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1、轴承甩油及轴瓦间隙控制王艳红 湖南零陵发电设备有限公司 (425007) 分块瓦式水导轴承与筒式水导轴承相比，具有以下特点：轴瓦间隙调整灵活、方便；瓦与轴的接触面小，瓦温不易上升，润滑条件好；适应顶盖的能力较强，对顶盖的刚度要求相对低些；零部件较轻，制造容易，安装方便。随着水电机组向高转速、大容量方面发展，可以预计，将会有越来越多的机组采用分块瓦式水导轴承。但甩油和轴瓦间隙运行时增大，一直是影响分块瓦式轴承安全使用的两大因素。本文通过分析轴承甩油与轴间隙运行过程中增大的原因，寻求解决的方法，以求通过努力，保证轴承的安全运行。 1 甩油 机组运行时，水导轴承中的油或油雾跑出轴承油槽的现象，称为轴
2、承甩油。这不仅浪费润滑油、污染环境，有时机组因甩油严重，而致使运行油位下降造成油位过低，引起烧瓦。因此，轴承的甩油一直是轴承设计时的一个需重点考虑的问题。轴承甩油有两种情况：一是润滑油通过主轴轴领内壁与挡轴筒之间的间隙，甩向主轴表面，这种甩油称为轴承内甩油；另一种情况是润滑油通过旋转部件与轴承盖板间的间隙甩向盖板外部，这称之为外甩油。 1.1 内甩油 内甩油形成的原因：机组在运行时，由于主轴密封上的护罩旋转鼓风，使主轴轴内下侧至油面之间，容易形成局部负压，使油吸高或涌溢而甩溅到挡油筒外部，形成内甩油。这是内甩油形成的一个主要原因；另一个形成内甩油的主要原因是：由于挡油管与主轴轴领圆壁之间，因制
3、造、运输、安装时的原因，产生不同程度的偏心，使工件之间的油环不均匀。如果该处间隙设计时取得很小，则相对偏心率就增大，这时主轴轴领内壁带动其间静油旋转时，出现油泵效应，使润滑油产生较大的压力脉动，导致润滑油上行而出现甩油。 内甩油的处理：根据内甩油的产生原因，在设计时可采取以下的措施来减少或消除甩油。 在主轴轴领颈部上钻均压斜孔，孔径为 2040mm，按圆周等分，布置 36个孔，使轴领内外通气平压，防上因内部负压而使油面被吸高甩油。 在主轴密封的护罩上加焊一层平板，降低密封护罩搅拌而在轴承下部而形成负压，减小内甩油发生的可能性。 加大轴领内侧与挡油管之间的间隙，使相对偏心率减小，从而降低了油面的
4、压力脉动值，保持了油面的平衡，防上了润滑油的上窜。实际使用情况表明，轴领内侧与挡油管之间的距离增大，可使润滑油的搅动造成的甩油大幅度降低。 加大挡油筒顶端与油面的距离，避免运行中的润滑油在离心力作用下翻过油筒溢出。 加装稳油挡油环。运行时，稳油挡油环起着阻旋作用，增大了内甩油的阻力。部分甩出来的油通过挡油环上环板上的小孔回到轴承槽中，挡油环与挡油筒之间呈静止状态，不会因主轴轴领的旋转运动而使油面波动。 上述措施经过在电站中的运用，证明是有效的、可行的，能满足电站安全运行的需要。但在使用过程中，也发现上述措施的不足之处。 由于挡油筒加高，使挡油筒的刚性成为一个突出问题。由于刚性问题，造成挡油筒存
5、在不同程度的变形。这样，一方面合缝面的密封受到影响；另一方面，在安装时，受轴领结构的限制，挡油筒圆度的调整、测量比较困难，结果是油泵效应还有不同程度的存在。 由于轴领内侧与挡油筒的距离加大，相应轴瓦直径加大，轴承径向尺寸变大。但同时，轴承油槽体积不变或变小，这对降低轴瓦瓦温不利。在轴领内侧与挡油筒结构设计方面，在交流学习时，我们发现其它厂家在这方面的结构设计值得借鉴。 在日本伊吹电站水轮机设计过程中，日立公司提供了水导轴承的结构参考图。该轴承挡油筒处结构紧凑，整个轴承体积不大，但其油槽储油量较大。我们认为日立公司在挡油筒设计上采取了如下措施：挡油筒设计时选择等刚性截面，根部壁厚，随着挡油筒高度
6、增加，圆筒壁厚随之降低，从而通过选择合理的壁厚，控制刚性。在分轴领内侧根部对应在挡油筒处设挡油环，抑制润滑油的液面波动，阻止润滑油上窜形成甩油。部分越过挡油环的润滑油，由于轴领内侧根部台阶的作用，无法上移，在重力作用下流回油槽，这样整个挡油筒设计就紧凑。 二滩水电站设计的水导轴承，为防止轴承内甩油，其挡油筒结构设计方面也很有特色。该挡油筒设计独特之处在于其导流叶栅与挡油环的布置。其导流叶栅位于正常工作油面以下，与油筒壁成 10下压角。旋转的润滑油流经叶栅后形成一个下压分力而使油上窜受阻，有效减少内甩油，并且该挡油筒还在正常工作油面以下布置有伞型挡油环（目前，我厂的挡油环均置于正常油面以上，相对
7、比较而言，就显得挡油筒较高）。这样，由于挡油环的存在，即使少量润滑油通过叶栅上爬后也难通过两道伞型挡油环，故内甩油得到有效控制。如果将上述新结构运用于我厂水导轴承上，能有效降低挡油筒高度，简化加工与安装技术要求，并且还可以为解决已运行水导轴承出现的内甩油，提供借鉴。 1.2 外甩油 外甩油形成的原因：对于水导轴承，润滑油从轴承盖板处以油珠的形式逸出形成甩油的情况很少，更多的是以油雾形式，从轴承盖板缝隙处逸出，形成甩油。 主轴轴领下部开有径向进油孔或开有与径向成某一角度的进油孔。当主轴旋转时，这些进油孔起着油泵的作用，把润滑油输送到轴瓦与轴领之间的空隙内及轴瓦之间的轴承油槽中。如果进油孔呈斜向布
8、置，高速射油碰上工件后，一部分油会因其粘性而附着在工件上，另一部分会朝另一方向反射出去，到处飞溅，形成大量的雾状油珠。同时，由于主轴轴领的高速旋转，造成轴承油槽内油面波动加剧，从而产生许多油泡。当这些油泡破裂时，也会形成很多油雾。另外，随着轴承温度的升高，使油槽内的油和空气体积逐渐膨胀，从而产生一个内压。在内压的作用下，油槽内的油雾随气体从轴承盖板缝隙处逸出，形成外甩油。 外甩油的处理： 在主轴轴领根部开径向进油孔，避免了开斜向孔，由于产生射油，造成油面紊乱、飞溅大、易甩油的缺陷。 合理确定进油孔中心与轴瓦中心的距离，这是因为进油也的吸油点，如果太高，容易产生大量的气泡，从而增加甩油的可能性。
9、 在油槽内设稳流板。它的作用是将润滑油与旋转的轴领分隔开，使润滑油不受旋转件粘附作用的影响（油槽内的润滑油不跟轴领一起旋转或不被搅动），使油面较平稳，减少油泡的产生，并且稳流板还可以避免循环热油短路，这对控制轴承温度也有好处。 合理确定轴领所形成润滑油的动压头。润滑油的动压头过大，会造成油流飞溅且产生大量油泡，不但易造成甩油，同时也会降低润滑油的热传导能力。润滑油的动压头大小与机组和轴领尺寸有关，因此，在机组确定整体方案时，选择合适的轴领尺寸，对减小甩油有利。 合理的选择油位，不要将油面加得过高。一般而言，水导轴承正常静止油面不应高于轴瓦中心。油位过高，既对降低轴瓦温度无益，又会增大轴承甩油出
10、现的可能性。 在轴承盖板与主轴配合处迷宫式密封。通过密封部位形成多次扩大与缩小的局部流体阻力，使渗漏的油气混合体的压力减小，从而防止油雾从密封盖与旋体之间泄漏。 2 轴瓦间隙增大原因及其处理 2.1 轴瓦间隙运行时增大原因 目前，我厂设计生产的分块瓦导轴承多是调整螺钉支承导轴瓦的结构，该结构制造简单，调整方便。不足之处在于：轴承受外载荷能力不如楔子板式分块瓦轴承，而且随着运行时间的加长，导瓦间隙会逐步增大，导致水导轴承处的摆度过大，影响机组的安全运行。轴瓦间隙增大的主要原因是由作用在机组转动部分上的不平衡外力反复作用所引起的。 在机组刚开启时，圆周方向暂不稳定的水流很容易使转轮连着主轴偏心受力
11、，该不平衡交变力使水导轴承处的承重部件受作用力加剧。另外，机组在非最佳工况运行时，不平衡的水流冲击力也将使水导轴承处的受力恶化，由于水导轴承支承部件受交变力的过大作用，其结果是： 调节螺钉出现松动； 承重工件间隙被压缩； 调节螺钉头部及铬钢块上有压伤、磨损； 支承螺套与挡油箱焊接处出现裂纹等。 这些情况，导致轴领与轴瓦间的间隙出现增大，主轴水导轴承处的摆度超标。 由于摆度超标的影响，使运行中的水轮发电机组的主轴摆度，固定部件的振动增大，反过来，又引起水导轴瓦处交变力增大，导致支承部件出现更大的损坏，影响机组安全运行。另外，由于支承部件材质缺陷，加工处存在应力集中也将加剧水导轴瓦间隙的增大。 2
12、.2 轴瓦间隙运行时增大的处理措施 轴瓦采用窄长型的条状瓦：这是因为，窄长型条状瓦的刚性好，可减小轴瓦运行时变形。 调节螺钉采用锻 40Cr，其头部的淬火处理改为氮化处理，氮化层深不低于 1.3mm，使其硬度为HRC4050，调节螺钉截面变化处采用圆弧过渡。 调节螺钉、支承螺套处采用高精度的细牙螺纹，提高调节螺钉的防松能力。 轴瓦背面的工艺孔边缘是应力集中区，加工时将此孔堵塞铣平，从而减小对铬钢垫板的损坏。 增加铬钢垫板直径，加大其厚度。 优化设计支承体与挡油箱的配合处结构，以减小焊缝的受力。同时将支承体与挡油箱的焊接点改为V型坡口圆周满焊，提高焊缝的抗拉强度。 改进调节螺钉的锁锭方式和结构，提高锁紧扁螺母与止动垫片等配合接触表面粗糙，减小承重部件的游动间隙。 合理选择挡油箱截面形状，使其具有良好的刚性，减小运行时的受力变形。 将轴承瓦的间隙适当调小。 采用非同心型导轴瓦：我厂目前使用的导轴瓦基本上全是同心型导轴瓦。与同心型导轴瓦相比，非同心型导轴瓦具有受力特性良好，承载能力高的优点，并可适当缩小轴瓦平均瓦隙，以改善机组的稳定性能。 采用楔子板支承导轴瓦结构：在机组承受较大径向载荷的情况下，与调节螺钉支承导轴瓦结构相比，楔子板结构轴瓦间隙相对稳定，目前，楔子板结构在我厂水导轴承应用上还是一个新领域。
