瓦間距和進(jìn)油溫度對(duì)雙向推力軸承性能的影響

范壽孝，王 偉，武中德

（1.哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150040；2.中國(guó)三峽建工（集團(tuán)）有限公司，四川 成都 610095；3.哈爾濱大電機(jī)研究所，黑龍江 哈爾濱 150040）

1 引言

大型蓄能機(jī)組發(fā)電電動(dòng)機(jī)雙向推力軸承普遍采用巴氏合金瓦，對(duì)瓦溫的控制也有較高的要求[1-5]。

大型蓄能機(jī)組推力軸承的運(yùn)行瓦溫即使較高，其改進(jìn)和改造一般也局限于冷卻系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)和尺寸很難進(jìn)行改造[6-9]。

大型蓄能機(jī)組轉(zhuǎn)速較高，推力軸承的尺寸較小，而雙向推力軸承的承載能力較低，就需要提高瓦的占積率以降低其單位壓力[10-12]。瓦間距和瓦間油溫對(duì)推力軸承性能的影響，特別是對(duì)瓦溫的影響，是一項(xiàng)重要的推力軸承研究?jī)?nèi)容。瓦間油溫對(duì)推力軸承性能的影響，可以通過(guò)計(jì)算分析進(jìn)行研究，而瓦間距對(duì)推力軸承性能的影響，一般還是通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行研究。

工程上對(duì)推力軸承的試驗(yàn)研究多為驗(yàn)證試驗(yàn)，以檢驗(yàn)推力軸承的性能[13,14]。而進(jìn)行瓦間距和瓦間油溫等的試驗(yàn)研究較少，特別是進(jìn)行1∶1 的試驗(yàn)研究。

本文同臺(tái)對(duì)比進(jìn)油槽和瓦間距，以及兩種瓦間距對(duì)推力軸承性能的影響。

2 軸承結(jié)構(gòu)

大型蓄能機(jī)組雙向推力軸承，一般采用10 或12 塊瓦，彈性油箱組成的一套支承系統(tǒng)是一種常用的支承結(jié)構(gòu)[15]，見(jiàn)圖1。彈性油箱支承屬于液壓彈性支承，具有自動(dòng)平衡各瓦負(fù)荷的能力，各瓦的載荷均勻性較好。一套12 塊試驗(yàn)瓦，瓦的支承分布直徑1 862 mm。

圖1 彈性油箱支承推力軸承

圖2 有和無(wú)進(jìn)油槽的推力軸承

第1 次試驗(yàn)采用試驗(yàn)臺(tái)上的支承分布直徑2 142 mm，這樣瓦間距增大，瓦間距由50～84 mm 增大到112～157 mm（圖3）。

圖3 第1 次試驗(yàn)瓦間距

第2 次試驗(yàn)采用與第1 次試驗(yàn)相同的推力瓦和安裝方式，同時(shí)用4 塊帶有進(jìn)油槽的試驗(yàn)瓦替代原4 塊試驗(yàn)瓦。在瓦的承載面積不變的情況下，外加瓦兩側(cè)的進(jìn)油槽，這4 塊試驗(yàn)瓦的實(shí)際瓦間距由112～157 mm 減小到32～79 mm（圖4），小于正常瓦間距。同臺(tái)試驗(yàn)可更好的對(duì)比瓦間距和瓦間油溫或進(jìn)油溫度對(duì)推力軸承性能的影響。

圖4 第2 次試驗(yàn)瓦間距

帶有進(jìn)油槽的推力瓦，帶來(lái)的好處是冷油能夠直接進(jìn)入瓦面，但瓦間距有所減小。

第3 次試驗(yàn)，試驗(yàn)瓦的瓦間距與實(shí)際瓦間距相同，即50～84 mm（圖5）。彈性油箱和鏡板以及加載軸承和加載裝置也進(jìn)行了更換。

圖5 第3 次試驗(yàn)瓦間距

僅進(jìn)行瓦間距對(duì)比試驗(yàn)是采用同一套推力瓦，一種是按實(shí)際尺寸分布，另一種是將瓦的外徑2 470 mm 分布在對(duì)應(yīng)的2 740 mm 位置，瓦間距增大約2 倍，試驗(yàn)時(shí)保證單瓦載荷和平均線速度相同。

3 瓦間距和進(jìn)油溫度的影響

3.1 進(jìn)油槽的影響

帶有進(jìn)油槽的4 塊試驗(yàn)瓦是5 號(hào)～8 號(hào)，而受影響的是6 號(hào)～9 號(hào)。冷油直接進(jìn)入進(jìn)油槽，再進(jìn)入瓦面，進(jìn)入瓦面的油還有一部分是鏡板攜帶的熱油，受影響的瓦的溫度比其它試驗(yàn)瓦的瓦溫高約8 K（圖6）。

圖6 瓦溫對(duì)比

3.2 進(jìn)油溫度的影響

正轉(zhuǎn)額定工況下，油溫47.8～53.1℃，推力瓦溫度65.1～67.4 ℃<[74 ℃]（RTD），推力瓦間溫度差2.3 K<[5 K]，瓦面溫度最高91.3℃。

反轉(zhuǎn)額定工況下，油溫47.4～52.7℃，推力瓦溫度65.3～70.3℃<[74℃]（RTD），推力瓦間溫度差5 K，瓦面溫度最高92.9℃。

正轉(zhuǎn)額定工況下，油溫39.8～46.3℃，推力瓦溫度61.6～63.8℃<[74℃]（RTD），推力瓦間溫度差2.2 K<[5 K]，瓦面溫度最高95.1℃。

反轉(zhuǎn)額定工況下，油溫39.5～45.8℃，推力瓦溫度63.6～68.5℃<[74℃]（RTD），推力瓦間溫度差4.9 K<[5 K]，瓦面溫度最高96.9℃。

油溫度升高7 K，瓦溫升高2～4 K（表1）。

3.3 占積率的影響

瓦的占積率決定了瓦間距，占積率大，則瓦間距相對(duì)減小，瓦間熱油的量占比較大，或者說(shuō)熱油冷卻的效果較差，相當(dāng)于熱油攜帶系數(shù)提高（圖7），從而進(jìn)油溫度提高，瓦溫升高。

圖7 瓦的占積率對(duì)熱油攜帶系數(shù)的影響

推力軸承試驗(yàn)運(yùn)行，同一套瓦，相同工況下（載荷和平均線速度相同），瓦間距112～157 mm 時(shí)的瓦溫（表1 和表2）低于瓦間距50～84 mm 時(shí)的瓦溫（表3）。占積率大，瓦間距較小，瓦溫相對(duì)較高。

表1 瓦間距112～157 mm 正轉(zhuǎn)時(shí)的溫度

表2 瓦間距112～157 mm 反轉(zhuǎn)時(shí)的溫度

表3 瓦間距50～84 mm 正反轉(zhuǎn)時(shí)的溫度

4 性能分析

推力軸承瓦的占積率一般為80%左右，占積率大，可增加瓦面積，降低比壓，但卻減小了瓦間距。瓦間距較小，可造成瓦間的熱油的冷卻效果減弱，也就相當(dāng)于提高了進(jìn)油溫度，進(jìn)而提高瓦溫。

鏡板攜帶的熱油量較大，帶有進(jìn)油槽的瓦的間距較小，影響了鏡板攜帶的熱油的冷卻，這種影響造成了前邊帶有進(jìn)油槽的5 號(hào)瓦溫不高，而后邊與帶有進(jìn)油槽的8 號(hào)瓦相鄰的無(wú)進(jìn)油槽的9 號(hào)瓦溫度較高。

冷油直供進(jìn)油槽，相當(dāng)于瓦的進(jìn)油溫度低，瓦溫會(huì)降低，但由于瓦間距較小，影響了鏡板攜帶的熱油的冷卻，反而造成瓦溫升高。

帶有進(jìn)油槽的推力瓦，要保證瓦的承載面積不變的情況下，增加瓦兩側(cè)的進(jìn)油槽，這樣減小了瓦間距，帶來(lái)的好處是冷油能夠直接進(jìn)入瓦面，并需要保證足夠的供油量。

推力瓦上的進(jìn)油槽對(duì)瓦溫的改善有限。試驗(yàn)結(jié)果表明，瓦間距對(duì)瓦溫的影響大于瓦面進(jìn)油槽對(duì)瓦溫的影響。

或許在保證足夠的瓦間距情況下，進(jìn)油槽直供冷油的優(yōu)勢(shì)才能表現(xiàn)出來(lái)。

同樣的一套推力瓦，瓦間距不一樣，實(shí)際運(yùn)行的瓦溫有差別，可見(jiàn)，瓦間距要適當(dāng)。瓦間距大，有利于冷熱油的混合，降低瓦間油溫，并降低進(jìn)油溫度，但會(huì)減小瓦面積，提高單位壓力。瓦間距小，則反之。瓦的占積率≤80%是合理的。

5 結(jié)論

瓦間距影響鏡板攜帶的熱油的冷卻效果，較小的間距，鏡板攜帶的熱油的冷卻效果差，也就提高了進(jìn)油溫度。進(jìn)油溫度直接影響瓦溫，進(jìn)油溫度越高，瓦溫就越高，但不是等比關(guān)系。推力瓦上的進(jìn)油槽對(duì)瓦溫的改善有限，而瓦間距對(duì)瓦溫的影響較大。試驗(yàn)和運(yùn)行結(jié)果表明，合理的瓦間距和進(jìn)油溫度可以有效控制瓦溫并提高雙向推力軸承的性能。