой баббита до 0,5 мм при подаче резца на 0,1 мм за один оборот и частоте вращения 30 – 40 об/мин.

После удаления прокладок расточка вкладыша принимает овальную форму, обеспечивающую требуемый вертикальный (0,004 d_вала - 0,003 d_вала) = 0,001 d_вала и боковые зазоры 0,004 d_вала: 2 = 0,002 d_вала. Ручную подгонку поверхности вкладыша по шейке вала не производят. При овальной расточке вкладыша поверхность соприкосновения шейки вала и вкладыша должна быть в виде линии.

Порядок разборки опорного подшипника, объём необходимых измерений и методы производства этих измерений, так же как и способы устранения дефектов, практически одинаковы для всех видов опорных подшипников.

Разборку опорного подшипника начинают с разболчивания и снятия крышки. Сняв крышку, осматривают её внутреннюю поверхность. Наличие на внутренней поверхности крышки и на поверхности верхней центровочной колодки следов наклепа свидетельствуют об отсутствии натяга вкладыша крышкой подшипника.

Сняв крышку подшипника, замеряют боковые зазоры по маслоотбойным кольцам, записывают результаты измерений в формуляр. Очищают плоскости горизонтального разъёма крышки и стула подшипника и проверяют натяг вкладыша крышкой и верхние зазоры по маслоотбойным кольцам (рис.

Для этого на разъём корпуса подшипников укладывают калиброванные пластины одинаковой толщины, а на шейку вала в месте прохода через маслоотбойное кольцо и на центровочную колодку верхнего вкладыша кладутся кусочки свинцовой проволоки. Диаметр проволоки должен быть больше толщины Т калиброванных пластин примерно на 0,5 мм.

Затем кладут на место крышку и слегка её стягивают болтами так, чтобы она плотно легла на калиброванные пластины. После этого крышку снимают и замеряют толщину раздавленных свинцовых проволок.

Верхний зазор по маслоотбойному кольцу: С₁ = С_В1 – Т; С₂ = С_В2 – Т, где

- С_В – толщина раздавленных свинцовых проволок;

- Т – толщина калиброванной пластины.

-

Значение зазора должно быть в пределах 0,1 – 0,2 мм.

Натяг определяется как k = Т – С_В3 ; k = Т – С_В4; Если k получится отрицательным, это означает что натяга нет, а есть зазор. Натяг крышек должен быть 0,03 – 0,07 мм.

Натяг зависит от конструкции подшипника, габаритных размеров вкладышей и температурных условий работы подшипника и крышки. Большие натяги выбирают для вкладышей с большими габаритными размерами, а также при условии, если крышка находится в зоне достаточно высоких температур.

Для опорно-упорного подшипника значение натяга вкладыша выбирают на основании опытных данных или указаний завода-изготовителя. Натяг крышки должен быть таким, чтобы была обеспечена невозможность осевого перемещения подшипника под действием осевых усилий на ротор.

Замерив, натяг вкладыша крышкой, разболчивают крепеж вкладыша подшипника и снимают верхнюю половину вкладыша. Замеряют боковые масляные зазоры и верхний масляный зазор в подшипнике, также зазор по маслоотбойным кольцам методом свинцовых оттисков (рис.).

Верхний зазор во вкладыше определяется как разность Г = С_В6 – Т; Г = С_В7 – Т.

Зазоры по маслоотбойным кольцам: С = С_В5 – Т; С = С_В8 – Т.

Значение зазоров заносятся в формуляр.

При уложенном роторе проверяется прилегание опорных центровочных колодок нижней половины вкладыша к расточке корпуса подшипника. Пластина щупа толщиной 0,03мм не должна проходить между колодками и расточкой корпуса.

После выемки ротора вновь проверяется прилегание опорных колодок. Боковые колодки не должны иметь зазор, а между нижней колодкой и расточкой корпуса должен быть зазор около 0,03 – 0,05 мм. После этого нижний вкладыш вынимается и укладывается на ремонтной площадке.

Все промывается, очищается. Осматриваются разъёмы, посадочные поверхности, маслоподводящие и маслосливные каналы вкладыша. Удаляются задиры и забоины. Проверяются состояние баббитовой заливки вкладыша, плотность прилегания баббита к корпусу вкладыша обстукиванием и керосиновой пробой.

Недопустимы глубокие риски баббита, забоины и раковины. Недопустимо отставание баббитовой заливки. При обстукивании вкладыша звук должен быть чистым без дребезжания.

При керосиновой пробе (после опускания вкладыша на 2-3 часа в бак с керосином, выемки из бака, высыхания и покрытия торцов и разъёма вкладыша тонким слоем мелового раствора) не должны проступать желтые пятна в местах соединений баббита с корпусом вкладыша при нажатии на баббитовую заливку. Поврежденные места баббитовой заливки, если они занимают не более 10% площади баббитовой заливки половины вкладыша, вырубаются и наплавляются.

Поврежденные места разделываются вырубкой баббита или засверловкой до здоровой поверхности. Если вырубка доходит до металла корпуса вкладыша, то этот участок после обезжиривания и травления лудят оловом. Наплавку производят прутками баббита Б-83 диаметром 5-7мм кислородно-ацетиленовой горелкой.

Наплавляемые места заполняют баббитом, слой которого должен иметь припуск на 1 – 2 мм для окончательной чистовой обработки. При больших повреждениях заливки, а также при её отставании от корпуса вкладыша производят перезаливку.

Для обеспечения хорошего сцепления баббита с корпусом вкладыша при перезаливке его поверхность до лужения: - тщательно очищают от грязи и ржавчины стальной щеткой чистыми концами, смоченными в бензине; - протирают кисточкой, смоченной в соляной кислоте;

- вторично очищают стальной щеткой и после этого промывают проточной водой до полного удаления кислоты.

Затем корпус вкладыша обезжиривают, опуская его на 20 мин в ванну с 10% -ным раствором едкого натра или в кипящей 30% -ный раствор кальцинированной соды. Остатки щелочи после обезжиривания удаляют, промывая корпус вкладыша горячей проточной воле с температурой 90 - 100 °

Чтобы создать зазор между валом и баббитовой заливкой вкладыша, диаметр расточки вкладыша делают несколько большим диаметра вала. Вкладыш с цилиндрической расточкой для получения необходимых зазоров растачивают на размер, равный диаметру вала + значение верхнего зазора. Вкладыш с лимонной расточкой растачивают на размер, равный диаметру шейки + значение обоих боковых зазоров, но в разъём при расточке устанавливают прокладку, толщина которой равна сумме верхнего и одного бокового зазоров.

Снятый со станка расточенный вкладыш размечают по чертежу, просверливают и прорубают отверстия, холодильники, масляные канавки и т. д. Чтобы был лучше сток масла и не выкрашивался баббит, кромки внутренней расточки, канавки и отверстия для входа масла закругляют.

Затем вкладыш промывают, ставят в корпус подшипника и после укладки ротора в цилиндр проверяют прилегание баббитовой заливки к шейкам вала по натирам, а также верхний и боковые зазоры.

При ремонте упорного подшипника до его разборки проверяют разбег ротора при полностью собранном подшипнике. Разбег ротора измеряют индикаторами, установленными на разъёме цилиндра или корпуса подшипника. Измерительный стержень индикатора должен упираться в осевом направлении на какую-нибудь деталь ротора. Ротор отодвигают рычагом или специальным приспособлением с начало в одно, а потом в другое крайнее положение и по индикатору отсчитывают значение разбега. Эту операцию повторяют несколько раз для получения более точных данных. Величина разбега ротора в упорном подшипнике устанавливается заводом-изготовителем в пределах 0,3 – 0,5 мм.

При проверке разбега ротора важно убедиться в том, что вкладыш подшипника не сдвигается вместе с ротором. Для этого устанавливают два индикатора (рис.). Индикатор А₁ показывает значение перемещения ротора при проверке осевого разбега, А₂ – перемещение (люфт) вкладыша подшипника. Таким образом, действительный разбег ротора, мм, определяется как разность показаний этих двух индикаторов: Р = А₁ - А₂.

При значении разбега ротора в упорном подшипнике, отклоняющемся от нормы, его приводят к норме способом, который зависит от конструкции упорного подшипника. Все детали подшипника тщательно осматривают и проверяют биение упорного диска двумя индикаторами.

При осмотре деталей подшипника особое внимание обращают на состояние баббитовой заливки упорных колодок: отслоение, выкрашивание и круговые риски на баббите недопустимы.

Следы натиров от упорного диска ротора на баббитовой заливке должны располагаться со стороны, противоположной входу масла на колодки, и занимать не более 20 – 25% поверхности заливки. Необходимо проверить плотность прилегания баббита к упорным колодкам методом керосиновой пробы.

Упорные колодки, имеющие выкрашивание и отставание баббита, надо заменить новыми.

Проверяют по краске плоскости баббитовой заливки колодок и плоскости ребра качания; пятна краски должны располагаться равномерно и занимать не менее 80% площади баббитовой заливки и всю плоскость ребра качания. Проверяется толщина колодок вдоль ребра качания: разнотолщинность колодок не должна превышать 0,02мм.

Следует иметь в виду, что если на всех колодках следы натиров одинаковы, располагаются равномерно и занимают не менее 80% площади заливки, а в период эксплуатации никаких нарушение в работе упорного подшипника не наблюдалось, то допускается разнотолщинность колодок одного ряда до 0,04мм.

Проверяется также толщина упорных колец: разнотолщинность самого кольца и каждой пары полуколец должна быть не более 0,02 мм.

Перезаливка колодок принципиально не отличается от перезаливки вкладышей опорных подшипников. Но следует иметь в виду, что при любых ремонтных операциях с колодками (при их перезаливке или смене) все колодки должны равномерно прилегать в собранном упорном подшипнике к упорному диску.

---

Дата добавления: 2015-07-15