50mw機(jī)組推力軸承的改進(jìn)設(shè)計

50mw機(jī)組推力軸承的改進(jìn)設(shè)計

0機(jī)組總體性能分析由于投資周期長，50mw機(jī)組廣泛應(yīng)用于大型礦山、尤其是石化等行業(yè)。作為一種自助式發(fā)電和泵送式裝置，你仍然可以廣泛應(yīng)用于大型礦山、尤其是石化等行業(yè)。因此,解決50MW機(jī)組運(yùn)行中存在的問題,提高其安全運(yùn)行能力,增強(qiáng)其產(chǎn)品市場競爭力,將是刻不容緩之事。我公司生產(chǎn)的現(xiàn)役50MW老機(jī)組,就總體性能而言,一直在用戶中具有良好聲譽(yù)。但由于該機(jī)組因結(jié)構(gòu)緊湊,其推力軸承和前軸承徑向軸承采用了徑向推力聯(lián)合軸承結(jié)構(gòu)型式(如圖1),因此產(chǎn)生推力軸承穩(wěn)定性較差,容易出現(xiàn)偏載,造成推力瓦溫度偏高等現(xiàn)象,個別機(jī)組的推力軸承瞬態(tài)瓦溫甚至高達(dá)100℃以上,以致嚴(yán)重影響了機(jī)組的安全運(yùn)行。雖然前后分別對某些機(jī)組的推力軸承采取了一系列相應(yīng)的措施,諸如:放大徑向推力聯(lián)合軸承的總進(jìn)油口尺寸及主推力面?zhèn)冗M(jìn)油孔尺寸;適當(dāng)調(diào)整推力盤與擋油圈之間間隙;適度改變軸承殼體與球面座之間配合間隙;合理調(diào)節(jié)推力軸承泄油針閥開度等。上述措施在不同機(jī)組上應(yīng)用后,雖然收到一定效果,但始終未能徹底改善推力軸承瓦溫偏高狀況。如何從根本上解決50MW機(jī)組推力軸承偏載及瓦溫過高問題,正是本文的主要研究目標(biāo)。本文通過對軸承結(jié)構(gòu)分析及改進(jìn)設(shè)計,最終解決了該類機(jī)組實(shí)際存在的瓦溫偏高問題。1主副推力瓦面?zhèn)鹊膭恿ο到y(tǒng)現(xiàn)役50MW機(jī)組中應(yīng)用的推力軸承,由于設(shè)計時考慮整臺機(jī)組的結(jié)構(gòu)緊湊性,采用了如圖1所示的徑向推力聯(lián)合軸承。該軸承主要由軸承殼體、球面座、徑向軸承襯瓦、主、付推力瓦塊、擋油環(huán)、調(diào)整墊塊、彈簧支座及調(diào)節(jié)針閥等組成。整個推力軸承置于浮動軸承殼體的外伸端之內(nèi)。為了避免外伸軸承殼體的懸垂,在其外伸端的下方設(shè)置了一個固定式彈簧支座。推力軸承為浸潤式結(jié)構(gòu)。潤滑油通過徑向軸承處球面座左下方的進(jìn)油孔,經(jīng)過軸承殼體上四條徑向環(huán)槽,分別進(jìn)入徑向軸承和軸承殼體上與環(huán)槽相通的十個軸向孔,然后分別進(jìn)入推力軸承的主副推力面?zhèn)?。主副推力瓦兩端各設(shè)置有一個擋油環(huán),以防潤滑油從軸向流出,并可避免與徑向軸承泄油相混合。在推力盤徑向還設(shè)有兩擋油封片,以隔開主副推力瓦的用油。推力盤與瓦面之間的潤滑油泄出量是通過調(diào)整擋油圈與推力盤之間的軸向間隙來控制的,而整個推力軸承腔室的泄油量則由軸承殼體右上方的兩只調(diào)節(jié)針閥分別控制主副推力軸承腔室內(nèi)的總泄油量。由此可見,該推力軸承始終在潤滑油浸潤狀態(tài)下工作。該推力軸承瓦塊結(jié)構(gòu)為米契爾式。每個瓦塊為偏支式的寬帶支承,可單獨(dú)在一個方向擺動,但同一推力面?zhèn)鹊母鱾€推力瓦相互獨(dú)立,不能自動補(bǔ)償平衡。從上述結(jié)構(gòu)分析看,影響該推力軸承潤滑性能的主要因素有:(1)懸臂浮動式軸承殼體使該軸承抗振性下降,易造成各個瓦塊之間受力波動,而且固定式彈簧支座無法有效平衡軸承殼體下垂,因而會時常出現(xiàn)各瓦塊間過高瓦溫的無規(guī)律性。(2)浸潤式潤滑形式使軸承產(chǎn)生了不必要的磨擦耗功。首先,由于各個擋油環(huán)承擔(dān)封油及調(diào)整泄油量的功能,過小的間隙勢必使動靜部份磨擦加劇,溫度升高;其次,因潤滑油始終充滿于軸承腔室內(nèi),無法避免轉(zhuǎn)子及推力盤對多余潤滑油的擾動和攪拌,致使總體油溫升高;另外,由于熱油無法及時排出,使推力盤與瓦面之間的工作熱油重復(fù)應(yīng)用,最終導(dǎo)致瓦溫偏高現(xiàn)象的出現(xiàn)。(3)瓦塊之間無自動受力平衡,偏載難以避免。由于米契爾式推力軸承僅為單瓦塊可傾,相互間瓦塊為獨(dú)立個體,當(dāng)機(jī)組在不同工況下轉(zhuǎn)子因動撓度變化使推力盤發(fā)生偏轉(zhuǎn)時,作用在各個瓦塊上的推力勢必不盡相同,由此造成個別瓦塊溫度明顯偏高。由此可見,傳統(tǒng)徑向推力聯(lián)合軸承存在偏載及瓦溫過高,有其結(jié)構(gòu)因素。改善該推力軸承運(yùn)行狀況,需從改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計著手。2leg推力軸承為了盡可能避免結(jié)構(gòu)上作大的改動,新設(shè)計的推力軸承必須也能適用于老機(jī)組改造。為此,結(jié)合原有50MW機(jī)組上徑向推力聯(lián)合軸承的結(jié)構(gòu),綜合考慮了各種因素后,推出了如圖2所示的軸承結(jié)構(gòu)。改進(jìn)后的徑向推力聯(lián)合軸承保留了原有的徑向軸承襯瓦、球面座、調(diào)整墊塊、定位銷及隔離徑向軸承和推力軸承泄油用的擋油環(huán)。軸承殼體外形尺寸與原結(jié)構(gòu)相同,只是取消了軸承殼體上的調(diào)節(jié)針閥及外側(cè)擋油環(huán)。軸承殼體下方采用了可調(diào)式彈簧支座,推力軸承則采用新型的LEG(LeadingEdgeGroove)推力軸承,即瓦面進(jìn)油邊帶進(jìn)油槽的推力軸承。推力軸承的潤滑采用直接供油和排油方式。潤滑油通過軸承殼體上十個軸向孔后進(jìn)入推力軸承的持環(huán)槽內(nèi),再由持環(huán)上每個進(jìn)油孔進(jìn)入連接瓦塊與持環(huán)的供油管(見圖3),最后通過瓦面上的進(jìn)油槽直接將冷卻的潤滑油供至瓦面參與潤滑。潤滑后的熱油則在推力盤旋轉(zhuǎn)力及離心力作用下,進(jìn)入軸承殼體回油環(huán)槽內(nèi),在軸承殼體下部正付推力瓦側(cè)各有三個回油孔(見圖2)將油直接排出。LEG推力軸承主要由瓦塊、持環(huán)、平衡板組件及供油管等組成。LEG推力軸承瓦塊為偏支設(shè)計,工作時能方便地形成油楔。瓦塊背面采用凸出的球面支承,能使瓦塊全方位自由擺動。持環(huán)的作用是保持瓦塊和平衡板處于合適的工作位置,并能通過該持環(huán)將冷卻的潤滑油供應(yīng)至與其相連接的供油管。平衡板組件是由周向分布的上下平衡板等組成。當(dāng)推力發(fā)生偏載時,平衡板組件與瓦塊球面支承一起使每塊瓦塊自動調(diào)節(jié)成承受相同的推力。供油管的作用是將持環(huán)和瓦塊上的進(jìn)油孔有機(jī)連接起來。由于供油管兩端為球形狀結(jié)構(gòu),并配有防泄漏的O型密封圈,這使其既保證冷卻的潤滑油能直接供應(yīng)至瓦面,又能確保瓦塊能自由地擺動。從LEG推力軸承結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可知,由于采用了直接供油方式,能使絕大部分冷卻的壓力潤滑油直接進(jìn)入瓦塊的油楔內(nèi),能有效地使巴氏合金及推力盤表面得到冷卻,可明顯改善瓦溫,由此可極大地降低潤滑油的消耗量;因采用了直排式排油方式及取消了擋油圈,有效地避免了瓦面與熱油再次接觸及多余潤滑油在軸承腔室內(nèi)的擾動和攪拌;各瓦塊間的自平衡受力結(jié)構(gòu)徹底消除了瓦塊偏載現(xiàn)象的出現(xiàn)。通過對普通浸潤式推力軸承和LEG推力軸承分析計算比較,就能充分地反映出LEG推力軸承在性能上的優(yōu)越性。圖4為LEG推力軸承和普通浸潤式推力軸承的主要性能分析比較。由圖可知,在相同承載比壓和不同平均直徑速度情況下,LEG推力軸承瓦面溫度(在75/75區(qū)域)降低8℃～28℃,承載能力可提高15℃～35%,潤滑油流量可減少約60%,相對應(yīng)的軸承耗功下降45%左右。綜合上述分析,LEG推力軸承具有如下優(yōu)點(diǎn):(1)結(jié)構(gòu)簡單,安裝與維護(hù)方便;(2)可有效地減小軸承磨擦耗功;(3)可明顯地降低運(yùn)行溫度;(4)能在較小的潤滑油流量下可靠地運(yùn)行,可降低油系統(tǒng)的投資成本;(5)可極大地提高軸承承載能力。正是由于LEG推力軸承具有上述優(yōu)越性能,因此,一般允許其瓦塊設(shè)計比壓可達(dá)2.5MPa～3.5MPa,而固定瓦塊僅為0.5MPa～1MPa,一般可傾式瓦塊也只為1MPa～2.5MPa。可見在相同轉(zhuǎn)速、負(fù)荷及潤滑條件下,LEG推力軸承設(shè)計結(jié)構(gòu)可更為緊湊。3實(shí)測試驗(yàn)對比南京揚(yáng)子石化熱電廠50MW老機(jī)組原采用如圖1所示的推力軸承結(jié)構(gòu),多年來一直存在推力軸承瓦溫不穩(wěn)定及溫度偏高現(xiàn)象。最近在老機(jī)組改造時,其推力軸承采用了如圖2所示的LEG推力軸承。為了比較兩種推力軸承潤滑性能,在老機(jī)組改造前后分別進(jìn)行了不同工況下實(shí)測試驗(yàn)。表1為機(jī)組改造前后各軸承進(jìn)排溫度及瓦溫實(shí)測數(shù)據(jù)。從表1看出,在軸承進(jìn)油溫度基本相同情況下,改造前后差異明顯。LEG推力軸承瓦溫比浸潤式推力軸承低10℃～33℃,二者回油溫度也相差3℃～6℃。圖5為二種推力軸承瓦溫比較曲線圖。由圖5曲線分析可知,浸潤式推力軸承總體瓦溫明顯偏高,而且瓦溫變化具有不穩(wěn)定性,這主要是由于該類軸承僅能單方向可傾,而且瓦塊間不能自動受力平衡。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷發(fā)生變化或受瞬態(tài)沖擊時,就難免發(fā)生偏載,造成瓦溫劇烈波動。另外,浸潤式結(jié)構(gòu)使熱油反復(fù)擾動和攪拌,造成總體溫升偏高。相反,LEG推力軸承瓦溫不僅明顯偏低,而且瓦溫總趨勢平穩(wěn),這主要得益于該類軸承采用了直接供排油方式、各瓦塊自動受力平衡結(jié)構(gòu)及取消了不必要擋油圈等措施。4leg推力軸系統(tǒng)優(yōu)化潤滑技術(shù)(1)傳統(tǒng)浸潤式米契爾推力軸承由于存在熱油重復(fù)應(yīng)用,磨擦耗功大;瓦塊單方向可傾,且瓦塊間無自動受力平衡等因素,因此無法避免軸承偏載及瓦溫偏高現(xiàn)象。(2)LEG推力軸承