CC BY
43
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №8/2016 ISSN 2410-700Х
19. Пат. 2565472 Российская Федерация, МПК H 03 K 9/06. Управляемый фазовращатель / Дубровин В. С. -№ 2014147528/08; заявл. 25.11.14; опубл. 20.10.15, Бюл. № 29. - 11 с.: 3 ил.
20. Пат. 130161 Российская Федерация, МПК H 02 M 9/06. Преобразователь частоты в напряжение / Дубровин В. С., Зюзин А. М.; - № 2012138490/07; заявл. 07.09.12; опубл. 10.07.13, Бюл. № 19. - 1 с.: 2 ил.
21. Пат. 2520409 Российская Федерация, МПК H 03 K 7/06. Преобразователь периодического сигнала в частоту и период / Дубровин В. С., Зюзин А. М.; - № 2012140981/08; заявл. 25.09.12 ; опубл. 27.03.14, Бюл. № 9. - 10 с. : 2 ил.
22. Преобразователь параметров периодических сигналов в напряжение / В. С. Дубровин // Южносибирский научный вестник. - Бийск, 2014. - Вып. 2 (6). - С. 60-63.
23. Пат. 2565472 Российская Федерация, МПК H 03 K 9/06. Преобразователь частота-напряжение / Дубровин В. С., Зюзин А. М.; - № 2014147528/08; заявл. 25.11.14 ; опубл. 20.10.15, Бюл. № 29. - 11 с. : 3 ил.
© Дубровин В С., 2016
УДК 621.822.273
Ильичев Владимир Юрьевич
к.т.н., доцент кафедры «Тепловые двигатели и теплофизика» Калужский филиал МГТУ им. Н.Э. Баумана г. Калуга, Российская Федерация E-mail: ivl2003@mail.ru
ИССЛЕДОВАНИЕ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА РАБОТУ БЫСТРОХОДНЫХ
УПОРНЫХ ПОДШИПНИКОВ
Аннотация
Рассматриваются особенности процессов, протекающих в быстроходных упорных подшипниках при их работе. Традиционные методики проектирования не учитывают данные особенности, что приводит к многочисленным поломкам и авариям роторных машин. Комплексный учёт рассмотренных процессов позволит разработать адекватную современному развитию роторных машин методику проектирования быстроходных подшипников для обеспечения достаточной их надёжности.
Ключевые слова Упорный подшипник, эксплуатационная надёжность, смазка
Упорные подшипники, работающие при высоких числах оборотов роторов (от 3000 об/мин и выше), применяются во многих современных машинах: в газовых и паровых турбинах, в центробежных насосах, в воздуходувках и т.д. К сожалению, до сих пор при их расчете используется теория тихоходных подшипников, разработанная к середине прошлого века [1]. Эта теория является сильно идеализированной - например, принимаются допущения о сплошном и несжимаемом характере смазочного материала, не учитывается потеря тепла (тепловые процессы рассматриваются как адиабатные), не учитывается теплопередача тепла между упорными колодками и пр. Для уточнения реальных условий работы используются эмпирические коэффициенты, полученные по результатам испытаний и эксплуатации таких подшипников. Но даже несмотря на это, опыт эксплуатации быстроходных подшипников, спроектированных с использованием традиционных методов, показывает, что они являются наименее надёжным узлом роторного агрегата. В связи с этим назрела насущная проблема разработки новых методов расчёта быстроходных упорных подшипников, учитывающих реальные процессы, происходящие в них. Данная статья посвящена обзору этих процессов с целью их дальнейшего более детального исследования и разработки современных методик расчёта быстроходных упорных подшипников.
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №8/2016 ISSN 2410-700Х_
По данным Калужского турбинного завода (КТЗ) [3], большое влияние на распределение давлений в масляном слое (а следовательно, и на несущую способность подшипника) оказывают процессы кавитации, при которых смазочный слой уже не является несжимаемым и неразрывным. Зоны разрыва потока образуются вследствие появление вакуума в пространстве между колодками из-за наличия в смазке пузырьков воздуха, интенсивно выделяющихся под действием высокой скорости вращения упорного диска. При снижении давления смазки на входе в подшипник зона кавитации может распространиться на всю центральную часть подшипника (вблизи вала). В тихоходных же подшипниках кавитация возникает крайне редко и явление сжимаемости смазки обычно слабо влияет на точность расчёта при их проектировании.
Эксперименты КТЗ и опыт эксплуатации быстроходных подшипников показали протекание и других нестационарных процессов - образование местных вихрей (зон турбулентности) в пространстве между упорными колодками, что приводит к образованию пены в смазочном слое. Отмечается, что пена скапливается вблизи вала из-за процесса сепарации - отброса более тяжёлой фракции смазки (без пузырьков воздуха) к периферии. Накопление воздуха усугубляется тем, что отведение смазки из подшипника обычно осуществляется из периферийной зоны.
Появление зон кавитации и турбулентности приводит к сильному снижению несущей способности подшипника, и применение традиционных методов расчёта при проектировании приводит к созданию неработоспособных или очень ненадёжных конструкций.
Следующий фактор, который необходимо учитывать при расчёте быстроходных подшипников -эффект переноса теплоты от одной колодки к другой [3]. Это приводит к сильному повышению температуры смазки при эксплуатации по сравнению с рассчитанными значениями, в результате чего вязкость смазочного слоя снижается, что также может привести с падению нагрузочной способности подшипника, к уменьшению долговечности смазки и в результате - к аварии.
Несовершенство традиционных методик расчёта упорных подшипников скольжения также заключается в том, что совершенно не учитывается теплоотвод от упорных колодок и диска, что вносит значительную погрешность в расчёт температур масла, несущей способности подшипника и толщины масляного слоя. Особенно важен учет теплоотвода в сильно нагретых подшипниках с температурным перепадом между поверхностью колодок и маслом, достигающим 50-100 градусов. В этом случае отвод тепла через колодки и упорный диск может быть соизмерим с теплоотводом через слой смазки.
Принятая в настоящее время теория расчёта упорных подшипников не учитывает влияние деформации колодок и упорного диска под действием высоких передаваемых нагрузок, электропроводящие свойства смазочных материалов (как следствие, может возникнуть электрокоррозия подшипника), зависимость вязкости смазки от давления, адаптацию формы смазочного клина в самоустанавливающихся подшипниках. Также одним из современных направлений изучения работы подшипников скольжения является создание математической модели взаимодействия на границе раздела слоя смазки и твёрдой поверхности колодок и упорного диска [2]. Отмечается серьёзное влияние этого явления на нагрузочную способность подшипников.
После выявления круга существенных процессов, происходящих в быстроходных упорных подшипниках, предполагается разработка рекомендаций для исключения их отрицательного влияния на надёжность подшипника, или по крайней мере для адекватного учёта при проектировании подшипников (путём закладывания достаточных запасов на значение удельной нагрузки).
Список использованной литературы:
1. Жирицкий, Г. С. Конструкция и расчет на прочность деталей паровых и газовых турбин / Г. С. Жирицкий, В. А. Стрункин. - 3-е изд., перераб. и доп . - М. : Машиностроение, 1968 . - 520 с.
2. Митрофанов С.В. Расчётные модели упругодеформируемых опор скольжения, работающих на слоистых электропроводящих смазочных материалах в устойчивом режиме. // Диссертация на соискание степени к.т.н. Ростов-на-Дону, 2016. - 192 с.
3. Трифонов Е.В. Повышение несущей способности упорных подшипников, работающих при высоких скоростях скольжения. // Гидродинамическая теория смазки. Опоры скольжения. Смазка и смазочные материалы. М.: Изд. АН СССР, 1960, т. 1, с.128-134.
© Ильичев В.Ю., 2016
