思林推力軸承油冷卻系統研究

1 前言

思林水輪發電機的額定轉速為93.75r／min，推力軸承的推力負荷為2200t，屬于典型的低轉速，大推力負荷的推力軸承。由于推力軸承均屬于動壓承載滑動軸承，動壓油膜的形成可以使鏡板面和瓦面分離，不能形成動壓油膜或油膜過小使得鏡板與推力瓦之間干摩擦，造成燒瓦事故，對于低速機組，需采用加大瓦直徑的方式增大周速從而形成較理想的動壓油膜，但帶來損耗較大的問題，本文將主要研究合理選擇適合思林水輪發電機的油冷卻方式。

2 潤滑油冷卻方式的選擇

2.1內循環冷卻方式

內循環冷卻即將油冷卻器放置在推力軸承油槽里，該種結構布置的油冷卻器靠近鏡板外圓，以便在油冷卻器中獲得一個合適的熱交換油的流速，由于油的粘滯作用，隨鏡板旋轉的油流以切線速度向外擴散進入冷卻器進行熱交換(熱量通過油一管壁一水)，冷油密度大自然下沉，靠近油槽底部，鏡板外圓連續甩油，而內圓勢必缺油，由油槽底部冷油來補充，從而形成內循環潤滑冷卻系統。

該冷卻方式瓦間是冷熱混合油參加潤滑，冷卻效果較差，通常采用加大冷卻器容量的辦法來滿足熱交換。思林推力軸承屬低轉速軸承，雖增大直徑獲得了必要的油流，但機組損耗大，應用內冷卻方式，為增加冷卻效果，必須增大冷卻器容量，將使冷卻器尺寸增大，占空間大，且由于轉速低，油流動力不足，整體的冷卻效果不佳。因此非最佳選擇。

2.2外循環冷卻方式

外循環潤滑冷卻方式是將油冷卻器放置在油槽外部，由提供循環動力的泵組強迫潤滑油按給定的流速，流經冷卻器進行熱交換。該結構分鏡板泵外循環和外加泵外循環。

2.2.1鏡板泵外循環

鏡板泵外循環是在鏡板上加工12～20個徑向或后傾式徑向孔，稱泵孔，對應泵孔在鏡板的外圓裝有集油槽構成離心泵。軸承運轉時，從泵孔打出的油流到集油槽，通過管路引出至外部冷卻器進行熱交換，冷油再通過管路進入瓦間。

鏡板泵外循環冷卻效果很好，已成功應用在拉西瓦(700MW)、洪家渡(200MW)、天生橋1級(200MW)等電站，但鏡板離心泵效率低，需選擇適當管路阻力特性以及保持泵在噴油管出口的壓力在一定范圍內，一般保持為1公斤力／厘米2左右，加上管路的阻力，則需一定的空載壓頭約為2公斤力／厘米2左右。經過計算，思林推力軸承空載壓頭為1公斤力／厘米2，噴油管出口處的壓力不足，因此不能采用鏡板泵外循環方式。

2.2.2外加泵外循環

外加泵外循環是在油的循環回路系統中外加一組互相備用的電動油泵作為循環動力，其余由冷卻器、濾油器、壓力表、流量顯示器和閥門等元件組成。

2.2.2.1瓦間噴管結構

瓦間噴管結構，進出油環管布置在油槽內，在進油環管上按瓦數布置小孔噴管，直接引入瓦間噴油潤滑冷卻。在出油環管上布置吸油管將上浮的熱油吸走，進入冷卻器，冷卻后重復循環，如圖1。

外加泵外循環冷卻效率高，根據油冷卻系統需要，可滿足任何大小的工作流量和工作壓力，但循環系統需用一套輔助設備，增加了結構復雜性。一般在內循環無法滿足要求時采用。

經過對比，思林推力軸承潤滑油冷卻采用外加泵外循環結構。但是瓦間噴管結構參加潤滑冷卻的卻是冷、

熱混合油，思林推力軸承為低轉速且負荷大，為確保軸承安全穩定運行，經過分析，最終確定采用國內首創的外加泵外循環瓦間隔板結構。

3 外加泵外循環瓦間隔板結構

3.1外加泵外循環冷卻系統

圖2為外加泵外循環冷卻系統的原理圖。循環冷卻系統的裝置安裝高程須低于油槽底面，除有一組備用的交流電源油泵外，還需有一組直流電源油泵及其自動切換裝置，以提高軸承運行可靠性。需要冷卻的熱油經出油環管送至回油槽，混入油中的氣體雜質，經過回油槽中的濾網過濾，還有一種沒有回油槽的閉路循環系統，用濾油器代替回油槽中的濾網，這樣可以使系統的結構簡化，占地面積小，同時又不受安裝高程的限制，但混入油中的氣體不易排除，這可以依據具體情況選擇。熱油經過冷卻器進行冷卻，冷卻后的冷油經過進油環管流回油槽參與冷卻。

瓦間隔板結構，特點是用4mm厚的鋼板，按瓦間扇面形狀，兩側稍大些加工成隔板，安裝時將隔板靈活插入瓦兩側的溝槽內，與鏡板面之間形成一個高度方向為45mm徑向通道，稱瓦間隔板結構。應用該結構油槽中必須設隔油板，其位置與瓦間隔板平齊，將油槽分成上、下兩空間，上部空間為熱油區，下部空間為冷油區，進油環管上按瓦數布置出油管，將冷油送至軸承座附件，同樣在出油環管上布置吸油管，不少于4個，將熱油區的熱油吸走，進入冷卻器，冷卻后重復循環，如圖3。

瓦間隔板結構的顯著優點是瓦間徑向通道流過并參加潤滑冷卻的油完全是冷油，對軸承的冷卻十分有利。

4 結論

思林水輪發電機低機組轉速、大推力負荷推力軸承潤滑冷卻系統作為國內首創的冷卻系統，為今后低轉速、大負荷機組推力軸承潤滑冷卻積累了寶貴的經驗。