DjVu

      ФPAГMEHT УЧЕБНИКА (...) ПОДШИПНИКОВЫЕ ОПОРЫ
      Подшипниковые опоры электрических машин не имеют принципиальных отличий от подшипниковых опор других машин. Однако большой диапазон скоростей вращения электрических машин, их высокие к. п. д. и большое число различных вариантов конструктивных исполнений делают необходимым произвести обобщенное рассмотрение подшипниковых опор, не останавливаясь подробно на расчете подшипников, в отношении которого мы отсылаем читателя к специальной
      литературе.1 Вопросы потерь от трения см. на стр. 466, 476 и далее. По конструктивным признакам различают подшипники качения (роликовые и шариковые подшипники) и подшипники скольжения. По направляющим свойствам — опорные подшипники с радиальной нагрузкой и упорные подшипники с аксиальной нагрузкой, а по функциональным признакам — несущие и направляющие подшипники.
      Подшипники качения обычно выполняются малых и средних типоразмеров. Они имеют малые зазоры, малые коэффициенты трения (от 0,002 до 0,003) и малое трение при пуске, которое может приниматься на 20—50% выше трения в нормальном режиме работы. Другим преимуществом подшипников качения является малая потребность в уходе, в особенности при применении консистентных смазок. Недостатками являются ограниченная долговечность, так как материал тел качения испытывает нагрузки, превышающие предел усталости; чувствительность к толчкам в состоянии покоя и образование шума. В табл. 12-1 приведены основные типы подшипников качения и указаны условия их применения.
      Подшипники скольжения выполняются любых размеров. При правильном расчете и уходе они имеют неограниченную долговечность, оказывают демпфирующее действие при толчках и малошумны в работе. Недостатками их являются относительно высокое начальное пусковое трение и относительно большой зазор. Коэффициенты трения подшипников скольжения в нормальном режиме работы имеют величины того же порядка, что и подшипники качения. Они составляют приблизительно от 0,002 до 0,004. В противоположность этому при пуске следует учитывать коэффициенты трения максимально от 0,1 до 0,2.
      В качестбе специальной конструкции подшипников скольжения для малых нагрузок применяются также так называемые металлокерамические подшипники, которые могут устанавливаться вместо подшипников качения в тех же габаритах. Кроме того, в тяговых двигателях применяются опорноосевые подшипники с фитильной смазкой.
      А. Усилия, воспринимаемые подшипниками электрической машины при различных типах привода. В табл. 12-2 показаны приводы посредством зубчатой или ременной передачи, а также посредством упругой муфты или жесткой муфты для машин с одним или двумя подшипниками. На центр тяжести ротора А в наиболее неблагоприятном случае действуют вес, небаланс, толчки и в случае взаимного смещения осей статора и ротора также и одностороннее магнитное тяжение. В точке Б, кроме собственного веса и небаланса частей муфты, действуют обусловливаемые приводом силы, т. е. силы предварительного натяжения ремня, давление на зубья или давление воды на рабочие колеса турбин, действующее в радиальном или аксиальном направлении. Ударные силы (толчки) возникают только у двигателей транспортных средств. Они, так же как и неизбежные небалансы роторов, учитываются при расчете подшипников качения посредством коэффициентов, на которые необходимо умножить вес ротора.
      А. Подшипники скольжения горизонтальных валов. У электрических машин действующие в подшипниках силы являются неизменными по величине и направлению. Общепринятые в электромашиностроении удельные давления на поверхность составляют для горизонтальных опорных подшипников в длительном режиме работы от 8 до 25 кГ1см2 (для вертикальных подпятников до 40 кГсм2).
      Если машины с подшипниковыми щитами снабжаются подшипниками скольжения, то корпус подшипника уже не приливается или не приваривается к подшипниковому щиту, а применяются так называемые вставные подшипники, которые крепятся к щиту (см. рис. 8-23). В этой конструкции щит может применяться по выбору для установки либо подшипников качения, либо подшипников скольжения. Неразъемные головки подшипников имеют выступ в сторону двигателя с заточкой, входящей в расточку подшипникового щита. Вкладыши подшипников часто снабжаются змеевиками для водяного охлаждения, залитыми в баббит.
      При малых диаметрах подшипников в цельных головках подшипников предусматриваются неразъемные бронзовые втулки или вкладыши, залитые баббитом, а при больших диаметрах в разъемных головках располагаются вкладыши, состоящие из двух частей, залитые баббитом. Вкладыши выполняются с несущей длиной от 0,8 до 1,2 d (d — диаметр шейки вала) и устанавливаются на шаровом поясе или на относительно узкой кольцевой поверхности, так что обеспечивается возможность самоустановки вкладыша. Стояковые подшипники с вкладышами из двух частей и съемными крышками являются нормальной формой исполнения подшипников для машин больших и предельных мощностей. Только у турбогенераторов со скоростями вращения 3000или 3600об!мин и мощностями свыше 100 Мв-ас целью обеспечения более спокойного хода предусматриваются щитовые подшипники. У турбогенераторов с водородным охлаждением необходимость щитовых подшипников обусловливается функционально, так как корпус все равно должен выполняться взрывостойким и, таким образом, щит может одновременно осуществлять также и функцию несущего конструктивного элемента (см. также стр. 243).
      Обычным способом смазки горизонтальных подшипников является барботажная смазка с помощью свободных погруженных в масло смазочных колец. Смазочные диски применяются в электромашиностроении редко и только в тех случаях, когда при возможных положениях (например, у судовых машин) можно опасаться зависания свободных колец. Если поверхность подшипника недостаточна для отвода тепла, то предусматривается циркуляционная смазка и реже водяное охлаждение посредством залитых в нижнюю половину вкладыша подшипника змеевиков, по которым протекает охлаждающая вода. Границу возможности применения кольцевой смазки можно повысить путем увеличения поверхности подшипника за счет прилитых или приваренных ребер или путем улучшения отвода тепла посредством потока воздуха, направляемого на подшипник.
      При циркуляционной смазке масло используется также для более интенсивного охлаждения подшипникового узла, для чего оно направляется через предусмотренную в верхнем вкладыше канавку вокруг вала (рис. 12-8). При этом вал сам захватывает из подводимого холодного масла количество, необходимое для создания смазочной пленки, а большая часть масла служит для охлаждения вала. Высокое давление масла не может обеспечить введения большего количества масла в смазочный зазор, и в то же время при этом могут возникать трудности с уплотнением. Поэтому при циркуляционной смазке давление масла не следует повышать выше 0,5 ати и надо обеспечить большое поперечное сечение маслосливной трубы, которое должно быть в 4—5 раз больше сечения маслоподводящей трубы. Масло охлаждается проточной водой в особых маслоохладителях.
      В крупных подшипниках скольжения с удельным давлением на поверхность свыше 16 кГ1см2, а также в подшипниках машин с частыми реверсами, как, например, приводных двигателей прокатных станов, предусматривается так называемая маслогидравлическая разгрузка при пуске (см. рис. 4-6, а). В процессе пуска в зону давления нижнего вкладыша подается смазочное масло под давлением от 50 до 200 am, так что время работы подшипника с граничным трением сильно сокращается и, кроме того, уменьшается момент сил трения при пуске.
      Если горизонтальные подшипники скольжения должны одновременно воспринимать также и аксиальные нагрузки, то к головкам небольших подшипников пристраивается дополнительный корпус с радиальным шарикоподшипником с желобчатыми канавками на кольцах. Можно также просто производить запуск при наличии несколько увеличенного буртика вала, если удельное давление на его поверхность не превышает 5 кГ1см2. При больших аксиальных нагрузках радиальные подшипники скольжения комбинируются с односторонне или двусторонне несущими сегментными упорными подшипниками, на которых мы еще остановимся при рассмотрении вертикальных подшипников скольжения.
      Большой стояковый подшипник для радиальной нагрузки 122 Т и аксиальной нагрузки 140 Т при 600 обмин изображен на рис. 12-9. Упорное кольцо расположено в середине подшипника между двумя вкладышами для радиальной нагрузки. Видна выемка в верхних вкладышах подшипника, через которую протекает масло. Аксиальный подшипник выполнен в виде несущего в обоих направлениях сегментного упорного подшипника.
      Конструктивные исполнения амортизации
      В отношении видов исполнения амортизированной установки и в особенности типов амортизаторов можно только сказать, что могут быть осуществлены самые разнообразные конструкции. На рис. 13-6 схематично изображены некоторые наиболее часто применяемые виды амортизированной установки. Конструкция а с винтовыми пружинами пригодна для всех средних и крупных машин. Подшипники ротора со статором не связаны, а жестко закреплены на фундаментной плите. Конструкция б с работающими на изгиб пружинящими стальными балками предназначена для крупных машин. Для малых машин пригоден тип в со щитовыми подшипниками, при котором статор вращательно-упруго опирается на опору подшипника через толстое резиновое кольцо. Надо следить за тем, чтобы резиновое кольцо так заделывалось в продольном направлении, чтобы исключалось его выпучивание. При этом оно будет очень жестким в радиальном направлении, обладая в окружном направлении желательной мягкостью для обеспечения вращательной амортизации. Исполнение г встречается у машин средней величины. Эта конструкция в несколько видоизмененной форме применялась также и на ударных генераторах разрывной мощности. Идея конструкции заключается в том, что подшипник закрепляется на полосе из ленточной стали, которая изогнута таким образом, что имеет две наклонные под углом 45° части, средние линии которых пересекаются на оси подшипника. При этом полоса является одновременно пружиной и опорной лапой. Вертикальные и горизонтальные сдвиги подшипника могут происходить только в том случае, если части полосы удлиняются или укорачиваются в продольном направлении. Размеры полос выбираются так, чтобы их изгибная жесткость была малой, а продольная — большой. В специальных случаях могут применяться параллельные пластинчатые пружины (рис. 13-6, д). Прямой угол обеспечивает возможность так называемой радиальноизотропной упругой опоры, т. е. подшипник сдвигается в горизонтальном направлении под действием горизонтальной силы на такую же величину, как под действием равновеликой вертикальной силы в вертикальном направлении. Это свойство имеет некоторое значение для спокойного хода машины (см. стр. 446).
      Для амортизированной установки малых и средних машин в практику конструирования все больше входят так называемые изоляторы колебаний (амортизаторы) (рис. 13-6, е), известные под названием «швингметалл»,2 и т. п. Эти упругие промежуточные элементы состоят из двух стальных деталей, скрепленных между собой резиновой прокладкой посредством особого способа вулканизации. При этом необходимо только связать одну деталь с машиной, а другую — с фундаментом, что конструктивно осуществляется очень просто. Более сложным является благоприятный выбор формы, числа и расположения изоляторов колебаний для машин специального назначения. Здесь также следует стремиться к тому, чтобы собственная частота была значительно ниже возбуждающей частоты (или частот), так как только в надкритическом режиме работы может быть обеспечена удовлетворительная изоляция колебаний, поскольку демпфирование не во всех случаях оказывается достаточным. Резиновая прокладка образует дополнительно хорошую электрическую изоляцию относительно земли. Новое конструктивное решение, которым объединяются амортизирующие и демпфирующие свойства без применения резины или
     
      1 Резина обладает высокой сопротивляемостью против изменения объема, но чувствительна к изменениям формы. Так как деформация складывается из изменений объема и формы, она относительно мала, если, например, путем конструктивных мер предотвратить изменение формы (гидростатическое напряженное состояние), и, наоборот, велика, если изменение формы может происходить без изменения объема (состояние напряжения сдвига).
      2 «Швингметалл» было первоначально фирменным названием изделий фирмы Continental, Gummiwerke AG, Hannover.
     
      синтетических материалов, представляют собой изоляторы колебаний с подушками из хромоникелевой стальной ваты1. Пакеты или шланги из стальной ваты могут дополнительно «армироваться» спиральными пружинами. Упругость достигается за счет изгиба, а демпфирование — за счет внутреннего трения (включая гистерезис материала) плетения из тончайшей тянутой проволоки (рис. 13-6, ж).
      К этому виду амортизированной установки относятся также и в основном патентованные устройства, рекламируемые фирмами под названиями «смерть колебаний», «чума вибраций» и т. п. Амортизирующим элементом являются «резиноподобные» материалы, как, например, войлок, пробка, синтетические материалы и т. п., которые в большинстве случаев имеют дополнительно нежелательные пластические и демпфирующие свойства в определенных диапазонах частот. Расчет амортизации в общем случае требует учета пластического состояния и демпфирующих свойств материала. Например, для характеристики демпфирования, пропорционального скорости, заметим, что в сверх-критическом диапазоне (глубокая настройка) демпфирование является вредным и поэтому нежелательным (см. рис. 13-2). Во многих случаях испытания с применением искусственных возбудителей колебаний (вибраторов) являются единственным способом гарантии эффективности таких «чудо-средств», демпфирующих колебания.
     
      Системы вентиляции, расход охлаждающего воздуха, необходимый напор
      Задача вентиляторов в электрических машинах как при охлаждении свежим воздухом, так и при охлаждении по замкнутому циклу заключается в том, чтобы либо путем нагнетания (нагнетательная вентиляция), либо путем отсасывания (отсасывающая вентиляция) обеспечивать циркуляцию определенного потока воздуха или газа, преодолевая при этом аэродинамическое сопротивление электрической машины, а возможно, также охладителей, фильтров и каналов. Это может осуществляться путем собственной вентиляции (собственное охлаждение) или путем посторонней вентиляции (постороннее, независимое охлаждение). Вентиляторы с независимым приводом обычно не производятся изготовителями электрических машин, и поэтому ниже они не рассматриваются, так же как и самовентиляция (само-охлаждение), при которой вентиляторы вообще не применяются.