CS258299B1

CS258299B1 - Thrust high-speed pivoted-pad bearing

Info

Publication number: CS258299B1
Application number: CS871418A
Authority: CS
Inventors: Frantisek Hanikyr; Bedrich Lobovsky; Milan Peterka
Original assignee: Frantisek Hanikyr; Bedrich Lobovsky; Milan Peterka
Priority date: 1987-03-03
Filing date: 1987-03-03
Publication date: 1988-08-16
Also published as: CS141887A1

Abstract

Ložisko vhodné zejména pro vodní nebo parní turbiny, sestává nejméně ze dvou segmentů. Nosné’kovové tělo segmentu je na povrchu opatřeno kluznou výstelkou zhotovenou ze supervysokomolekulárnlho polyetylénu o molekulární hmotnosti nejméně 2 000 000. Kluzná výstelka je pevně spojena s kovovým fělem segmenti^. S výhodou je mezi kluznou výstelkou á kovovým tělem segmentu uložena pružná deformační mezivrstva, přičemž tlouítka kluzné výstelky pružné deformační mezivrstvy činí v závislostí na velikosti a zatížení ložiska od 1 do 15 mm.Bearing especially suitable for water or steam turbine, consists of at least two segments. The bearing body of the segment is on surface is provided with a sliding liner of super-high molecular weight polyethylene having a molecular weight of at least 2 000 000. The liner is firmly attached to the metal with segment segments ^. It is preferably between the slide the lining and the metal body of the segment elastic deformation interlayer, wherein thrust pads elastic deformation the interlayer makes depending on size and bearing load from 1 to 15 mm.

Description

Vynález se týká axiálního rychloběžného segmentového ložiska, které je vhodné zejména pro vodní nebo parní turbiny nebo strojní zařízení, ve kterých-musí ložiska rotorů pracovat při velmi vysokých kluzných rychlostech a značných měrných zatíženích. Současně při rozbíhání anebo zastavování těchto zařízení dochází ke ztrátám hydrodynamického mazacího filmu, a tím i k meznímu tření, které způsobuje opotřebování kluzných ploch.The invention relates to an axial high-speed segment bearing which is particularly suitable for water or steam turbines or machinery in which the rotor bearings have to operate at very high sliding speeds and considerable specific loads. At the same time, when starting or stopping these devices, the hydrodynamic lubrication film is lost and thus the ultimate friction, which causes wear of the sliding surfaces.

V současné době se pro výrobu kluzných ložisek rotorů turbin používá kluzné plochy různých kovových kompozic. Kluzné uložení je obvykle tvořeno ocelolitinovým běhounem a podpěrnými segmenty, uloženými v nosné hvězdě. Pro správnou funkci· uložení je nutné mezi kluzné plochy dopravit tlakovými čerpadly mazací olej, který vytvoří i při najíždění a odstavování strojů potřebný mazací film.At present, sliding surfaces of various metal compositions are used to produce sliding bearings of turbine rotors. The sliding bearing is usually formed by a cast-iron tread and supporting segments mounted in a star. For correct operation of the bearings, it is necessary to supply lubricating oil between the sliding surfaces through pressure pumps, which creates the necessary lubricating film even when the machines are started and shut down.

Při poruše čerpadla není mazáni dostatečné, kluzné plochy se dotýkají a dochází k poškozování ložisek. Pravděpodobnost zadírání se zvyšuje se stoupajícím měrným tlakem v kluzném uloženi. Každá porucha tlakového čerpadla znamená snížení pohotového výkonu stroje, a tím i značné ztráty pro energetickou sít. V případě vážnějšího poškození ložiska je nutná několikadenní demontáž a oprava rozměrných zařízení. Další nevýhodou stávajících kompozicových ložisek používaných pro menší kluzné rychlosti a zatížení z konstrukčních důvodů bez tlakových čerpadel je skutečnost, že při delších odstávkách dochází k úplnému vytlačení oleje z kluzného uložení.If the pump fails, lubrication is not sufficient, the sliding surfaces touch and the bearings are damaged. The likelihood of seizure increases with increasing specific pressure in the sliding bearing. Any failure of the pressure pump means a reduction in the machine's readiness and thus a considerable loss for the power grid. In case of serious bearing damage, several days of dismantling and repair of bulky equipment is necessary. A further disadvantage of existing composite bearings used for lower sliding speeds and loads due to design without pressure pumps is that the oil is completely displaced from the sliding bearing during longer stops.

Proto je nutné z těchto důvodů ložiskový běhoun nadzvednout, aby před rozběhem došlo k zalití kluzné spáry olejem. Tato manipulace vyžaduje zabudování zvláštního zvedacího zařízení na brzdách rotoru, nebo zvedání pomocí jeřábu. Pro tyto manipulace je'třeba kvalifikovaných pracovníků. Při vlastním běhu ložiska se vytváří hydrodynamická kluzná vrstva oleje ve spáře sama a není nutné použití tlakového čerpadla nebo jiného zařízeni.For this reason, it is necessary to lift the bearing tread so that the sliding joint is filled with oil before starting. This manipulation requires the installation of a special lifting device on the rotor brakes or lifting by crane. Qualified personnel are required for these manipulations. During the running of the bearing, the hydrodynamic sliding layer of oil in the joint itself forms and it is not necessary to use a pressure pump or other device.

Ί provozních důvodů použili někteří výrobci k výrobě kluzného uložení samomazné materiály na bázi polytetrafluoretylenu.Ί For operational reasons, some manufacturers have used self-lubricating polytetrafluoroethylene materials to produce plain bearings.

Praktické zkoušky prokázaly, že v důsledku nesmáčivosti polytetrafluoretylenového povrchu olejem nejsou kluzné vlastnosti ani v tomto případě dostatečné a dochází k neúnosnému opotřebení povrchové vrstvy polytetrafluoretylenového ložiska při rozbězích a dobězích uložení. Toto opotřebení i při použití polytetrafluoretylenových kompozic je tak veliké, že může být příčinu axiálního posunu rotoru, a tím i poruchy některých součástí turbin.Practical tests have shown that due to the non-wettability of the polytetrafluoroethylene surface by the oil, the sliding properties are not sufficient even in this case and the unbreakable wear of the surface layer of the polytetrafluoroethylene bearing during start-ups and deceleration of bearing placement is unacceptable. This wear, even when using polytetrafluoroethylene compositions, is so great that it may be the cause of the axial displacement of the rotor and hence the failure of some turbine components.

Uvedené nevýhody odstraňuje axiální rychloběžné segmentové ložisko, zejména vodních nebo parních turbin podle vynálezu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že ložisko sestává z leštěného běhounu a nejméně dvou segmentů, jejichž nosné kovové tělo je na povrchu opatřeno kluznou výstelkou zhotovenou ze supervysokomolekulárního polyetylénu o molekulární hmotnosti nejméně 2 000 000. Kluzná výstelka je pevně spojena s kovovým tělem segmentu.These disadvantages are overcome by an axial high-speed segment bearing, in particular of water or steam turbines according to the invention. SUMMARY OF THE INVENTION The bearing consists of a polished tread and at least two segments, the supporting metal body of which is provided with a sliding lining made of super-molecular-weight polyethylene of at least 2,000,000 molecular weight on the surface. The sliding lining is firmly connected to the metal body of the segment.

S výhodou je mezi kovovým tělem segmentu a kluznou výstelkou uložena nejméně jedna pružná deformační mezivrstva, přičemž celková tlouštka kluzné výstelky a pružné deformační mezivrstvy činí v závislosti na velikosti a zatížení ložiska od 1 do 15 mm.Preferably, at least one resilient deformation intermediate layer is disposed between the segmental metal body and the sliding liner, the total thickness of the sliding liner and the resilient deformation intermediate layer being from 1 to 15 mm, depending on the size and load of the bearing.

Axiální rychloběžné segmentové ložisko podle vynálezu se při praktických zkouškách plně osvědčilo. Kluzná výstelka ze supervysokomolekulárního polyetylénu má pro aplikaci optimální předpoklady po stránce mechanických vlastností a pro svou dobrou deformační charakteristiku, která umožňuje rovnoměrné rozložení zatížení na celou plochu segmentu, a tím zamezuje tvoření tlakových špiček, které jsou velmi nepříznivé u kompozicových segmentů. Materiál odolává dlouhodobě pracovním teplotám, které mohou dosáhnout 80 až 90 °C, a účinku mazacích olejů.The axial high-speed segment bearing according to the invention has been fully proven in practical tests. Super-high-molecular polyethylene sliding liner is optimally suited for mechanical properties and has good deformation characteristics that allow uniform load distribution across the segment, thus avoiding the formation of pressure peaks that are very unfavorable for composite segments. The material withstands long-term working temperatures, which can reach 80 to 90 ° C, and the effect of lubricating oils.

Oproti polytetrafluoretylenu má rozhodující výhodu v tom, že má podstatně větší kohezi olejového filmu, protože má v zásadě parafinickou strukturu. V důsledku toho se na jeho povrchu vytváří velmi stabilní olejový film, který se neporušuje ani při vysokých měrnýchCompared to polytetrafluoroethylene, it has the decisive advantage that it has a significantly greater cohesiveness of the oil film, since it has a substantially paraffinic structure. As a result, a very stable oil film is formed on its surface, which does not break even at high specific

I zatíženích, nízkých kluzných rychlostech, ani při dlouhých odstávkách. Tlm je mazání kluzných ploch i v kritických situacích rozbíhání nebo zastavování stále hydrodynamické a opotřebení povrchu segmentů je minimální. Supervysokomolekulárnl polyetylén je i bez maziva samomazný a má velmi nízké hodnoty tření vůči kovovým povrchům. Jeho odolnost vůči rázům a opotřebení je nejvyšší ze vSech plastů. Jeho elektroizolační vlastnosti současné zabrání přeskokům elektrických výbojů mezi statorem a rotorem - segmentem a běhounem.Even with loads, low sliding speeds, even with long downtime. Tlm lubrication of sliding surfaces is still hydrodynamic even in critical starting or stopping situations and wear of the surface of the segments is minimal. Super-high molecular weight polyethylene is self-lubricating even without lubricant and has very low friction values against metal surfaces. Its impact and wear resistance is the highest of all plastics. At the same time, its electrical insulation properties prevent jumps of electrical discharges between stator and rotor - segment and tread.

Deformační mezivrstva umožňuje upravit tuhost kluzné výstelky tak, aby tato trvale zajlitovala optimální geometrické poměry pro běh uložení, zejména vytváření hydrodynamického mazacího f*ilmu při vfiech režimech běhu. Při praktických zkouékách jako segmentové ložisko rotorů se tato kombinace osvědčila při kluzných rychlostech až 30 ms¹ a specifickém tlaku 5 MPa.The deformation intermediate layer makes it possible to adjust the stiffness of the sliding liner so that it permanently encapsulates optimal geometrical conditions for running of the bearing, in particular the formation of a hydrodynamic lubrication film in all running modes. In practical tests as a segment rotor bearing, this combination has proven itself at sliding speeds up to 30 ms ¹ and a specific pressure of 5 MPa.

Příkladné provedení axiálního rychloběžného segmentového ložiska podle vynálezu je zobrazeno na připojených vyobrazeních, kde na obr. 1 je segment axiálního ložiska v pohledu a na obr. 2 příčný řez tělem segmentu opatřený kluznou výstelkou a deformační mezivrstvou.An exemplary embodiment of an axial high-speed segment bearing according to the invention is shown in the accompanying drawings, wherein in Fig. 1 the axial bearing segment is in view and Fig. 2 is a cross-section of a segment body provided with a sliding lining and deformation interlayer.

Axiální rychloběžné segmentové ložisko pro parní turbiny (obr. 1 a 2) sestává ze tří segmentů. Funkční strana nosného kovového těla .1 každého segmentu je na povrchu opatřena kluznou výstelkou 3, upevněnou prostřednictvím pružné deformační mezivrstvy 2 na kovové tělo 1. segmentu. Kluzná výstelka 3. je zhotovena ze supervysokomolekulárního polyetylénu a molekulární hmotnosti 5 000 000.The axial high-speed segment bearing for steam turbines (Figures 1 and 2) consists of three segments. The functional side of the support metal body 1 of each segment is provided on the surface with a sliding lining 3, fixed by means of a flexible deformation intermediate layer 2 to the metal body 1 of the segment. The sliding lining 3 is made of super-high molecular weight polyethylene and a molecular weight of 5,000,000.

Jednotlivé segmenty axiálního ložiska byla zhotoveny tak, že z práškového supervysokomolekulárnlho polyetylénu o molekulární hmotnosti 5 miliónů byla lisováním v uzavřeném nástroji při tlaku 20 MPa a teplotě 220 °C vyrobena deska 300 x 300 mm o tlouštce 3 mm - kluzná výstelka. Na tuto desku byla při 200 °C nalisována jedna vrstva skleněné tkaniny, tj. průměrná deformační mezivrstva 2, která byla při tlaku 10 MPa zatavena do rubové strany desky. Takto vyrobený polotovar byl mezi deskami lisu spojen pomocí epoxidové pryskyřice a kovovým tělem 1. segmentu a po přilepení opracován pouze na potřebný půdorys. Kluzný povrch nebyl nijak upravován.The individual segments of the thrust bearing were made in such a way that a 300 x 300 mm plate with a thickness of 3 mm - a sliding liner - was produced from a super-high molecular weight polyethylene powder of 5 million molecular weight by pressing in a closed tool at 20 MPa and 220 ° C. One layer of glass fabric, i.e., the average deformation intermediate layer 2, was pressed onto this plate at 200 ° C, which was sealed to the reverse side of the plate at a pressure of 10 MPa. The blank produced in this way was connected between the press plates by means of an epoxy resin and a metal body of the 1st segment and after gluing it was machined only to the required floor plan. The sliding surface was not treated in any way.

Ze tří takto vyrobených segmentů bylo sestaveno zkušební ložisko turbiny, které bylo odzkoušeno při kluzné rychlost 30 m/s a měrném tlaku 5 MPa. Uložení bylo sledováno bez přídavného tlakového mazání ponořením do olejové lázně. Běželo přerušovaně s rozběhem a doběhem 200 provozních hodin. Chod ložiska byl klidný, potřebný příkon byl oproti za stejných podmínek zkoušeným kompozicovým segmentům o cca 10 t menší, oproti segmentům s polytetyrafluorefylenovou výstelkou o 5 » nižší. Protože ložisko nevykazovalo měřitelné opotřebení, mohla být zkouška ukončena, protože je předpoklad, že toto ložisko může pracovat bez závad i podstatně delší dobu.From the three segments produced in this way the test bearing of the turbine was assembled and tested at a sliding speed of 30 m / s and a specific pressure of 5 MPa. The deposition was monitored without additional pressure lubrication by immersion in an oil bath. It ran intermittently with a run-up time of 200 operating hours. The running of the bearing was calm, the required power input was about 10 t lower compared to the tested composite segments under the same conditions, compared to the segments with polytetyrafluorefylene lining 5 »lower. Since the bearing did not show measurable wear, the test could be terminated because it is assumed that this bearing can work without faults for a considerably longer period of time.

Příklad 2Example 2

Jednotlivé segmenty axiálního ložiska jsou na funkční ploěe opatřeny kluznou výstelkou 3 zhotovenou ze supervysokomolekulárního polytetrafluoretylenu o molekulové hmotnosti 8 000 000. Deska kluzné výstelky 3 ze supervysokomolekulárního polyetylénu o rozměrech 300 x 300 mm a tlouštce 4 mm je na nulové straně upravena doutnavým výbojem tak, aby byla smáčivá pro lepidlo.Individual axial bearing segments are provided with a sliding lining 3 made of super-molecular polytetrafluoroethylene of molecular weight 8 000 000 on the functional surface. The super-molecular polyethylene sliding liner 3 of 300 x 300 mm and thickness of 4 mm is arranged on the zero side so that it was wettable for the glue.

Ocelový segment ložiska měl ve stykové ploše vytvořeno zahloubení pro kluznou výstelkuThe steel bearing segment had a recess for the sliding lining in the contact surface

3. ve tvaru kluzné plochy hluboké 2 mm, do kterého byla kluzná výstelka 2 přilepena chlorkaučukovým lepidlem. Segmenty byly ustaveny a odzkoušeny stejným způsobem jako v příkladě 1, a vyhovujícím výsledkem.3. in the form of a sliding surface 2 mm deep, in which the sliding lining 2 was glued with a chlorinated rubber adhesive. The segments were set up and tested in the same manner as in Example 1, and a satisfactory result.

Claims

D ί I D Μ I T VYNALBSU

1. Axial high-speed segment bearing removed by water or steam turbines, marked by pressure, and consisting of a lined tread · not less than two eegzwntd whose bearing metal plate (1) is provided with a trotter lining (3) on the surface with super-high molecular weight 000 000, which is rigidly connected to the metal plate (1) of the segment.

Axial high-speed segment bearing according to throw 1, characterized in that at least one elastic deformation maziyretva (2) is mounted between the segment metal mall (1) and the sliding liner (3).

3. Axial high-speed segment bearing according to items 1 and 2, characterized in that the total thickness of the sliding liner (3) and the elastic deformation interlayer (2) are from 1 to 15 mm depending on the size and load of the bearing.