Слухи, сказки, были и легенды – наверное самое интересное для любого изучающего историю. Что в них правда, а что – вымысел? Сегодня я расскажу правду о «деревянном подшипнике» турбин ГЭС №191.
Общий вид турбины
Почти сто лет назад, в 1936 году, ленинградским Металлическим заводом №371 имени Сталина1 были разработаны и изготовлены одни из первых отечественных поворотнолопастных турбин – турбины К-912 для Волжской ГЭС3 канала Москва-Волга4.
Характеристики турбины поражали воображение вчерашних крестьянских детей: диаметр лопастей – 5,0 м, расчетный напор – 13м, расчетный расход – 135 кубометров воды в секунду, число оборотов – 100 оборотов в минуту, вес вращающейся части только турбины – 91, 5 т, мощность на валу турбины – 15 МВт (более полумиллиона лампочек Ильича!).
Подшипник турбины модернизация под лигнофоль
Несмотря на скромный опыт в конструировании и изготовлении, машины делались по последнему слову тогдашней техники, активно перенимался опыт ведущих фирм мира. Радиальный подшипник турбины, должен был воспринимать нагрузку от вращения турбины, вращающейся массой 91,5 т со скоростью 100 оборотов в минуту.
При диаметре вала 75 см и при таких нагрузках, ни про какие ролики разговор не шел, был выбран подшипник скольжения – самый распространенный тип опор в гидротурбиностроении. Подшипник был выполнен с трущейся поверхностью из баббита5, погруженного в масло. Масло выполняло функцию смазки и охлаждения трущихся поверхностей, а излишнее тепло из него отводилось через радиаторы, заполненные проточной водой, которой на любой ГЭС всегда в избытке.
Вкладыш турбинного подшипника, установленный на станок для проточки в размер
Оборудование было изготовлено, поставлено на станцию, смонтировано и сдано в эксплуатацию. Сказать, что его судьба была простой и гладкой, так это не так. Множество «детских болезней» пришлось излечить разработчикам и персоналу ГЭС за эти долгие годы.
Первой «болезнью» стали отказы турбин по перегреву турбинного подшипника. В процессе эксплуатации выяснилось, что местная волжская вода богата не только известью, но и иловой суглинистой взвесью, которая легко забивает систему охлаждения, а живущий в волжской воде моллюск дрейссена великолепно завершает этот процесс, намертво закупоривая тонкие трубки радиаторов своими колониями. Так как радиаторы имели сложную конструкцию, для чистки их необходимо было полностью демонтировать подшипник, что приводило к огромным потерям выработки. Кроме того, всегда присутствовала возможность разгерметизации радиаторов и попадания масла прямо в воду.
Половинка вкладыша турбинного подшипника с новым лигнофолевым набором
К 1941 году было принято решение о смене конструкции вкладыша (трущаяся деталь) подшипника турбины. Война, безусловно, наложила отпечаток на принятое техническое решение – был выбран самый простой и дешевый вариант. «Деревянный» подшипник скольжения был известен уже не один десяток лет, активно использовался в различных прокатных и волочильных станах, был прост и надежен как легендарный танк Т-34. В 1944 была проведена реконструкция турбины №2, а в 1946 – турбины №1, станция вступила в эпоху «деревянного подшипника».
Направляющий подшипник турбины каплана с лигнофолевым набором
Полет конструкторской мысли был прост и точен, как укол опытного фехтовальщика: из корпуса вкладыша подшипника удалялся баббитовый скользящий набор и вместо него делался набор из лигнофоля. Радиаторы системы охлаждения выбрасывались за ненадобностью, масло из системы смазки, также удалялось. Лигнофоль – это березовая фанера, склеенная смолами под высоким давлением и температурой. Лигнофоль отличается высокой прочностью, низким водопоглощением, широко применяется в технике и строительстве по настоящее время, можно сказать что это один из первых композитных материалов. Листы фанеры, распиливались на полосы, обтесывались и набирались таким образом, чтобы ребро пластин было направлено к валу турбины – так создавалась максимальная жесткость, доступная лигнофолю. Система смазки была переведена на прямую смазку водой. Отфильтрованная через грубую сетку вода подавалась в ванну турбинного подшипника, расположенную над ним, по специальным пазам, образованным крепежными планками лигнофолиевого набора.
Вода поступала в пространство между вращающимся валом турбины и скользящим набором из лигнофоля, смазывая трущиеся поверхности и охлаждая их, после чего выбрасывалась в нижний бьеф6. Ни о каком зарастании илом и дрейссеной водотока в таких условиях уже не шло.
Единственный недостаток конструкции оказался в том, что находясь постоянно в воде, лигнофоль постепенно уступал её напору и начинал напитываться влагой – через 4-5 лет лигнофоль класса А начинал терять прочность и интенсивно изнашиваться, требовалась его замена. Проблема оказалась легко решаема, так как раз в четыре года, по нормативам СССР, требовалось делать капитальный ремонт всего агрегата, и работу просто сделали плановой.
Вот уже 80 лет конструкция из березы, смолы, стали и инженерной фантазии успешно позволяет вырабатывать электричество и исключает попадание масла в воду великой русской реки Волга. Более того, по некоторым эксплуатационным свойствам лигнофоль успешно конкурирует с такими современными материалами, как капролон, фторопласт, тордонт: проигрывая по срокам службы, он избавляет от негативных рисков склеивания вала турбины со скользящим набором при аварийном исчезновении смазки.
Андрей Сухомлинов, начальник ГЭС-191 Волжского района
гидротехнических сооружений ФГБУ «Канал имени Москвы»
10.08.2024