動靜壓混合軸承性能計算分析

王敏

（株洲航發動科南方燃氣輪機有限公司，湖南 株洲 412000）

1 概述

軸承包括動壓效應和靜壓效應，一種新型的軸承可以將兩者結合應用于同一個軸承，其有不同的結合方式，根據結合方式，可以分為靜壓起動動壓工作型、動靜壓聯合型、動靜壓混合型。

（1）靜壓起動動壓工作型。結構特點：靜壓油腔設置在軸瓦的承載中心部位，需要動壓和靜壓兩套供油系統共同作用。在轉子轉動前，靜壓供油系統先開啟，利用靜壓系統的頂起壓力將靜止的轉子頂起后，轉子開始轉動，轉子的轉速達到一定的數值后，動壓供油系統起動，利用動壓效應支撐轉子及其載荷，關閉靜壓供油系統，簡稱靜壓升舉軸承。起動過程轉子無磨損，起動力矩小。

（2）動靜壓聯合型。結構特點：油腔開設在軸瓦承載面上、潤滑油出口一側，滑油由于有壓力，可以從動壓油楔中流入油腔，在腔內形成靜壓力，可以支撐一定的載荷。動壓油楔內的動壓力和油腔內的靜壓力共同作用，支撐了轉子及其載荷。承載能力高、溫升低、功耗少，起動轉矩大，啟動時有磨損。

（3）動靜壓混合型。結構特點：這種類型的軸承只需要設置一套靜壓供油系統，即可讓軸瓦的承載面產生動壓效應和靜壓效應。啟動時，供油系統先產生靜壓效應，利用靜壓油腔的承載能力將靜止的轉子頂起，然后，轉子開始轉動，動壓效應隨著轉子轉速的增加而增大，轉子轉速達到預定數值后，開始施加工作載荷，該供油系統產生的動壓效應和靜壓效應均能單獨承擔轉子上的全部載荷。軸承剛度較大、啟動力矩較低、承載能力高、油膜阻尼大。

2 靜壓升舉軸承

軸承的承載能力與承載面積直接相關，為了不過分減弱動壓承載面積，靜壓升舉軸承的靜壓油腔一般宜取小些、淺些，而油腔壓力與油腔面積相關，所以供油壓力一般都比較大。

2.1 基本型式及其性能的計算

靜壓升舉軸承基本形式主要有：軸向油腔（寬軸承）、軸向油腔（窄軸承）和中間油腔（適貼式）。（1）軸向油腔（寬軸承）（如圖1）性能計算公式：

圖1

周向油腔（窄軸承）（如圖2）性能計算公式：

圖2

中間油腔（適貼式）（如圖3）。性能計算公式：

圖3

式中，q為流量；P0需要的油腔壓力；F為升舉載荷；CR半徑間隙；e為升舉高度，即偏心距；η為潤滑油黏度；d為軸頸直徑（d=2r）；ε為偏心率（ε=e/CR）；φ為相對間隙（φ=CR/r），也可查表得經驗許用值；

因子KA和KB可根據ε的數值查表獲得。

2.2 動壓效應性能計算

潤滑油以0.05～0.2MPa的壓力泵入軸瓦中。供油溫度決定于循環潤滑系統的冷卻能力，對于高速軸承，供油溫度定為40℃是合適的。

其中：F軸頸上的載荷；B軸瓦寬度；D軸瓦孔徑。

動壓軸承的載荷數F*與偏心率ε（=e/CR）、寬徑比B*（=B/D）、軸瓦包角α有關（可查表獲得）。

查表得發電機的寬徑比一般取B*=0.8～1.5。

3 某型發電機核算

某型發電機軸承采用端蓋式滑動軸承，發電機轉子重量m=5000kg，轉子轉速n=1000r/min，軸瓦寬度B=200mm，軸瓦直徑D=200±0.05mm，軸承軸頸，軸承下半瓦有兩個水平供油槽，供油邊阻油槽寬度為b=25mm，供油槽寬度為k=32.7mm，軸瓦包角α=120°。軸承型式為靜壓升舉軸承中的寬軸承。

根據以上參數計算得：

載荷數F*=0.122、軸瓦包角α=120°，查表得偏心率ε=0.2

根據ε=0.2，查表得KA=33.75，KB=29.18

由以上計算得該型發電機滑油系統中頂軸壓力達1.4MPa，流量達2.25mL/s即可滿足要求，跟實際試驗數據相吻合。

4 結語

本文對動靜壓混合軸承進行了概述，分析了不同型式動靜壓軸承的特點和適用場合。總結了不同型式的動靜壓混合軸承的性能計算方法和公式，并用某型發電機軸承參數進行動靜壓核驗，計算結果和試驗驗證結果一致。