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扇形推力瓦軸承油膜間隙及溫度影響的研究

來源:博高科技發(fā)布時(shí)間:2021/6/26

扇形推力瓦軸承油膜間隙及溫度的研究

錢續(xù)鵬(中國石油化工股份有限公司安慶分公司機(jī)動(dòng)部  郵編246001)
吳超(上海大學(xué)軸承研究室   郵編200072 )
摘要:本文給出了推力軸承的極坐標(biāo)下的二維方程、能量方程和粘溫方程,計(jì)算了點(diǎn)支承扇形瓦和線支承扇形瓦推力軸承的熱力學(xué)性能。計(jì)算結(jié)果表明點(diǎn)支承扇形瓦推力軸承的性能更好,并把計(jì)算結(jié)果應(yīng)用到汽輪機(jī)推力軸承瓦溫過高的改造過程中。該汽輪機(jī)線支承推力軸承最高瓦溫超過1200C,用點(diǎn)支承軸承代替線支承軸承,瓦塊溫度可以降低200C。通過調(diào)整支承墊片,改變各個(gè)瓦塊的油膜厚度,可以避免偏載,更大可能的降低瓦塊的溫升。
關(guān)鍵詞:推力軸承,支承方式,油膜間隙,最大溫升

推力軸承具有摩擦功耗小,承載能力大,運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)[1],被廣泛應(yīng)用于發(fā)電機(jī)、汽輪機(jī)等大型旋轉(zhuǎn)機(jī)組中。但線支承扇形瓦推力軸承由于穩(wěn)定性較差,容易產(chǎn)生載荷不平衡,運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后,出現(xiàn)推力瓦溫偏高現(xiàn)象。我們知道,動(dòng)壓推力軸承是靠形成流體楔形間隙來支承載荷的,而楔形間隙小的瓦塊承載量較大,致使瓦塊溫度偏高;反之,楔形間隙大的瓦塊,則承載量小、溫度相對較低。也就是說,油膜間隙與承載能力和瓦塊的最大溫升密切相關(guān)。另外,推力軸承的支承方式對瓦塊的溫升也有影響[3][4]。本文就從這兩點(diǎn)出發(fā),真對安慶電廠汽輪機(jī)線支承推力軸承瓦塊溫度偏高的改進(jìn)辦法進(jìn)行研究。

汽輪機(jī)線支承推力軸承如圖1。推力軸承共有10塊瓦,每塊瓦的參數(shù)如下:
張角,線支承的位置為,推力瓦塊的外半徑為R1=231,內(nèi)半徑為R2=135。運(yùn)轉(zhuǎn)過程中推力軸承瓦塊溫度達(dá)到1200C,超過報(bào)警界線,需要對推力軸承進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。
我們先建立該推力軸承的控制方程,找出溫度升高密切相關(guān)的量,然后確定改進(jìn)辦法。

控制方程
按照流體力學(xué)原理,建立該瓦塊定常工況下、無量綱二維極坐標(biāo)下方程[5]為
                   

(1)

當(dāng)不考慮瓦塊的熱變形和彈性變形時(shí),可推導(dǎo)出線支承無量綱油膜厚度方程為
(2)
點(diǎn)支承無量綱油膜厚度方程為
(3)

了計(jì)算,求解出該瓦在線支承和點(diǎn)支承兩種支承方式下的的壓力分布和溫度分布。其最大溫升和擺角隨支承處的油膜厚度變化曲線如下:


圖2是相同條件下兩種支承方式下最大溫度隨支承點(diǎn)的油膜厚度變化曲線。該圖說明點(diǎn)支承可傾瓦軸承的溫升低于線支承可傾瓦軸承,尤其支承處油膜厚度較小時(shí),點(diǎn)支承最大溫升較低。當(dāng)油膜厚度為0.03mm時(shí),點(diǎn)支承軸承的溫升比線支承軸承低200C;油膜厚度每減少,溫度就上升C以上。


圖3是兩種支承方式下擺角隨支承點(diǎn)油膜厚度的變化曲線。點(diǎn)支承的計(jì)算結(jié)果明顯小于線支承的值。這說明點(diǎn)支承可傾瓦推力軸承的結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定,承載性能較好。

3. 推力軸承改造
    安慶電廠汽輪機(jī)軸承使用線支承推力瓦軸承,大部分機(jī)組出現(xiàn)推力瓦塊溫度偏高的現(xiàn)象,個(gè)別機(jī)組的推力軸承瞬態(tài)瓦溫甚至高達(dá)以上,以致嚴(yán)重影響了該機(jī)組的安全運(yùn)行。從圖1中,我們可以看出該推力瓦結(jié)構(gòu)為米契爾式(線支承)。每個(gè)瓦塊為偏支式的寬帶支承,只能單獨(dú)在一個(gè)方向擺動(dòng),且同一推力面?zhèn)鹊母鱾€(gè)推力瓦相互獨(dú)立,不能自動(dòng)補(bǔ)償平衡。分析瓦塊溫度過高的原因主要由于偏載引起的,改變支承形式能夠把溫度降低200C,軸承的穩(wěn)定性也提高了,但個(gè)別瓦塊的溫度還是偏高。安裝傳感器在線測量各個(gè)瓦塊的油膜厚度,發(fā)現(xiàn)油膜厚度大的瓦塊溫度低,油膜厚度小的瓦塊溫度高。通過安裝控制裝置,當(dāng)瓦塊油膜厚度小于某一臨界值(由最高溫度和承載力決定)時(shí),控制器發(fā)出信號調(diào)整該瓦塊支承增大其油膜厚度,減小該瓦塊的承載力,其溫升就會下降,相應(yīng)的其它瓦塊的承載力會增加,油膜厚度將減小。這樣瓦塊之間能自動(dòng)補(bǔ)償,受載會更加均勻,溫升就會降低,。經(jīng)改造后的推力軸承瓦塊溫度在正常的范圍內(nèi),其最高瓦溫小于850C,解決了機(jī)組存在的偏載和溫升問題。

參考文獻(xiàn):
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張廣新,馮亮.汽輪機(jī)推力軸承溫度高原因分析與處理,冶金動(dòng)力,2004(2)
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朱禮進(jìn),張可喜.推力可傾瓦軸承支點(diǎn)的優(yōu)化設(shè)計(jì),潤滑與密封,2004(6)
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楊沛然.流體潤滑數(shù)值分析[M].北京:國防工業(yè)出版社,1998.
趙永韜,“金斯伯里平衡式推力軸承結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和推力間隙的測量方法”,熱力發(fā)電,2002

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