汽轮发电机的滑动轴承

工艺与测试　汽轮发电机的滑动轴承　陈锦辉　上海电气电站设备有限公司发电机厂（２００２４０）　Ｓｌｅｅｖｅ　Ｂｅａｒｉｎｇ　Ｕｓｅｄ　ｉｎ　Ｔｕｒｂｏ－ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ　ＣＨＥＮ』ｉｎｈｕｉ　Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　Ｐｌａｎｔ　摘　要：以汽轮发电机滑动轴承为研究对象，对轴　造加工方便，承载能力强，主要应用于重载，稳　定性较好。圆瓦轴承示意图如图１。　承参数、轴承结构、轴承合金等进行系统论述和研究。　通过研究轴承参数对轴承性能的影响，给出轴承设汁指　导建议。　关键词：汽轮发电机滑动轴承轴承性能　中图分类号：ＴＭ３０５　文献标识码：Ａ　ＤＯＩ编码：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎｌ００６－２８０７．２０１５．０１．０１３　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｌｅｅｖｅ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｔｕｒｂｉｎｅ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ａｓ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｂｊｅｃｔ，ｔｈｅ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ａｎｄ　ｃｏｎｓｔｒｕｃ—　ｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｅａｒｉｎｇ　ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｔｈｏｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｅａｒｉｎｇ　ａｌｌｏｙ　ｗｅｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ａｎｄ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙ．Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ　ｔｏ　ｇｕｉｄｅ　ｔｈｅ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｄｅｓｉｇｎ　ｗｅｒｅ　ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｓｔｕｄｙｉｎｇ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｂｙ　ａｐｐｌｙｉｎｇ　ｔｈｅ　ｄｉｆ－　ｆｅｒｅｎｔ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｏｆ　ｉｔ．　图１圆瓦轴承示意图　２）椭圆瓦　椭圆瓦由上、下半分别偏心加工或中间垫垫　片加工而成、结构复杂，制造难度较大。它的承　载能力较圆瓦略弱，主要应用于重载，稳定性比　圆瓦好。与圆瓦相比，椭圆瓦油流量大、温升低、　偏心率大且稳定性好。椭圆瓦轴承示意图如图２。　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｕｒｂｏ・－ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ　ｓｌｅｅｖｅ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｃｈａｒａｃ－・　ｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｏｆ　ｂｅａｒｉｎｇｓ　轴承在汽轮发电机组中起着支承转子稳定　和高速旋转的作用，轴承性能的优劣直接影响到　机组轴系的稳定。大型汽轮发电机通常采用滑动　轴承。　ｌ　轴承结构　１．１基本形式　图２椭圆瓦轴承示意图　目前，大型汽轮发电机中轴承主要有圆瓦、　椭圆瓦、可倾瓦和组合式轴承等几种型式。　１）圆瓦　３）可倾瓦　可倾瓦一般由４块或５块单独瓦块组成，结　构复杂，制造难度大且成本高。它的承载能力较　圆瓦由上、下半整圆加工而成，结构简单，制　・４２・２０１５年第１期《电机技术》　毋　弱，主要应用于中载、轻载，稳定性比圆瓦、椭圆　瓦均好。与圆瓦、椭圆瓦相比，可倾瓦油流量大、轴　承损耗高且稳定性好。可倾瓦轴承示意图如图３。　图３可倾瓦轴承示意图　４）组合式轴承　上瓦圆瓦、下瓦可倾瓦形成组合式轴承结　构。该轴承既保持了可倾瓦的优点，又降低了制　造难度，维护检修方便。组合式轴承示意图见图４。　图４组合式轴承示意图　１．２轴承合金　转子与轴承之间的间隙内形成的动压油膜　支承转子高速旋转，这要求轴承材料摩擦系数　小、耐压且耐磨。锡基轴承合金因具有这种优良　特性，广泛应用于汽轮发电机滑动轴承。这种轴　承的制造是将加热的液态轴承合金，通过旋转离　心机浇铸在轴承本体上，冷却后最终牢牢地与　轴承本体相结合。　国内常用的两种锡基轴承合金为ｚＳｎＳｂ８　Ｃｕ４和ＺＳｎＳｂｌ１Ｃｕ６，国外也用另一种Ｔｅｇｏｓｔａｒ轴　承合金（它是在常规轴承合金基础上增加了少量　的Ａｇ和Ｚｎ，可提高机械性能）。轴承合金性能见　表１　表１轴承合金性能　合金牌号　屈服强度　抗拉强度　布氏硬度　Ｐ，ｖｏ／ＭＰａ　Ｒ　／ＭＰａ　．２ＺＳｎＳｂ８Ｃｕ４　≤４２　≤１Ｏ２．７　≤２４．５　ＺＳｎＳｂｌ　１Ｃｕ６　≤５１．７　≤ｌ３２．６　≤２７　Ｔｅｇｏｓｔａｒ　≥７６　≥７８　≥２４　工艺与测试　２　参数对性能的影响　２．１相对间隙比　转子轴承相对问隙比　是很重要的设计参　数，其值通常选在１‰一２％０之间。　值的最终选　用需根据轴承和轴系计算来确定。现以某发电　机轴承为例，计算分析　值变化对轴承性能的影　响。表２为不同相对间隙比的轴承对比。　表２不同相对间隙比的轴承对比　相对间隙比　１．Ｏ‰　１－２‰　１．５％。　２％。　偏心率　Ｏ．５６　０．６６　Ｏ．７７　０．８７　最大油膜压力／ＭＰａ　４　１６　４．６５　５－３９　６　６２　最高油膜温度／￣Ｃ　６５．６　６５　３　６５．９　６８＿３　最小油膜厚度／＃ｍ　２０３．３　１８４．７　１５６．７　ｌ】９．６　油量／（１／ｍｉｎ）　４０９．７　４６７．２　５３２．０　６２８．７　摩擦功耗／ｋｗ　２５５．３　２４６　２３５３　２ｌ９．３　由表２数据可知：随着相对问隙比　的增大，　轴承的油膜压力逐渐增大，油膜厚度逐渐减小，　流量逐渐增大，摩擦功耗逐渐下降。因此，产品　设计时选用较合理的相对间隙比ｌ：ｆ，，可同时满足　轴系计算和轴承性能。　２．２宽径比　轴承宽径比关系到轴承的承载能力和稳定　性等。现以某发电机轴承为例，分析不同宽径比　下轴承的性能，不同宽径比的轴承对比见表３。　表３不同宽径比的轴承对比　宽径比　Ｏ　６　Ｏ　８　１　０　偏心率　Ｏ．６８　Ｏ．５１　Ｏ＿３７　最大油膜压力／ＭＰａ　９．０　５．８　４　５　最高油膜温度／￣Ｃ　１０３．６　９３．７　９０．４　最小油膜厚度枷ｎ　９６．４　１４６．３　１８５．６　油量／（１／ｍｉｎ）　５０９．７　５６７．２　６３２．０　摩擦功耗／ｋｗ　１３９．５　ｌ７ｌ　３　１９９　８　由表３可知，轴承宽径比较小时，轴承承载面　积减小、偏心率较大，最大油膜压力较大，油膜　厚度较小，油膜温度较高，摩擦功耗较／Ｉｘ；宽径　比较大时，轴承承载面积增加，偏心率较小，油　膜压力较小，油膜厚度较大，摩擦功耗增加。因　此，在设计轴承时，应选取合适的宽径比。　２．３周向槽　《电机技术》２０１５年第１期・４３・　工艺与测试　３．３性能对比　在该试验轴承下瓦上设置４个压力取样孔，　通过传感器实时监测该四处油膜压力。测量数据　见表８，其中测点３位于轴瓦的底部重要承载区，　故测量的油膜压力值最高，约９．７　ＭＰａ；其余几个　现对两种轴承的性能进行对比分析，具体　数据见表５。由表５可知：椭圆瓦轴承具有承载能　力强、性能稳定、摩擦功耗小且油膜性能优等特　点。该椭圆瓦轴承已在较多发电机组中广泛应　测点值略低，约为６．０～８．１　ＭＰａ。最高油膜压力的　用，各项性能指标均优良。　表５两种轴承性能对比　圆瓦　椭圆瓦　对比分析　偏心率　０．６７４　０　８８５　椭圆瓦偏心率大、偏　偏位角　５７．１。　３８．０。　位角小、稳定性更好　最大油膜压力／ＭＰａ　４．４　７．６　椭圆瓦最大油膜压力　最高油膜温度／￣Ｃ　７８　８　７７．８　大、最小油膜厚度较　最小油膜厚度／，ｕｍ　２１８　１２４　小、最高油膜温度低　摩擦功耗／ｋｗ　２８５　２６６　椭圆瓦摩擦功耗小　油膜水平刚度　１．７８Ｅ９　１．１６Ｅ９　两种轴承相当　油膜垂直刚度　４．７４Ｅ９　７　８７Ｅ９　椭圆瓦较强　４　试验　通过试验能有效验证轴承性能参数，目前主　要在试验台、原型机上进行轴承静特性和动力　特性等试验，包含油膜压力、流量、温度、振动、　轴心轨迹和油膜刚度等。本文对某轴承进行了部　分试验，并与计算值进行对比。　４．１油量和温升对比　轴承油量和其温升的计算值与实测值的比　较，见表６和表７。　表６轴承油量的测量值与计算值对比　转ｊ￣ｒｍｉｎ　１　ｌ　０００　１　１Ｏ０　１　２００　ｌ　３００　１　３５０　实测值／（ｍＶｈ）　２９　２９　３　２９．５　３０．４　３０．７　计算值／（ｍ３／ｈ）　１９．１　ｌ９．９　２１．４　２３．４　２４．９　表７轴承油温升的测量值与计算值对比　由表６、表７可知：轴承油量计算值与实测值　基本吻合，随着转速升高，轴承油量逐渐增多。　因试验现场进油压力略大，使得油量的试验实测　值比计算值偏大一些。　４．２油膜压力对比　计算值一般为８．３～８．５　ＭＰａ。　表８油膜压力测量值与计算值对比　转速　测点１　测点２　测点３　测点４　最高油膜压力　／ｍａｉｎ—ｌ　／ＭＰａ　／ＭＰａ　／ＭＰａ　／ＭＰａ　汁算Ｉ＂Ｉ￣／ＭＰａ　ｌ　０００　６＿３　８．Ｏ　９．９　８　１　８．５０　１　１００　６－３　８．０　９．９　８．０　８．４６　１　２００　６．２　７．８　９．７　７．９　８－３８　１　３００　６．０　７－８　９．７　７．７　８３２　１　３５０　６．０　７．７　９．７　７．６　８　２９　由表８可知：油膜压力随着转速升高逐渐趋　于稳定并呈下降趋势，这与计算值的趋势是相同　的。实测值与计算值较接近、较吻合，表明轴承　性能计算基本正确，这为轴承设计和轴承性能研　究提供了有力的依据和指导。　５　结语　初步论述了各设计输入参数和输出参数对　轴承设计的影响，通过对不同参数、不同结构进　行对比分析，获得了最优方案。还进行了轴承试　验，将实测试验值与设计计算值进行相互验证，　证明所用的计算模型是正确的。　参　考　文　献　［１］汪耕，李希明．大型汽轮发电机设计、制造与运行［Ｍ】．上海：上　海科学技术出版社，２０１２．　［２］张直明．滑动轴承的流体动力润滑理论［Ｍ］．北京：高等教育出　版社，１９８６．　［３］顾越，黄德书．１　０００　ＭＷ级汽轮发电机滑动轴承综合性能研究　…．上海大中型电机，２００８（４）：１２—１７．　［４】陈锦辉．大型汽轮发电机新型椭圆瓦轴承特性研究…．电机技　术，２０１３（２）：４０　４２．　［５］５　ＪＢ／Ｚ　２０９—８４．汽轮机径向滑动轴承性能［ｓ１．　［６］吴晓铃．润滑设计手册［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００６．　［７】虞烈，刘恒．轴承．转子系统动力学［Ｍ］．西安：西安交通大学出　版社，２００１．　（收稿日期：２０１４　０９—１０）　作者简介：陈锦辉，男，１９７８年１２月生，工学硕士，机械设计专业，工　程师，主要从事汽轮发电机的设计与研究工作。　《电机技术》２０１５年第１期・４５・