Гидрогенераторы, в большинстве своем вертикальные, снабжены подпятниками (ПП) и направляющими подшипниками (НП). ПП воспринимает вертикальную нагрузку - вес вращающихся частей гидрогенератора, гидротурбины и усилие осевой реакции воды на лопастях рабочего колеса гидротурбины. Гидрогенератор имеет один или два НП, зачастую второй НП находится в турбине. На рис.23 представлены две классические компоновки гидроагрегатов. Зонтичный гидроагрегат имеет один верхний НП. Второй НП находится в гидротурбине. ПП расположен год ротором Р гидрогенератора и опирается или на специальную нижнюю крестовину, или на конусообразную опору, поставленную на крышку гидротурбины. При подвесной компоновке гидроагрегата ПП расположен над ротором Р генератора. Такой генератор имеет обычно отдельный нижний НП и верхний НП, объединенный с ПП.
Рис.23. Компоновки гидрогенераторов
НП и ПП располагаются в масляных ваннах с естественной циркуляцией масла, снабженных водяными маслоохладителями. При эксплуатации периодически, один раз в смену, проверяется уровень масла в ванне, его температура и мутность, за которой можно следить через специальное окно в маслованне. Мутность масла может быть вызвана вспениванием или попаданием в него воды, например из-за течи в маслоохладителях. Наличие воды в ванне НП и ПП периодически проверяют открыванием крана, расположенного в нижней точке ванны. Оттуда может потечь скопившаяся в ванне вода. Она ухудшает смазывающие свойства масла и, что самое опасное, приводит к коррозии зеркала подпятника и шейки вала. Содержание влаги в масле проверяют не только визуально, но и химическим анализом.
Рис.24. Сегменты подпятника
При эксплуатации наиболее уязвимым элементом гадроагрегата является его ПП, состоящий из ступицы ПП, укрепленной на валу гидрогенератора, нижняя часть которой снабжена диском с полированной поверхностью – зеркалом ПП. Вся вертикальная нагрузка передается через зеркало ПП на сегменты ПП (рис.24). Сегменты ПП расположены в один или два ряда на стуле ПП, воспринимающем нагрузку ПП Стальной сегмент (рис.25) состоит из тела сегмента 2 и подушки 1, покрытой слоем антифрикционного материала - баббита или фторопласта.
Рис.25. Сегмент подпятника гидрогенератора
Для облегчения пуска у мощных гидроагрегатов иногда предусматривают центральное отверстие в сегменте, из которого под зеркало в момент пуска гидроагрегата подается масло под высоким давлением - около 29 МПа (300 кгс/см2), т.н. «клизма». Поступающее масло создает слой между сегментом и зеркалом, обеспечивающий «всплытие» ПП. Тем самым значительно повышается надежность ПП, 90% всех повреждений которого происходит именно в момент пуска агрегата.
В некоторых конструкциях ПП (рис.25) предусмотрено внутреннее охлаждение сегмента - на рисунке видны трубки, по которым циркулирует вода. Усложнение конструкции сегмента и всего ПП окупается повышением надежности ПП. Дело в том, что сегмент нагревается потерями на трение, возникающими на его верхней поверхности. Это приводит к тому, что верхняя часть сегмента всегда горячее нижней. Такой неравномерный нагрев неизбежно приводит к тепловой деформации сегмента: его центральная часть выпячивается, а края опускаются. Таким образом, центральная часть сегмента оказывается более нагруженной, баббит там перегревается и быстрее изнашивается. Внутреннее охлаждение сегмента предотвращает его выгибание.
Большое значение для надежной эксплуатации ПП имеет равномерное распределение нагрузки ПП на все сегменты. Каждый сегмент С (рис.26) с баббитовым слоем Б, нагруженный зеркалом 3 установлен на винтовой опоре О, стоящей на стуле СТ опоры ПП.
Рис.26. Подпятник на регулируемых винтовых опорах подпятника,
Гайкой винтовой опоры регулируется сегмент по высоте для обеспечения равномерной нагрузки всех сегментов. Нагрузка сегмента контролируется по его прогибу. Однако при этом способе равномерность нагрузки сегментов находится в пределах ±20-25%, что не обеспечивает необходимую надежность работы ПП. Распределение нагрузки на сегменты с точностью ±5% позволило произвести внедрение тензометрии, сократившее трудоемкость балансировки ПП в 6-7 раз, а аварийность ПП -в пять раз.
Жесткость винтовой опоры сегмента ПП является существенным недостатком этой конструкции. Его удалось преодолеть в конструкции ПП на гидростатической опоре. В ней (рис.27) сегмент опирается на мощный стальной сильфон - упругий сосуд, наполненный маслом. Сильфоны всех сегментов связаны между собой трубопроводами, обеспечивающими одинаковое давление во всех сильфонах и тем самым - одинаковую нагрузку всех сегментов.
Для контроля теплового режима ПП в каждый сегмент ПП вставлены термометры сопротивления. Они погружены в холодное масло, поступающее в зазор между сегментом, и в горячее масло, выходящее из зазора. Температура ПП периодически (несколько раз в смену, а также во время пуска и остановки агрегата) проверяют по логометру или автоматически установкой термоконтроля СТК-200. СТК-200 может опрашивать с заданной периодичностью до 200 термометров сопротивления и печатать результаты измерений. При недопустимом нагревании установка подает предупредительный и аварийный сигналы.
В процессе ремонта ПП и НП промываются, а их сегменты вынимаются и осматриваются. При наличии местных потертостей шабрится баббитовый слой. При большом износе баббитового слоя производится замена всех сегментов. Производится новая балансировка ПП на жестких опорах, однако ПП на гидравлических опорах в ней не нуждается. Опытная эксплуатация ПП с антифрикционным покрытием из фторопласта показала значительно большую их долговечность и износостойкость.
