RU2442034C2

RU2442034C2 - Segmental bearing

Info

Publication number: RU2442034C2
Application number: RU2010115533/11A
Authority: RU
Inventors: Григорий Максимович Марченко (RU); Григорий Максимович Марченко; Виталий Никитич Чукреев (RU); Виталий Никитич Чукреев
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Уральский турбинный завод"
Priority date: 2010-04-19
Filing date: 2010-04-19
Publication date: 2012-02-10
Also published as: RU2010115533A

Abstract

FIELD: mechanics.

SUBSTANCE: invention relates to mechanical engineering, mainly for turbine and can be used as a self-adjusting bearing turbine rotors operating at high speed and high specific loads. Segmental bearing consists of five segments (three in the bottom half and two at the top) with the command on the support surface oil distribution groove at the entrance of the segment. In the lower segments of oil distribution grooves slots are performed in a certain way facing the entrance end.

EFFECT: elimination of excess heating oа oil and the application in fast-running heavy-duty bearings for rotors without lift oil pumps.

6 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к турбиностроению, и предназначено для использования в качестве самоустанавливающихся подшипников роторов турбин, работающих при высокой частоте вращения (n>3000 об/мин) и высокой удельной нагрузке (g≥20 кгс/см²).The invention relates to mechanical engineering, mainly to turbine engineering, and is intended for use as self-aligning bearings of turbine rotors operating at a high rotation frequency (n> 3000 rpm) and high specific load (g≥20 kgf / cm ² ).

Известна конструкция самоустанавливающихся пятисегментных подшипников (три в нижней половине и два в верхней) по патенту Великобританиии №1397551, F16C 33/02 и предназначенных для использования в качестве опор высокооборотных валов и роторов, работающих при высокой удельной нагрузке фирмы Glacier.A known design of self-aligning five-segment bearings (three in the lower half and two in the upper) according to British patent No. 1397551, F16C 33/02 and intended for use as bearings of high-speed shafts and rotors operating at high specific load of the company Glacier.

Расчетный равномерный радиальный зазор между опорной поверхностью сегмента и поверхностью ротора определяется по методике фирмы.The calculated uniform radial clearance between the supporting surface of the segment and the surface of the rotor is determined by the firm’s methodology.

Подача масла к сегментам в этом подшипнике осуществляется форсунками, установленными в окружные промежутки между сегментами.Oil is supplied to the segments in this bearing by nozzles installed in the circumferential gaps between the segments.

Недостаток этих подшипников заключается в том, что при пуске тяжело нагруженных подшипников необходима организация гидроподъема, включающего насос высокого давления, трубопровод, и выполнение на цилиндрической опорной поверхности нижнего сегмента углубленной кольцевой канавки, потому что коэффициент трения покоя существенно выше коэффициента скольжения. Кроме того, при длительном воздействии ротора на опорную поверхность нижнего сегмента с большой удельной нагрузкой, например, в перерывах между пусками, в месте контакта масляная пленка полностью выдавливается, что ухудшает условия пуска и может служить причиной аварии.The disadvantage of these bearings is that when starting up heavily loaded bearings, it is necessary to organize a hydraulic lift, including a high pressure pump, a pipeline, and to perform a deepened annular groove on the cylindrical supporting surface of the lower segment, because the coefficient of rest friction is significantly higher than the slip coefficient. In addition, with prolonged exposure of the rotor to the supporting surface of the lower segment with a high specific load, for example, between breaks, the oil film is completely squeezed out at the contact point, which worsens the start-up conditions and can cause an accident.

Известен пятисегментный опорный самоустанавливающийся подшипник (прототип) газовой турбины мощностью 25000 кВт типа ГТЭ-25У Уральского турбомоторного завода (чертеж Б-761865 СБ), работающей с частотой вращения n=6000 об/мин и удельной нагрузкой до 15 кгс/см², подача масла в котором организована через маслораспределительную канавку во входном участке опорной поверхности сегмента. Недостатком данного сегментного подшипника является повышенный нагрев масла при работе (особенно в нижнем сегменте), обусловленный неравномерным расходом масла в каждом отдельном сегменте, что было подтверждено при опытном испытании газовой турбины.Known five-segment thrust self-aligning bearing (prototype) of a gas turbine with a capacity of 25,000 kW type GTE-25U of the Ural Turbo-Motor Plant (drawing B-761865 SB), operating at a speed of n = 6000 rpm and specific load up to 15 kgf / cm ² , oil supply in which it is organized through the oil distribution groove in the input section of the supporting surface of the segment. The disadvantage of this segment bearing is increased oil heating during operation (especially in the lower segment), due to uneven oil consumption in each individual segment, which was confirmed during the pilot test of a gas turbine.

Задачей настоящего изобретения предусматривается устранение недопустимого нагрева масла и возможность использования тяжелонагруженных подшипников быстровращающихся роторов без применения гидроподъема.The objective of the present invention provides for the elimination of unacceptable heating of the oil and the possibility of using heavily loaded bearings of rapidly rotating rotors without the use of hydraulic lifting.

Поставленная задача решается тем, что условия работы каждого сегмента конкретизированы с учетом их окружного положения и обеспечения примерного равенства давлений в маслораспределительных канавках, для чего в нижнем сегменте из маслораспределительной канавки на входном участке опорной поверхности выполнена прорезь, выходящая на входной торец, размеры которой определены из зависимости:The problem is solved in that the operating conditions of each segment are specified taking into account their circumferential position and ensuring an approximate pressure equality in the oil distribution grooves, for which a slot is made in the lower segment of the oil distribution groove at the inlet portion of the supporting surface, facing the inlet end, the dimensions of which are determined from dependencies:

L=0,85…0,95p,L = 0.85 ... 0.95p,

t=S,t = S,

а в нижних боковых сегментах - прорезь, размеры которой:and in the lower side segments - a slot, the dimensions of which:

L=0,85…0,95р,L = 0.85 ... 0.95r,

t₁=p(S-S₁)/Lt ₁ = p (SS ₁ ) / L

где р - осевая длина сегмента,where p is the axial length of the segment,

L - длина прорези нижнего и нижнего бокового сегмента,L is the length of the slot of the lower and lower lateral segment,

t - глубина прорези нижнего сегмента,t is the depth of the slot of the lower segment,

t₁ - глубина прорези нижнего бокового сегмента,t ₁ - the depth of the slot of the lower side segment,

S - величина расчетного радиального зазора в верхней точке в положении ротора, опертого на нижний сегмент,S is the value of the estimated radial clearance at the upper point in the position of the rotor, supported on the lower segment,

S₁ - величина расчетного радиального зазора нижнего бокового сегмента в положении ротора, опертого на нижний сегмент.S ₁ - the value of the estimated radial clearance of the lower side segment in the position of the rotor, supported on the lower segment.

Длина прорези L=0,85…0,9 осевой длины сегмента принята по аналогии с осевой длиной маслораздаточной канавки подшипников, принятой на практике. Величина расчетного радиального зазора определена известным образом, например по методике фирмы Glacier.The length of the slot L = 0.85 ... 0.9 of the axial length of the segment is adopted by analogy with the axial length of the oil dispensing groove of the bearings, adopted in practice. The value of the calculated radial clearance is determined in a known manner, for example, according to the method of the company Glacier.

Общий вид сегментного подшипника представлен на фиг.1, на фиг.2 - вид Б входного участка нижнего сегмента, на фиг.3 - вид В поперечного сечения входного участка нижнего сегмента, на фиг.4 - А-А - поперечное сечение сегментного подшипника, на фиг.5 - вид Г входного участка нижнего бокового сегмента, на фиг.6 - вид Д поперечного сечения входного участка нижнего бокового сегмента.A general view of the segment bearing is shown in FIG. 1, FIG. 2 is a view B of the inlet portion of the lower segment, FIG. 3 is a cross-sectional view B of the inlet portion of the lower segment, and FIG. 4 is a-A is a cross-section of the segment bearing, figure 5 is a view G of the input section of the lower side segment, figure 6 is a view D of the cross section of the input section of the lower side segment.

Сегментный подшипник состоит из пяти сегментов: нижнего 1, двух нижних боковых 2, двух верхних 3, установленных в выполненную из двух скрепленных половин обойму 4, пяти пальцев 5, закрепленных в обойме 4 и входящих в отверстия сегментов, трех подушек 6, прикрепленных к обойме 4 и через одну из которых подается на смазку масло, пяти подпятников 7, установленных в обойме 4, на которые опирается каждый из сегментов. От окружного смещения каждый сегмент удерживается пальцем 5, а от радиального смещения Т-образным хвостом, входящим в аналогичный паз обоймы 4.A segment bearing consists of five segments: lower 1, two lower side 2, two upper 3, mounted in a cage 4 made of two fastened halves, five fingers 5 fixed in a cage 4 and included in the holes of the segments, three pillows 6 attached to the cage 4 and through one of which oil is supplied to the lubricant, five thrust bearings 7 installed in the cage 4, on which each of the segments rests. Each segment is held off from circumferential displacement by finger 5, and from a radial displacement by a T-shaped tail, which enters into a similar groove of the clip 4.

Обойма 4 имеет внутренний кольцевой канал Е, в который через подушку 6 с отверстием поступает масло. Из канала Е в маслораспределительную канавку Ж масло поступает по отверстиям И и К пальца 5 и отверстию Л в сегменте (Фиг.4). В нижнем сегменте 1 из маслораспределительной канавки Ж на входном участке выполнена прорезь М, выходящая на входной торец (Фиг.2, 3), а на нижних боковых сегментах 2 - подобная прорезь Н (Фиг.5, 6). В верхних сегментах 3 прорези отсутствуют. В невращающемся состоянии ротор (показан условно) своей цапфой опирается на нижний сегмент 1.The cage 4 has an inner annular channel E, into which oil enters through the pillow 6 with a hole. From channel E to the oil distribution groove W, the oil enters through the holes I and K of the finger 5 and the hole L in the segment (Figure 4). In the lower segment 1 of the oil distribution groove W at the inlet section, a slot M is made that faces the inlet end (Figure 2, 3), and on the lower side segments 2, a similar slot N (Figure 5, 6). In the upper segments 3 slots are absent. In a non-rotating state, the rotor (shown conditionally) with its pin rests on the lower segment 1.

Работает подшипник следующим образом. Масло, нагнетаемое через подушку 6 с отверстием, поступает в канал Е, из которого по отверстиям И, К, Л поступает в маслораспределительную канавку Ж каждого сегмента и при вращении ротора захватывается им, образуя известным образом между поверхностями сегмента и ротора несущий масляный слой.The bearing operates as follows. The oil injected through the pillow 6 with an opening enters the channel E, from which through the openings I, K, A it enters the oil distribution groove Ж of each segment and, when the rotor rotates, is captured by it, forming a bearing oil layer between the surfaces of the segment and the rotor.

В отличие от верхних сегментов 3 в нижнем 1 и нижних боковых 2 масло частично поступает по прорезям М и Н в промежутки между сегментами.Unlike the upper segments 3 in the lower 1 and lower side 2, the oil partially enters through the slots M and H in the gaps between the segments.

Масло, выходящее из прорезей М и Н сегментов 1 и 2, движется навстречу маслу выходящему из предыдущего сегмента и имеющему повышенную температуру, тем самым припятствует попаданию нагретого масла на смазку сегмента с прорезью и вследствие чего нормализует температуру его работы.The oil leaving the slots M and H of segments 1 and 2 moves towards the oil leaving the previous segment and has an elevated temperature, thereby preventing heated oil from getting into the lubricant of the segment with the slot and, as a result, normalizes its operating temperature.

В верхних сегментах 3 масло не подвержено чрезмерному нагреву благодаря пониженной нагрузке и увеличенному по сравнению с нижними сегментами радиальному зазору вследствие опирания цапфы ротора на нижний сегмент 1. При опирании невращающегося ротора на нижний сегмент 1 в месте контакта поверхностей масляная пленка выдавливается полностью, но поскольку в момент страгивания ротора масло подается на входной участок сегмента, то оно захватывается ротором и исключает образование задиров на опорной поверхности.In the upper segments 3, the oil is not subject to excessive heat due to the reduced load and increased radial clearance compared to the lower segments due to the support of the rotor journal on the lower segment 1. When the non-rotating rotor rests on the lower segment 1, the oil film is completely squeezed out, but since When the rotor is strained, the oil is supplied to the input section of the segment, it is captured by the rotor and eliminates the formation of scoring on the supporting surface.

Таким образом, выполнение нижнего и нижних боковых сегментов с прорезью из маслоразделительной канавки на входной торец сегмента обеспечивает при работе примерное равенство давлений в маслоразделительных канавках, а следовательно, равномерность расходов через каждый сегмент, что исключает чрезмерный нагрев масла в этих сегментах и позволяет в тяжелонагруженных сегментных подшипниках быстровращающихся валов и роторов исключить применение гидроподъема (технический результат).Thus, the implementation of the lower and lower side segments with a slot from the oil separation groove on the inlet end of the segment ensures an approximate pressure equality in the oil separation grooves during operation, and therefore the flow rate is uniform across each segment, which eliminates excessive heating of the oil in these segments and allows for heavily loaded segment bearings of rapidly rotating shafts and rotors to exclude the use of hydraulic lifting (technical result).

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

1. Газотурбинная установка ГТЭ-25У. Б-762520 ТО. Техническое описание. Стр.45. Екатеринбург, УТМЗ, 1997 г.1. Gas turbine unit GTE-25U. B-762520 TO. Technical description. Page 45. Yekaterinburg, UTMZ, 1997

2. Чертеж Б-761865 СБ. Екатеринбург, УТМЗ, 1995 г.2. Drawing B-761865 SB. Yekaterinburg, UTMZ, 1995

Claims

A segment bearing, mainly consisting of five segments (three lower and two upper) with an oil distribution groove made on the supporting surface at the inlet segment, characterized in that a slot is made in the lower segment from the oil distribution groove at the input surface of the supporting surface, the dimensions of which are determined from the dependence:
L = 0.85 ... 0.95 r,
t = S,
and in the lower side segments - a slot, the dimensions of which:
L = 0.85 ... 0.95 r,
t ₁ = p (SS ₁ ) / L,
where p is the axial length of the segment;
L is the length of the slot of the lower and lower lateral segment;
t is the depth of the slot of the lower segment;
t ₁ - the depth of the slot of the lower side segment;
S is the value of the estimated radial clearance at the upper point in the position of the rotor, supported on the lower segment;
S ₁ - the value of the estimated radial clearance of the lower side segment in the position of the rotor, supported on the lower segment.