屏蔽電機推力軸承攪拌損耗研究

李藏雪，呂向平，吳軍令，武中德，李夢啟

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屏蔽電機推力軸承攪拌損耗研究

李藏雪1，呂向平1，吳軍令2，武中德2，李夢啟1

（1. 哈爾濱電氣動力裝備有限公司，哈爾濱 150040；哈爾濱大電機研究所，哈爾濱 150040）

介紹了屏蔽電機推力軸承攪拌損耗（旋轉損耗）計算的方法。攪拌損耗與速度的3次方成正比，速度越高，攪拌損耗越大。高速推力軸承，攪拌損耗遠大于軸承的摩擦損耗。對攪拌損耗的計算結果和測量結果進行了對比分析。結果表明，計算結果和實測的結果吻合。

屏蔽電機；推力軸承；攪拌損耗

0 前言

立式電機推力軸承產生的損耗，有摩擦損耗和攪拌損耗（旋轉損耗），轉速（線速度）越高，攪拌損耗越大[1,2]。

推力軸承的性能和摩擦損耗的研究較多[3~7]，而攪拌（旋轉損耗）的研究較少[8]。

低速電機推力軸承的攪拌損耗占推力軸承總損耗的比例較小，可以采用一般的計算方法進行估算[4~9]。隨著轉速增大，估算的攪拌損耗的計算誤差越來越大。引入摩擦常數，而摩擦常數與雷諾數直接相關，摩擦常數與雷諾數的關系曲線可以通過實驗確定，這樣經過完善攪拌損耗（旋轉損耗）的計算方法，才能準確計算出推力軸承的攪拌損耗（旋轉損耗）[10,11]。

1 推力軸承旋轉件

主泵電機采用兩套推力軸承[12,13]，兩個推力盤之間為飛輪（圖1）。兩個推力盤、飛輪和軸為旋轉件。攪拌損耗就是由旋轉件產生，結構和材料[14,15]也有一定的影響。圖1結構中的攪拌損耗主要產生部位有飛輪和推力盤外徑、推力盤端面的瓦間部分、對應上下推力軸承部位的軸頸等。

圖1 上下推力軸承間的飛輪推力盤

2 攪拌損耗

2.1 攪拌損耗計算

推力軸承的攪拌損耗主要是兩個推力盤和飛輪旋轉產生的。

直徑面的攪拌損耗1和介質的密度和粘度、摩擦常數、線速度的立方、半徑、高度等有關。端面的攪拌損耗2和介質的密度和粘度、摩擦常數、角速度、半徑差Δ的5次方等有關，摩擦常數取決于雷諾數Re。摩擦常數與雷諾數之間的關系示意如圖2所示，由實驗獲得。

直徑面攪拌損耗：

1= π′′′′3

端面攪拌損耗：

2=（1-C）π / 5′′′?5′3

總攪拌損耗:

∑=1+2

圖2 摩擦常數與雷諾數之間的關系示意

2.2 攪拌損耗實驗驗證

推力軸承的攪拌損耗主要與軸承的旋轉部分浸入潤滑介質中的面積、旋轉表面的速度、介質的粘度等有直接的關系。據此攪拌損耗實驗，主要測試在不同轉速、不同粘度下攪拌損耗的變化情況，從而歸納出其中的數學關系；或對已掌握的計算分析方法進行修正，得到比較可靠的攪拌損耗計算分析方法。

在介質及其溫度一定的情況下，根據試驗裝置在不同轉速下主軸的輸入扭矩，即可得到不同粘度下各種轉速時旋轉環的攪拌損耗（如圖3所示）。

攪拌損耗實驗可采用水介質，也可以采用油介質。

3 攪拌損耗測量

量熱法測量推力軸承（如圖1所示）的損耗。根據推力軸承循環水的流量和溫差確定推力軸承的總損耗（包括實驗裝置中的機械密封、導軸承等）。

圖3攪拌損耗計算值與測量值對比

采用全套實驗推力軸承和無飛輪推力盤的實驗，以區分出機械密封等的損耗。實驗時初始水溫相同，至運行穩定且水溫穩定，這樣可以區分出與試驗推力軸承無關的機械密封損耗和部分攪拌損耗。

實驗部分的損耗占電機功率的百分比見表1。總損耗和機械密封等的損耗見表2。

表1 損耗和功率

表2 試驗軸承

注：#無飛輪和推力盤。

額定轉速下，攪拌損耗為總損耗減去摩擦損耗，再減去試驗水槽機械密封等的損耗。

4 結論

推力軸承的攪拌損耗（旋轉損耗）與線速度、潤滑劑粘度和密度、摩擦常數等有關。攪拌損耗與速度的3次方成正比，速度越高，攪拌損耗越大。

高速推力軸承，攪拌損耗遠大于軸承的摩擦損耗。

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Investigation on Rotating Power Loss of Water-lubricated Thrust Bearing with Graphite Layer for the Shielding Motor

LI Cangxue1, LV Xiangping1, WU Junling2, WU Zhongde2, LI Mengqi1

(1. Harbin electric power equipment co., ltd., harbin 150040, China;2. Harbin Institute of Large Electrical Machinery, harbin 150040, China)

This paper presents a method for calculating the rotating power loss of water-lubricated thrust bearing with graphite layer for the shielding motor.The rotating power lossis proportional to the speed of the 3 party, the higher the speed, the greater the rotating power loss. The rotating power loss is much greater than the friction loss for high speed thrust bearing. It has been found that the calculated results of the thrust bearings confirm well to the measured ones.

shielding motor; thrust bearing; rotating power loss

TK730

A

1000-3983(2017)02-0000-00

2016-10-21

李藏雪（1966-），高級工程師，1988年畢業于哈爾濱電工學院，副總工程師，主要從事大型電機技術研究。

審稿人：孫玉田