吳軍令，武中德，范壽孝，張培良

（水力發(fā)電設(shè)備國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150040）

0 前言

在機(jī)組上進(jìn)行推力軸承試驗(yàn)是困難的，而且花費(fèi)巨大，但在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行試驗(yàn)研究卻是可行的。為了優(yōu)化溧陽機(jī)組彈性油箱支撐的雙向推力軸承的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，比較穩(wěn)妥的研究方法是在推力軸承試驗(yàn)臺上進(jìn)行模擬試驗(yàn)。2012年 2月在哈爾濱大電機(jī)研究所的3000t推力軸承試驗(yàn)臺上進(jìn)行了溧陽雙向巴氏合金瓦推力軸承的1:1模擬試驗(yàn)，測量了油膜的厚度、壓力、溫度分布和軸承損耗，保證了機(jī)組運(yùn)行的可靠性。

溧陽蓄能機(jī)組雙向推力軸承的支撐結(jié)構(gòu)采用具有彈性、能向推力瓦提供擴(kuò)散和均勻的支撐，并使其具有平衡瓦間負(fù)荷的平衡能力的單波紋彈性油箱結(jié)構(gòu)。這也是在蓄能機(jī)組上首次應(yīng)用彈性油箱支撐結(jié)構(gòu)。

1 推力軸承結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

溧陽推力軸承采用單波紋彈性油箱支撐結(jié)構(gòu)，如圖1所示。采用鍛鋼件加工成波紋狀圓筒，將數(shù)個(gè)圓筒經(jīng)連通管和有關(guān)零件裝配焊接，形成密閉的連通器。再抽真空充壓力油，構(gòu)成彈性油箱支撐結(jié)構(gòu)。每塊瓦對應(yīng)一個(gè)油箱，將厚、薄瓦放置在彈性油箱頂面上。

單波紋彈性油箱具有安裝調(diào)整方便、機(jī)組運(yùn)行過程中自動(dòng)平衡瓦間負(fù)荷的能力（瓦的負(fù)荷均勻度≤3%），瓦的傾斜靈活及能夠較好地控制瓦變形等優(yōu)點(diǎn)，獲得廣泛應(yīng)用。目前哈電公司已為舟壩、百色、居甫渡、恰普其海、雙溝等電站提供數(shù)十臺套的單波紋彈性油箱，運(yùn)行效果良好。

哈電公司設(shè)計(jì)制造的彈性油箱為系列產(chǎn)品，如表 1所示。單波紋彈性油箱支撐結(jié)構(gòu)具有獨(dú)特的優(yōu)勢，即機(jī)組運(yùn)行期間能自動(dòng)調(diào)整負(fù)荷使瓦間承載均衡，哈電公司具有成熟的設(shè)計(jì)、制造、安裝及運(yùn)行和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

推力軸承配備高壓油頂起系統(tǒng)。在機(jī)組起、停機(jī)時(shí)投入使用。

圖1 單波紋彈性油箱支撐結(jié)構(gòu)

表1 單波紋彈性油箱承載對比

2 循環(huán)冷卻方式

推力軸承采用外加泵外循環(huán)冷卻，在油的循環(huán)回路系統(tǒng)中外加一組互為備用的電動(dòng)油泵，作為循環(huán)動(dòng)力，由冷卻器、濾油器、壓力表、流量顯示器和閥門等元件組成。潤滑油在油槽內(nèi)部采用瓦間隔板結(jié)構(gòu)進(jìn)行潤滑。外加泵外循環(huán)系統(tǒng)對外部管路和元件的阻力要求不高。

瓦間隔板結(jié)構(gòu)是將成型隔板插入瓦兩側(cè)的溝槽內(nèi)，與鏡板面高度之間形成一個(gè)徑向通道。該結(jié)構(gòu)油槽中必須設(shè)隔油板，將油槽分成上、下兩空腔。上部空腔為熱油區(qū)，下部空腔為冷油區(qū)。

為安全起見，外加泵外循環(huán)冷卻方式的冷卻器、泵、油過濾器及相應(yīng)閥門等均100%備用，故障時(shí)可自動(dòng)切換到備用管線工作，并發(fā)出報(bào)警信號，以保證油循環(huán)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。如工作油泵發(fā)生故障，可自動(dòng)切換到備用油泵工作，并發(fā)出報(bào)警信號。

外加泵外循環(huán)冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定可靠，是外循環(huán)理想的冷卻形式，索風(fēng)營、思林、龍灘等機(jī)組推力軸承均采用此循環(huán)冷卻方式。

3 推力軸承試驗(yàn)

3.1 推力軸承參數(shù)

表2為試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛥?shù)。

表2 試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛥?shù)

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)推力軸承如圖2所示。

圖2 彈性油箱支撐巴氏合金瓦推力軸承

各瓦負(fù)荷分布如圖3所示，推力軸承各瓦的負(fù)荷均勻度小于3%。高壓油室參數(shù)如表3所示。正、反轉(zhuǎn)時(shí)的瓦面油膜厚度分布、壓力分布和瓦面溫度分布分別如圖4-6所示。

額定工況下，油溫 34.1～36.3℃＜ [50℃]，推力瓦溫度71.2～74.6℃＜ [75℃]（RTD），推力瓦間溫度差 4.4K ＜ [5K]，瓦面溫度 81℃＜ [90℃]。

表3 高壓油室參數(shù)

4 推力軸承計(jì)算和測量結(jié)果對比

推力軸承計(jì)算和測量結(jié)果對比如表4所示。計(jì)算和測量結(jié)果吻合。

5 結(jié)論

采用為真機(jī)設(shè)計(jì)的推力軸承在3000t推力軸承試驗(yàn)臺上進(jìn)行了推力軸承試驗(yàn)。試驗(yàn)比例為1:1，實(shí)現(xiàn)真機(jī)全尺寸模擬試驗(yàn)。并且在多種工況下，對推力軸承油膜厚度、油膜壓力、瓦面溫度、瓦體溫度、油溫、損耗等參數(shù)進(jìn)行了測量，取得大量數(shù)據(jù)。

表4 推力軸承計(jì)算和測量結(jié)果對比

試驗(yàn)結(jié)果表明：

（1）對推力軸承支撐結(jié)構(gòu)以及油循環(huán)冷卻等相關(guān)系統(tǒng)所進(jìn)行的性能分析以及試驗(yàn)結(jié)果表明，推力軸承的各項(xiàng)潤滑參數(shù)和軸承相關(guān)系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)均在哈電公司設(shè)計(jì)規(guī)范和產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)范圍之內(nèi)，并且滿足規(guī)范所提出的要求。

（2）單波紋彈性油箱支撐結(jié)構(gòu)完全適應(yīng)抽水蓄能機(jī)組推力軸承雙向運(yùn)行的要求，推力軸承瓦的負(fù)荷均勻度小于3%。

（3）溧陽推力軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算值與試驗(yàn)測量結(jié)果吻合。

（4）溧陽單波紋彈性油箱支撐結(jié)構(gòu)的巴氏合金瓦推力軸承滿足安全、可靠的運(yùn)行要求。

（5）大型發(fā)電電動(dòng)機(jī)推力軸承采用單波紋彈性油箱支撐結(jié)構(gòu)，巴氏合金瓦，使用L-TSA46潤滑油，外加泵外循環(huán)潤滑冷卻方式，是非常理想的推力軸承方案。

[1] 武中德，王黎欽，曲大莊，齊毓霖.大型水輪發(fā)電機(jī)推力軸承熱彈流潤滑性能分析[J].摩擦學(xué)學(xué)報(bào), 2001，21(2)：147-150.

[2] 劉平安, 武中德.三峽發(fā)電機(jī)推力軸承外循環(huán)冷卻技術(shù)[J].大電機(jī)技術(shù), 2008, (1): 7-12.

[3] 武中德, 張宏.水輪發(fā)電機(jī)組推力軸承技術(shù)的發(fā)展[J].電器工業(yè), 2007, (1): 32-36.

[4] Y.T.Sun, Z.D.Wu, J.L.Wu.Test Study for Bi-directional Thrust Bearing.IEEE EUROCON 2009,2009: 509-514.

[5] D.Schafer.Investigations into a 6000t Thrust Bearing with Teflon Layer or Babbitt Layer for the Three Gorges Units[C].Proceedings of the Fifth International Conference on Electric Machines and System, Shenyang.2001, l