Дефектация подшипниковых узлов

Опорные подшипники

В импортных газоперекачивающих агрегатах в основном используются три типа опорных подшипников (табл. 15).

Наибольшее влияние на работоспособность подшипников оказывает зазор между валом и внутренней поверхностью вкладышей. Значение этих зазоров, иначе называемых масляными, позволяет сделать верные выводы о причинах неудовлетворительной работы подшипников. В подшипниках I типа определяются верхний 1 и суммарный 2 боковой зазоры (рис. 55). В подшипниках остальных типов определяется суммарный зазор как разность между диаметром расточки вкладышей подшипника и средним диаметром шейки вала.

 

 

Таблица 15. Типы опорных подшипников
Тип подшипника	Подшипник	Краткая характеристика подшипника	Агрегат с подшипниками данного типа
I	Нерегулируемый с эллиптической (лимонной) расточкой	Состоит из 2 вкладышей. При расточке в разъем устанавливается технологическая прокладка Наружная поверхность цилиндрическая	Агрегат ГТК-10И, подшипники № 1, 2, 3; агрегат ГТК-25И, подшипники № 1, 2; нагнетатели PCL 802/24, PCL 1002/36, PCL 804-2/36 фирмы «Нуово-Пиньоне»
II	Нерегулируемый пятисегментный с вкладышами качающего типа	Состоит из обоймы, в которой установлены 5 вкладышей. Контакт вкладышей с обоймой по прямой линии. Центр тяжести лежит на прямой, соединяющей точку опоры с центром расточки	Агрегат «Центавр»; силовая турбина RT48 агрегата «Коберра-182»; нагнетатели RF-2BB-30, RF-2BB-36 фирмы «Купер Бессемер» (Крезо-Луар); нагнетатели «Демаг» и «Дрессер-Кларк» одноименных фирм; нагнетатель СДР-224 фирмы «Интерсол-Ренд»
III	Регулируемый пятисегментный с вкладышами качающегося, самоустанавливающегося типа	Состоит из обоймы, в которой установлены 5 вкладышей. Контакт вкладышей с обоймой в одной точке. Точка опоры вкладыша смещена относительно прямой, соединяющей центр расточки и центр тяжести на определённый угол в сторону вращения ротора	Агрегат ГТК-10И, подшипник № 4; агрегат ГТК-25И (ИМ), подшипники № 3 и 4

 

Рис.55. Определение зазоров Рис. 56. Определение зазоров в

подшипнике I типа в подшипнике II типа

Определение зазоров в подшипнике I типа производится следующим образом. Верхний и нижний вкладыши подшипника собираются в рабочее положение и сжимаются струбциной, при этом на наружной поверхности вкладышей проверяется отсутствие уступов, характеризующих смещение деталей относительно друг друга. Производится измерение расточки вкладыша в местах, показанных на рис. 55. Наиболее подходящим инструментом для замера является микрометрический нутромер с индикаторной головкой по ГОСТ 868—82. Базовое значение нутромера фиксируется по микрометру, на котором установлен размер среднего диаметра рабочей шейки ротора. Отклонение стрелки индикатора показывает абсолютное значение верхнего и суммарного бокового зазора в подшипнике в любом месте расточки. Измерение можно выполнять также при помощи микрометрического нутромера (штихмасса), зазоры в этом случае определяются вычислением.

Для определения зазора в подшипниках II типа (рис. 56) их следует разобрать и вынуть все вкладыши. Диаметр расточки подшипника определяется как разность между внутренним диаметром обоймы подшипника D_об и удвоенной средней толщиной вкладышей в месте соприкосновения с обоймой S_cp. Размер S_cp измеряется микрометром с использованием калиброванного валика, им обычно служит эталон для настройки микрометра. Для определения зазоров в подшипниках III типа используют специальное приспособление. Если величина зазоров превышает допустимое значение, вкладыши заменяются. Если зазоры меньше допустимых, производится расточка вкладыша до необходимого диаметра в условиях специализированного ремонтного предприятия. Не допускается производить расточку вкладышей ручной шабровкой, так как данный способ не дает необходимой точности и нарушает геометрию рабочей поверхности вкладышей. Исключение составляют подшипники нагнетателей фирмы «Нуово Пиньоне» (Италия), где шабрение вкладышей допустимо.

Следующей важной характеристикой для подшипников является размер, характеризующий посадку вкладыша в корпусе. По аналогии с агрегатами отечественного производства этот размер часто называют «натягом». «Натяг» определяется как разность диаметра расточки в корпусе подшипника и наружного диаметра вкладышей у подшипников I типа или наружного (посадочного) диаметра обоймы у подшипников остальных типов. Опыт ремонта, подкрепленный некоторыми технологическими указаниями заводов-изготовителей, показывает, что у агрегатов различного типа между вкладышами (обоймами) и корпусом может существовать как зазор, так и натяг. Номинальная величина этого размера составляет у агрегатов ГТК-10И и ГТК-25И (ИМ) — зазор 0,025— 0,127 мм, у остальных типов агрегатов — натяг 0— 0,02 мм.

Определение размера, характеризующего посадку вкладышей, производится по той же методике, что и для масляных зазоров. Измерение расточки в корпусах, имеющих горизонтальный разъем, производится при затянутых болтах. Если зазор меньше допустимого, либо натяг больше допустимого, то возможно образование утечек смазочного масла по разъему или «расплющивание» вкладышей с уменьшением масляных зазоров. Вкладыш (обойма) в этом случае подвергается дополнительной механической обработке. Если зазор превышает допустимый, то существует возможность повышения вибрации ротора. Вкладыши (обойма) в этом случае подлежат замене.

Все описанные измерения могут быть проведены в том случае, если роторы демонтированы из турбоблока. Следует воздерживаться от механического перенесения методик определения аналогичных зазоров для ГТУ отечественного производства. В технологии ремонта агрегатов ГТ-750-6 и ГТК-10 описаны способы определения верхних зазоров и натягов при помощи мерных пластин и свинцовых оттисков и боковых зазоров при помощи щупа. Подобные способы, применяемые для агрегатов типа ГТК-10И чаще всего не дают истинной картины зазоров. Так, например, истинный зазор на глубине 12,7 мм от плоскости разъема может превышать зазор, измеренный щупом, погруженным на ту же глубину, на 20%. Замер «натягов» по свинцовым оттискам также не всегда дает объективные показания в основном из-за недостаточной точности изготовления мерных пластин. Опыт показал, что трудоемкость определения зазоров в подшипниках методом непосредственного обмера обычно не превышает трудоемкости определения косвенным (по свинцовым оттискам) методом, но дает более объективные показания.

Баббитированные поверхности вкладышей проверяются на наличие растрескивания, сколов баббита, царапин и выпотеваний. При этом основное внимание обращается на состояние заливки нижнего вкладыша, так как на его поверхности происходит образование масляного клина, обеспечивающего работу ротора в режиме жидкостного трения.

Основную роль в создании масляного клина (рис. 57.) играет зона в районе пика давления, и повреждения баббита в данной зоне оказывают наибольшее влияние на работу подшипника.

Растрескивание и сколы баббита могут вызываться повышенной вибрацией ротора, а также дефектами изготовления. Отслоение баббита может быть проверено методом керосиновой пробы, при этом следы керосина обнаруживаются на покрытой мелом поверхности раздела баббита и вкладыша при нажатии пальцем на баббит. Вкладыши с подобными дефектами подлежат замене. Подплавление баббита, иначе называемое выпотеванием, наблюдается в основном на нижней половине вкладыша. Причиной выпотеваний является местное повышение температуры, возникающее при работе подшипника в режиме сухого трения, который образуется вследствие недостаточного расхода и давления смазочного масла из-за неисправностей насосов, регуляторов давления или засорения подводящих трубопроводов; недостаточных зазоров в подшипнике; уменьшенной кинематической вязкости масла, обусловленной его перегревом или изменением состава. Допускается выпотевание баббита на поверхности, составляющей не более 10 % общей площади заливки одного вкладыша. Наплывы баббита удаляются шабером. Царапины на баббитированной поверхности вызываются попаданием посторонних частиц в смазочное масло. Наибольшую опасность представляют царапины, находящиеся в зоне образования масляного клина, и параллельные образующей вкладыша.

 

 

Рис. 57. Профиль кривой давления масляного клина на шейку ротора:

среднее давление; стрелка — направление вращения

 

Их наличие может служить причиной срыва масляного клина. Царапины, расположенные поперек оси вкладыша (в виде кольцевых рисок), оказывают гораздо меньшее влияние на работоспособность подшипника. Допускается оставлять на поверхности царапины длиной менее 25 мм и глубиной менее 0,025 мм. Царапины той же длины, глубиной от 0,025 до 0,12 мм должны быть заглажены при помощи комка тонкой стальной проволоки. Не допускается применение наждачной шкурки для шлифовки баббита из-за возможного застревания частиц абразива. Посторонние частицы, вкрапленные в баббит, удаляются иголкой, для их выявления пользуются увеличительным стеклом. Если царапины на баббитированной поверхности имеют значительную глубину и протяженность, вкладыш следует заменить.

Опорные шейки ротора проверяются на некруглость и конусность. Некруглость определяется путем замера диаметра шейки микрометром в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Допуск на некруглость — 0,01 мм. Конусность определяется как разность средних диаметров на концах рабочей длины шейки. Допуск на конусность составляет 0,01 мм на 100 мм длины. В случае некруглости и конусности, выходящих за пределы допуска, ротор отправляется в ремонт на специализированное ремонтное предприятие. На поверхности рабочих шеек, как и на поверхности вкладышей, могут образовываться задиры, царапины, присутствовать следы точечной коррозии.

Допускается оставлять эти дефекты без ремонта, если их глубина не превышает 0,025 мм. При глубине дефектов от 0,025 до 0,13 мм допускается производить полировку шейки при помощи ремня из шлифовальной бумаги не ниже № 8 по ГОСТ 10054—82, пропитанной керосином.

Полоску шкурки, предварительно «обсаленную» на круглом бруске, обматывают два раза вокруг шейки и полируют, перемещая ремень вдоль и поперек оси ротора. Полировкой должна быть достигнута чистота поверхности 0,125. При выполнении операции необходимо постоянно контролировать микрометром диаметр шейки. Таким образом, допускается снимать не более 0,1 мм по диаметру. Царапины глубиной более 0,13 мм удаляются механической обработкой шейки на специализированном ремонтном предприятии. При ремонте шейку ротора обычно перетачивают на следующий ремонтный размер.

Для агрегатов производства фирмы «Дженерал Электрик» (США) устанавливаются три ремонтных размера (I—III) (табл. 16).

В числе запчастей поставляются вкладыши, специально предназначенные для роторов с шейками ремонтных размеров и соответственно уменьшенными диаметрами расточек. В чертежное обозначение подобных деталей входит код ремонтного размера USB-20, 40, 60, что следует учитывать при заказе запасных частей.

Таблица 16. Уменьшение диаметров опорных шеек

для ремонтных размеров 1—III

 

Диапазон диаметров шеек, мм	Уменьшение диаметра, мм
I (USB)-20)	II (USB-40)	III (USB-60)
0—100 100—200 200—380	0,02 0,51 0,76	0,51 1,02 1,52	0,76 1,52 2,30

 

Лабиринтные уплотнения подшипниковых узлов импортных агрегатов в основном изготовляются из алюминиевых сплавов. Расширительные камеры в уплотнениях создаются рядами заостренных зубьев, валы в местах уплотнений — гладкие. Лабиринтные уплотнения заменяют в случае: зазоров, превышающих чертежные значения; истирания кончиков зубьев при наличии следов утечки масла вдоль вала; температурных изменений структуры металла в виде шелушения или охрупчивания; вырывов части зубьев.

Определение зазоров в лабиринтных уплотнениях может производиться при помощи щупа, если ротор лежит во вкладышах подшипников (агрегаты ГТК-10И и ГТК-25И) или вычислением разности диаметров по кончикам зубьев и вала (центробежные нагнетатели).

Упорные подшипники

В зарубежных агрегатах применяются упорные подшипники самоустанавливающегося типа, в которых осевые нагрузки воспринимаются баббитированными вкладышами (рис. 58.), имеющими точечную опору. Вкладыши собираются в обойму цилиндрической формы, устанавливаемую в корпус опорно-упорного подшипника.

У большинства агрегатов обойма имеет горизонтальный разъем. Между вкладышами обычно устанавливаются пластины, называемые «масляными порогами», которые служат для равномерного распределения потока смазочного масла. В конструкции подшипниковых узлов зарубежных агрегатов представлены две разновидности упорных подшипников самоустанавливающегося типа:

подшипники «Митчелл», у которых вкладыши опираются на плоскость; данный вид подшипника используется в качестве установочной части на роторах ТНД и турбокомпрессора агрегатов ГТК-10И и ГТК-25И;

Рис. 58. Верхняя половина упорной части подшипника №1

 

подшипники «Кингсбери», у которых вкладыши опираются на специальные детали, называемые «балансирами»; за счет балансиров в подшипниках «Кингсбери» осуществляется равномерное распределение избыточной нагрузки между всеми вкладышами; подшипники данного типа установлены в агрегатах ГТК-10И и ГТК-25И со стороны действия основного рабочего усилия (в качестве рабочей части).

Основным параметром, оказывающим влияние на работу упорного подшипника, является осевой разбег или полный зазор между рабочими поверхностями упорного гребня и вкладышей. Измерение осевого разбега производится при помощи индикатора путем сдвига ротора вперед и назад до упора во вкладыши обоих подшипников. При нерасчетном осевом разбеге может произойти срыв масляного клина, что вызывает повышенную виб рацию ротора. Для регулировки осевого разбега в конструкции подшипников предусматривается установка прокладки-компенсатора между обоймой упорного подшипника и корпусом.

Другим параметром, оказывающим влияние на работоспособность подшипника, являются зазоры между баббитированной поверхностью вкладышей и верхними кромками масляных порогов. Эти зазоры измеряются при помощи щупа, при этом на поверхность вкладышей укладывается поверочная плита. Доведение зазоров до номинального значения производится путем шлифовки кромок масляных порогов или шабрением баббитированной поверхности вкладышей.

При разборке подшипников «Митчелл» вкладыши следует маркировать в соответствии с местом установки. Вкладыши подшипников «Кингсбери» являются взаимозаменяемыми. У подшипников «Митчелл» проверяется степень прилегания вкладышей к упорному гребню ротора. Для этого на его поверхность наносится слой краски, и ротор прижимается к вкладышам, собранным в подшипник. Площадь прилегания каждого вкладыша должна составлять не менее 90%. Разнотолщинность вкладышей одной обоймы не более 0,01 мм.

При оценке состояния рабочих поверхностей вкладышей и упорного гребня применяются те же критерии и нормативы, что и для опорных подшипников.

Опыт ремонта показывает, что работоспособность подшипников не всегда ухудшается даже при наличии дефектов на баббитированных поверхностях, превышающих допустимые нормы, что связано с высоким качеством изготовления подшипников, а также с их прирабатываемостью в процессе эксплуатации. Поэтому решение о замене или ремонте вкладышей опорных или упорных подшипников следует принимать только при наличии значительного ухудшения параметров работы подшипникового узла в виде повышенной вибрации или высокого температурного перепада смазочного масла.