范壽孝，吳軍令，武中德（水力發(fā)電設(shè)備國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150040）

大型臥式水輪發(fā)電機(jī)可傾瓦徑向軸承試驗(yàn)研究

范壽孝，吳軍令，武中德
（水力發(fā)電設(shè)備國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150040）

可傾瓦徑向軸承將會(huì)在大型臥式水輪發(fā)電機(jī)中得到廣泛應(yīng)用。利用可傾瓦徑向軸承試驗(yàn)臺(tái)對(duì)所開發(fā)的大型臥式水輪發(fā)電機(jī)組可傾瓦徑向軸承進(jìn)行了尺寸1:1的工況模擬試驗(yàn)。通過分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)所開發(fā)軸承結(jié)構(gòu)的性能有全面認(rèn)識(shí)。所開發(fā)的可傾瓦徑向軸承滿足大型臥式水輪發(fā)電機(jī)的運(yùn)行要求，保證了機(jī)組運(yùn)行的可靠性。

可傾瓦徑向軸承；水輪發(fā)電機(jī)；試驗(yàn)研究

0 引言

隨著臥式水輪發(fā)電機(jī)的容量增大，徑向軸承的負(fù)荷、尺寸、軸承比壓也隨之增大，使其制造、安裝調(diào)整、檢修的難度增大。因此50MW以上的兩支點(diǎn)結(jié)構(gòu)臥式水輪發(fā)電機(jī)不宜再使用圓柱瓦徑向軸承?？蓛A瓦徑向軸承不受尺寸限制幵且安裝調(diào)試方便，將會(huì)在大型臥式水輪發(fā)電機(jī)的重載徑向軸承中得到廣泛應(yīng)用。另外，可傾瓦徑向軸承在潮汐發(fā)電機(jī)組，水泵，汽輪發(fā)電機(jī)組等大型臥式旋轉(zhuǎn)設(shè)備中也有著廣闊的應(yīng)用前景。

1 軸承方案

軸承基本設(shè)計(jì)參數(shù)見表1，其結(jié)構(gòu)方案如圖1所示。

試驗(yàn)軸承由6塊瓦組成，轉(zhuǎn)子下方的4塊瓦為主要承載瓦，位置上為對(duì)稱分布。理想載荷作用點(diǎn)為兩瓦間。上面兩塊瓦間隔90°分布，主要起著限制大軸位置的作用。下方4塊瓦配有高壓油頂起系統(tǒng)。

表1　試驗(yàn)軸承基本設(shè)計(jì)參數(shù)

圖1　試驗(yàn)軸承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2 可傾瓦徑向軸承試驗(yàn)臺(tái)

為了對(duì)開發(fā)的軸承進(jìn)行全尺寸模擬試驗(yàn)，研制了一臺(tái)大型可傾瓦徑向軸承試驗(yàn)臺(tái)。其技術(shù)參數(shù)及要求如下：

（1）試驗(yàn)臺(tái)最高轉(zhuǎn)速200r/min，且可實(shí)現(xiàn)0～200r/min范圍內(nèi)的任意轉(zhuǎn)速下運(yùn)行；

（2）試驗(yàn)臺(tái)額定試驗(yàn)負(fù)荷為200t，且可實(shí)現(xiàn)0～200t范圍內(nèi)的任意負(fù)荷的試驗(yàn)；

（3）能實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)軸承各潤(rùn)滑性能參數(shù)的測(cè)試；

（4）能實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和運(yùn)行狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)。

可傾瓦徑向軸承試驗(yàn)臺(tái)由試驗(yàn)臺(tái)機(jī)械及動(dòng)力系統(tǒng)、潤(rùn)滑冷卻系統(tǒng)、加載系統(tǒng)、試驗(yàn)軸承高壓油頂起系統(tǒng)、測(cè)試控制系統(tǒng)等組成，主要模擬被試軸承在不同轉(zhuǎn)速、載荷、潤(rùn)滑條件下的運(yùn)行狀況。該試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)控系統(tǒng)可控制試驗(yàn)臺(tái)各系統(tǒng)的起閉及運(yùn)行，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)臺(tái)的運(yùn)行工況幵實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)在線采集與處理。試驗(yàn)臺(tái)整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　試驗(yàn)臺(tái)整體結(jié)構(gòu)

3 可傾瓦徑向軸承試驗(yàn)

3.1測(cè)試內(nèi)容及方法

（1）利用安裝在軸端部的光電編碼器測(cè)量試驗(yàn)臺(tái)實(shí)際運(yùn)行轉(zhuǎn)速。

（2）用埋裝在試驗(yàn)軸承進(jìn)油、排油管路中的PT100溫度傳感器作為測(cè)量元件，通過HP34980數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測(cè)量循環(huán)油的進(jìn)油、排油溫度。

（3）在潤(rùn)滑油進(jìn)入試驗(yàn)軸承前的管路上安裝標(biāo)準(zhǔn)壓力表測(cè)量循環(huán)油壓力。

（4）在潤(rùn)滑油進(jìn)、出試驗(yàn)軸承的管路上安裝渦輪流量計(jì)測(cè)量循環(huán)油流量。

（5）利用安裝在加載系統(tǒng)中的壓力變送器測(cè)量加載液壓缸的壓力，通過換算得到試驗(yàn)載荷。

（6）通過在各工況下測(cè)得的試驗(yàn)軸承進(jìn)、排油溫度及流量，利用熱平衡法計(jì)算出軸承損耗。

（7）用 PT100溫度傳感器作為測(cè)量元件，通過HP34980數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測(cè)量瓦溫。根據(jù)電站運(yùn)行監(jiān)測(cè)要求，在每個(gè)瓦上都安裝1個(gè)溫度傳感器監(jiān)測(cè)瓦的運(yùn)行狀況。在3號(hào)瓦的瓦面和低于瓦面30mm的位置安裝兩層溫度傳感器測(cè)試瓦面溫度。

（8）在滑轉(zhuǎn)子外表面上沿軸向均勻安裝位移傳感器，以測(cè)量油膜厚度。可測(cè)量多個(gè)瓦面的油膜厚度分布。

3.2試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

主要進(jìn)行了靜止?fàn)顟B(tài)和起停瞬間的高壓油頂起測(cè)試、低速運(yùn)行開啟高壓油頂起試驗(yàn)及變化運(yùn)行轉(zhuǎn)速的工況試驗(yàn)等。

（1）高壓油頂起試驗(yàn)

在靜止?fàn)顟B(tài)和起停瞬間分別對(duì)高壓油頂起進(jìn)行測(cè)試。測(cè)得結(jié)果如表2所示。高壓油頂起滿足運(yùn)行要求。

表2　高壓油頂起試驗(yàn)

（2）瓦溫運(yùn)行監(jiān)測(cè)

各工況的瓦溫監(jiān)測(cè)見表3。數(shù)據(jù)顯示各工況運(yùn)行條件下，3號(hào)、4號(hào)瓦溫最高，承載較大。轉(zhuǎn)子上方的兩瓦溫度與循環(huán)油溫度類似，說(shuō)明其承載較小，主要起到限制約束的作用。

（3）潤(rùn)滑性能試驗(yàn)

試驗(yàn)數(shù)據(jù)表4及圖3、4表明，隨著轉(zhuǎn)速增加，油膜功耗及轉(zhuǎn)子攪拌損耗均增大，導(dǎo)致潤(rùn)滑油溫升提高和軸承損耗增加。而線速度增大有利于動(dòng)壓潤(rùn)滑油膜的形成，致使最小油膜厚度增加。因此，在損耗和溫升允許的條件下，適當(dāng)增加轉(zhuǎn)速，有利于提高軸承的運(yùn)行特性。

表3　監(jiān)測(cè)瓦溫 （oC）

表4　潤(rùn)滑性能試驗(yàn)

圖3　額定工況3號(hào)瓦面溫度分布/oC

圖4　額定工況3號(hào)瓦面油膜厚度分布/μm

3.3計(jì)算與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

轉(zhuǎn)速為75r/min。負(fù)荷200t額定工況時(shí)，計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比見表5。試驗(yàn)結(jié)果和計(jì)算結(jié)果基本一致。

表5　計(jì)算與試驗(yàn)對(duì)比

4 結(jié)論

（1）高壓油頂起系統(tǒng)的設(shè)計(jì)滿足機(jī)組起停、低速運(yùn)行的要求。

（2）實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，最下面兩塊瓦承載較大，轉(zhuǎn)子上方的兩塊瓦承載很小。在損耗和溫升允許的情況下，適當(dāng)增加轉(zhuǎn)速，有利于提高軸承的運(yùn)行特性。

（3）軸承計(jì)算結(jié)果與測(cè)試結(jié)果一致。

（4）試驗(yàn)結(jié)果表明，該軸承結(jié)構(gòu)滿足大型臥式機(jī)組的運(yùn)行要求。

[1] 鐘洪, 張冠昆. 液體靜壓動(dòng)靜壓軸成設(shè)計(jì)使用手冊(cè)[M]. 電子工業(yè)出版社, 2007年.

[2] 馬希直, 等. 導(dǎo)軸承性能熱流體動(dòng)力分析[J]. 潤(rùn)滑與密封, 2000(3): 12-14.

[3] 張直明, 張言羊, 謝友柏, 等. 滑動(dòng)軸承的流體動(dòng)力潤(rùn)滑理論[M]. 北京: 高等教育出版社, 1986年.

[4] 季進(jìn)臣, 袁小陽(yáng), 等. 推力軸承模型試驗(yàn)件承載能力的實(shí)驗(yàn)[J]. J機(jī)械科學(xué)與技術(shù), 1999, 18(4): 626-627.

[5] 顧越, 黃德書. 1000MW 級(jí)汽輪發(fā)電機(jī)滑動(dòng)軸承綜合性能研究[J]. 上海大中型電機(jī), 2008(4): 12-18.

范壽孝(1984-)，2008年7月畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)系，碩士學(xué)位，現(xiàn)從事大型發(fā)電機(jī)軸承技術(shù)研究，工程師。

審稿人：劉公直

Experimental Investigation of the Tilting Pad Journal Bearing For Large Horizontal Hydro-generators

FAN Shouxiao, WU Junling, WU Zhongde
（State Key Laboratory of Hydro-power Equipment, Harbin 150040, China）

Tilting Pad Journal bearing can be used widely in large Horizontal Hydro-generators. The new developed bearing structure of 1:1 size for the large Horizontal Hydro-generators was tested on the large tilting Pad Journal bearing tested stand. The comprehensive characters of the new developed bearing were understood through analysis of experimental data. The new developed bearing structure is available for large Horizontal Hydro-generators and can ensure the reliability of the unit.

tilting pad journal bearing; hydro-generators; experimental investigation

TM312

A

1000-3983(2016)03-0006-03

2015-05-26