水輪發(fā)電機(jī)組的推力組合軸承研究國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u13801水輪發(fā)電機(jī)組的推力組合軸承研究國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)綜述 1234681水輪發(fā)電機(jī)推力軸承支撐方式 1118082推力軸承瓦材料 5113923潤(rùn)滑冷卻系統(tǒng) 619798參考文獻(xiàn) 6立式水輪發(fā)電機(jī)組的推力軸承承載著轉(zhuǎn)動(dòng)部件質(zhì)量和水輪機(jī)軸向水推力，是水輪發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵部件之一，其工作性能直接關(guān)系到機(jī)組的安全和穩(wěn)定運(yùn)行。目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用于大型水輪發(fā)電機(jī)組上的推力軸承主要有剛性支柱螺栓、彈性油箱、彈性橡膠墊、彈簧簇、彈性圓盤(pán)、平衡塊等支承結(jié)構(gòu)[3-4]，推力瓦有巴氏合金瓦和彈性金屬塑料瓦。1水輪發(fā)電機(jī)推力軸承支撐方式支撐結(jié)構(gòu)是推力軸承的重要組成部分，它在瓦間負(fù)荷分配上有很大的影響。不同支撐結(jié)構(gòu)的承載能力不盡相同，它對(duì)推力瓦的變形等起著重要的作用，從而對(duì)推力軸承運(yùn)行性能有著重要的影響。剛性支柱螺栓支撐剛性支柱螺栓支撐方式是把每塊瓦直接放置在支柱螺栓上，推力瓦可向各個(gè)方向傾斜，選擇合理的偏心距以獲得良好的油楔，形成壓力油膜，見(jiàn)圖1.1。此類(lèi)支撐方式受力由制造和安裝精度保證。由于機(jī)組運(yùn)行中不能自動(dòng)均衡各軸瓦之間的負(fù)荷，因此安裝時(shí)須進(jìn)行受力調(diào)整，將每塊推力瓦的受力調(diào)整均勻[5-7]。剛性支柱螺栓支撐方式示意圖（左）和實(shí)物圖（右）彈性油箱支撐方式彈性油箱支撐方式將支撐部分做成有一定彈性又互相連通、充油的全密封彈性油箱，其優(yōu)點(diǎn)在于依靠油壓自動(dòng)調(diào)節(jié)平衡瓦間受力，見(jiàn)圖1.2。推力瓦在制造廠加工，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)需對(duì)推力瓦進(jìn)行受力調(diào)整和刮瓦[8-9]。彈性油箱支撐結(jié)構(gòu)使推力瓦荷載均勻，增加了軸承座上支撐機(jī)構(gòu)的相對(duì)彈性，補(bǔ)償了不同軸向載荷下負(fù)荷分布的差異，而且能夠通過(guò)自身的機(jī)械變形補(bǔ)償瓦的熱變形和機(jī)械變形，有利于維持最大可能的油膜厚度。在負(fù)荷快速變化時(shí)，彈性油箱支撐方式可確?？煽康淖枘嵝?yīng)，不足之處在于該種支撐形式結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，關(guān)鍵零件彈性油箱的制造工藝復(fù)雜，對(duì)材質(zhì)要求也很高。另外，由于支撐點(diǎn)接近軸瓦中心，且支撐處為點(diǎn)接觸，必須有較厚的托瓦，才能保證承載時(shí)推力瓦的機(jī)械變形小于油膜厚度。彈性油箱支撐方式示意圖（左）和實(shí)物圖（右）彈性橡膠墊支撐方式彈性橡膠墊支撐是一種制造成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、支撐高度較低的支撐結(jié)構(gòu)，靠其彈性自動(dòng)調(diào)節(jié)瓦的受力和保持瓦的自由隨動(dòng)傾斜，安裝時(shí)不用調(diào)其受力，見(jiàn)圖1.3。瓦受壓后不會(huì)發(fā)生變形，瓦面的比壓、油膜、溫度分布非常均勻，始終處于設(shè)計(jì)的最佳承載運(yùn)行狀態(tài)。該支撐方式運(yùn)行穩(wěn)定可靠，檢修安裝方便。由于橡膠墊的絕緣和隔熱性能很好，可以防止軸電流和熱變形，其他絕緣層可以取消。支撐與瓦背為平面接觸，有效減小瓦的機(jī)械變形。彈性墊可與瓦一般大，也可在周向?qū)挾确较蛏?，以軸瓦支撐中心為彈性墊的幾何中心，這樣彈性墊在進(jìn)油邊比瓦小一些，便于傾斜形成油膜。彈性墊材質(zhì)為彈性模量比鋼小得多的丁睛橡膠，各種原因造成的負(fù)荷不均主要由彈性墊的彈性變形吸收[10-11]。彈性橡膠墊支撐方式示意圖（左）和實(shí)物圖（右）彈簧簇支撐方式彈簧簇支撐方式在推力瓦下放置一些材質(zhì)好、精度高、性能一致的小彈簧，WDD水電站左岸機(jī)組推力軸承即為此支撐方式，見(jiàn)圖1.4。該方式支點(diǎn)多又有彈性，瓦不易變形，瓦的厚度可以設(shè)計(jì)的相對(duì)較薄。彈簧簇支撐方式可自動(dòng)調(diào)節(jié)平衡瓦的受力和保證瓦面自動(dòng)隨動(dòng)傾斜。該支撐方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，支撐高度較低，安裝不用調(diào)整受力，推力瓦受壓后不會(huì)發(fā)生變形，瓦面的比壓、油膜、溫度分布非常均勻，始終處于設(shè)計(jì)的最佳承載運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，檢修安裝方便[12-13]。該支撐方式通常對(duì)每個(gè)彈簧施加一定的預(yù)緊力，以防止立式機(jī)組軸承載荷變化后，軸向位移急劇變化。彈簧簇支撐方式示意圖彈性圓盤(pán)支撐方式彈性圓盤(pán)支撐方式由兩個(gè)相對(duì)組合在一起的彈性圓盤(pán)構(gòu)成，彈性圓盤(pán)是弓形結(jié)構(gòu)，受力點(diǎn)在弓頂，具有良好的彈性，是一對(duì)球面接觸的應(yīng)力副，見(jiàn)圖1.5。推力瓦和上、下彈性圓盤(pán)三者裝配高度尺寸偏差，在同一推力軸承內(nèi)不超過(guò)0.02mm。上彈性圓盤(pán)直接與推力瓦接觸，它可以通過(guò)托瓦增大推力瓦厚度，使與推力瓦支撐由點(diǎn)改為環(huán)形，并將推力瓦的微小機(jī)械變形轉(zhuǎn)移到自身彈性變形。同時(shí)，上彈性圓盤(pán)又與下彈性圓盤(pán)球面接觸，使推力瓦能自由傾斜以便形成楔形油膜。下彈性圓盤(pán)較上彈性圓盤(pán)具有更大的彈性儲(chǔ)備，可吸收瓦的不均勻負(fù)載。彈性圓盤(pán)支撐結(jié)構(gòu)加推力瓦的軸向長(zhǎng)度較短，結(jié)構(gòu)非常緊湊，臥式機(jī)組使用該種支撐方式可縮短大軸的軸向長(zhǎng)度，從而減小大軸的撓度，對(duì)提高徑向?qū)лS承的可靠性非常有利，但彈性圓盤(pán)對(duì)材質(zhì)和加工制造的要求很高。1.軸承支持環(huán)2.螺栓3.支持環(huán)4.推力瓦5.上彈性圓盤(pán)6.下彈性圓盤(pán)7.銷(xiāo)8.大軸彈性圓盤(pán)支撐方式示意圖平衡塊式支撐方式平衡塊支撐式推力軸承的推力瓦由互相搭接的鉸支梁支撐，應(yīng)用杠桿原理傳遞不均勻力，使各瓦負(fù)荷達(dá)到均勻，見(jiàn)圖1.6。該形式軸承具有摩擦功耗小、運(yùn)載平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。存在不足主要有：長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，上、下平衡塊墊塊刃口由原來(lái)的線接觸逐漸改變?yōu)槊娼佑|，機(jī)械磨損嚴(yán)重，造成軸承自調(diào)節(jié)能力越來(lái)越弱，平衡能力滯后于機(jī)組軸向負(fù)荷變化。平衡塊支撐方式示意圖2推力軸承瓦材料推力瓦瓦面材料主要有巴氏合金和彈性金屬塑料兩種。大型水輪發(fā)電機(jī)組的推力軸承普遍采用巴氏合金瓦。巴氏合金推力瓦一般采用雙層瓦或單層瓦結(jié)構(gòu)，巴氏合金層厚度一般為4-6mm。早期巴氏合金層與瓦基的融合方式為：先在瓦基上加工出方槽或鴿尾槽，然后澆鑄巴氏合金。目前已經(jīng)采用在瓦基上直接澆鑄巴氏合金方式。以前的瓦面需要研刮，而現(xiàn)在的機(jī)組采用的巴氏合金瓦均不需研刮瓦面，比如向家壩、溪洛渡等水電站的推力瓦。巴氏合金推力瓦厚度均勻一致，具有互換性。巴氏合金推力瓦的進(jìn)油邊形狀一般有較大的坡口，以利于軸承起動(dòng)和運(yùn)行時(shí)潤(rùn)滑油進(jìn)入瓦面。比如采用巴氏合金推力瓦的三峽電站混流式水輪發(fā)電機(jī)組，其推力軸承載荷超過(guò)4000t，多臺(tái)機(jī)組已安全運(yùn)行十幾年。20世紀(jì)70年代，彈性金屬塑料瓦推力軸承最早由俄羅斯古比雪夫航空學(xué)院研制成功，而國(guó)內(nèi)最早的彈性金屬塑料瓦推力軸承由哈爾濱電機(jī)廠有限公司于20世紀(jì)80年代后期率先研制成功。彈性金屬塑料瓦的結(jié)構(gòu)是把成型的8~10mm厚的復(fù)合層鉛焊到鋼板瓦基上，復(fù)合層是螺旋形青銅絲和聚四氟乙烯用壓力成型的金屬塑料復(fù)合材料，氟塑料層的厚度2～3mm。金屬絲層可起聚四氟乙烯和瓦基鋼板連接作用。復(fù)合層具有一定的彈性，改善了推力軸承的運(yùn)行性能[14-17]。第一套塑料瓦于1974年安裝在列寧伏爾加（原古比雪夫）水電站9號(hào)機(jī)的推力軸承上。國(guó)內(nèi)典型的彈性金屬塑料瓦推力軸承應(yīng)用在巖灘水電站（推力負(fù)荷2750t）、白山水電站（推力負(fù)荷1800t），五強(qiáng)溪水電站（推力負(fù)荷2700t）、天生橋水電站（推力負(fù)荷1240t），以及葛洲壩水電站（推力負(fù)荷3300t）等[1]。3潤(rùn)滑冷卻系統(tǒng)水輪發(fā)電機(jī)組推力軸承通常采用L-TSA32/46/68渦輪機(jī)油，對(duì)應(yīng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)渦輪機(jī)油為ISO-VG32/46/68。對(duì)于高速水輪發(fā)電機(jī)組，其推力軸承宜采用L-TSA32渦輪機(jī)油，對(duì)于中、低速水輪發(fā)電機(jī)組，其推力軸承宜采用L-TSA46渦輪機(jī)油，如果轉(zhuǎn)速特別低，可以采用L-TSA68渦輪機(jī)油，以提高軸承性能。推力軸承一般采用水冷卻，根據(jù)油冷卻器的安裝位置可以分為內(nèi)循環(huán)冷卻方式和外循環(huán)冷卻方式。內(nèi)循環(huán)冷卻方式的油冷卻器安裝在油槽內(nèi)部，直接對(duì)推力油槽內(nèi)的渦輪機(jī)油進(jìn)行冷卻，渦輪機(jī)油在油槽內(nèi)旋轉(zhuǎn)部件如鏡板、推力頭等的帶動(dòng)下對(duì)流換熱形成循環(huán)回路。外循環(huán)冷卻方式的油冷卻器安裝在油槽外部，熱油通過(guò)循環(huán)管路流經(jīng)油冷卻器進(jìn)行換熱，經(jīng)冷卻后的油流回油槽對(duì)推力軸承進(jìn)行冷區(qū)。外循環(huán)冷卻根據(jù)循環(huán)動(dòng)力的來(lái)源不同分為自身泵和外加泵兩種形式，自身泵又分為鏡板泵和導(dǎo)瓦泵兩種。從冷卻效果來(lái)看，采用外循環(huán)或內(nèi)循環(huán)冷卻方式并沒(méi)有明顯的差異[18-19]。參考文獻(xiàn)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.趙煒，閔占奎，沈渭程，劉秀良，陳柏旭，甄文喜.劉家峽水電廠新投機(jī)組推力軸承燒損原因分析[J].水電站機(jī)電技術(shù)，2020,43(1):34-38.江曉林，盧進(jìn)玉，陸明，賓斌.大型水輪發(fā)電機(jī)組推力軸承結(jié)構(gòu)型式及特點(diǎn)[J].機(jī)電與金屬結(jié)構(gòu)，2015,41(1):61-65.余恪三.水輪發(fā)電機(jī)推力軸承支撐結(jié)構(gòu)和原理探討[J].水電站機(jī)電技術(shù)，1996,(1):1-7.孫東旭，歐陽(yáng)凌云，陳昕，趙傳輝.白鶴灘水電站機(jī)組推力軸承結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析[J].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