高速立式推力軸承及擋油管的油封設計

華 軍

(蘭州蘭電電機有限公司，甘肅 蘭州 730050)

0 引言

內蒙古準格爾煤礦水源工程電機型號為:TL1800－6/17301800 kW 6 kV。由于協議要求電機聯泵后軸系要同找擺度，故推力軸承采用傳統結構。該產品的研制成功為我公司開發大型高速立式電機的軸承及密封設計積累了寶貴的經驗。

1 軸承參數

電機額定轉速:n=1000 r/min推力頭外徑:D0=640 mm

推力瓦平均瓦長:L=150 mm

推力瓦夾角:β=38°

推力瓦塊數:8

推力頭平均周速:v=33.5 mm/s

推力載荷(向下):53 t

推力瓦單位壓力:2.55 MPa

潤滑油牌號:N46

支撐方式:球面支柱螺栓剛性支撐

軸承冷卻方式:外循環，即熱油經油槽外板式換熱器冷卻后再向軸承室供油。

2 推力軸承系統的設計

該電機的推力軸承與上導軸承合同一個油槽，這種布置的結構形成了一個簡單的自循環，原設計(見圖1)在油槽內放置了冷卻器，以便帶走摩擦損耗產生的熱量，但電機空載試驗時發現瓦溫過高，已達70℃，潤滑油油溫為65℃，試驗冷卻水量為8 m2/h，冷卻水溫為20℃。這樣，電機不能進行帶載試驗。分析其原因，主要是由于推力軸承周速高，潤滑油在油槽內急速攪拌，油流變成了紊流(管區雷諾數Re=1830)，使油呈乳白色，并有許多油的混氣(混氣是由微小空氣泡組成)，這些油的混氣泡沫包圍在冷卻器銅管的表面形成隔熱層，使冷卻器冷卻效果變差。同時油的高速攪拌與冷卻器的碰撞加大了油的內摩擦損耗。最終造成軸承室油的熱容量不夠，瓦溫隨著油溫的升高而升高。針對這種情況又作了以下試驗:

首先，做了增大軸承室油量的試驗(電機空載)，即油在油泵的作用下，從軸承室內抽出，經過一個油灌后回到軸承室，形成油的閉合回路，試驗時油泵的流量為20 L/min，試驗結果，軸瓦溫度降低到65℃，油溫為60.5℃(試驗時軸承室內冷卻器的冷卻水量及冷卻水溫度均保持不變)，從試驗結果看，增大油室的熱容量，雖能降低瓦溫度，但降低的幅度太小。另外受用戶安裝場地的限制，不允許把外串油灌體積設計得很大，因而認為方法不妥。

其次，又作了取消軸承室內冷卻器，改為外串板式換熱器的試驗(電機在水泵廠進行帶載試驗，見圖2)，即將熱油從軸承室內用油泵抽出，經過外串的一個板式換熱器冷卻后，再回到軸承室，試驗時油泵的流量60 L/min，冷卻水量為10 m3/h，冷卻水溫度為21℃，試驗結果，瓦溫50℃，油溫35℃。從試驗結果看，采用此方法已能完全滿足用戶的正常使用。

3 減少軸承室內的混氣產生及擋油管的油封設計

由于推力軸承周速高，推力頭對油液的高速攪拌，將會使油液的速度和壓力處于激烈的變化狀態，油面也將不穩，同時，還會使表面油層激烈翻滾吸入空氣，使油槽內有大量的混氣，當混氣達到一定程度時，油中的混氣泡沫會沿擋油管內表面上升(如擋油管與軸之間有偏心，則“偏心泵”現象會加重漏油量)，因而漏到電機內部。針對上述情況，在設計中分別采取了措施(見圖3)，即對油面不穩問題，采用了一方面在推力頭外側增設隔油圈的措施，其目的是減小油急速攪拌的動壓及油槽內混氣的產生量;另一方面，在油槽中設多層穩油板，使油面趨于穩定。對于擋油管的油封問題，一方面采用多層擋油管，即利用旋轉件上梳齒與多層擋油管開寬窄相間的間隙，防止混氣泄漏;另一方面，還在推力頭內孔加工幾個溝槽，溝槽的斜面向下，其目的也是防止混氣泄漏，并且在電機上機架設補氣管，將大氣引至轉子內圈擋油管處的負壓區。采取以上措施后，電機運行時，油面基本上穩定，擋油管油封措施合理，沒有發生泄漏油現象。

圖3 增設隔油圈的推力軸承

4 結語

該產品在用戶運行的結果證明大型高速立式電機推力軸承的冷卻方式，用外循環冷系統來減小油的攪拌碰撞及解決瓦溫高的問題，是一種簡便可行的方法。并且用隔油圈減小油槽內混氣的產生及用迷宮式多層擋油管防止油泄漏，也是一種簡便可行的方法。該產品的試制成功，為我公司今后研制高速大型立式電動機，特別是大型高速立式水輪發電機，積累了保貴的經驗。