新型水導軸承在水電站中的應用

周金龍

（嫩江尼爾基水利水電有限責任公司，黑龍江 齊齊哈爾 161000）

0 前言

電站水輪機由通用電氣亞洲水電設備有限公司生產，水導軸承采用筒式自循環徑向豎軸拋物線瓦面稀油潤滑軸承結構。這種軸承與國內筒式瓦結構仿忽相同，下部有旋轉油盆，畢托管上油，上部有油箱，軸承體和軸瓦結構；但仔細認識了結構特點及設計原理，并觀察了設備運行狀況后，才真正領略到這個專利產品的獨到之處；現就這方面的粗淺認識作些介紹。

1 結構特點

（1）國內筒式水導軸承一般結構設計上都由兩瓣組合而成，軸瓦也分兩瓣由螺栓與軸承體連接固定，鋼制瓦背內圓澆筑巴氏合金軸襯，與軸承體把合，將巴氏合金筒體毛胚加工至設計尺寸，幾何形狀為等徑內圓柱面。而本電站使用的拋物線瓦面軸承體由四瓣組成，由切向及28個8.8級M20×90內六角螺栓把合成整體。組合好的軸瓦結構如圖1、圖2所示。

這種筒式軸瓦又代替了軸承體，簡化了軸承結構。軸瓦單邊厚度達127mm，比傳統單純薄殼筒式軸瓦要厚3.5倍左右，剛度很大。該軸承徑向承載能力大，側向剛度保證不小于1000kN/mm，能夠承受在任何運行工況下可能產生的最大飛逸轉速（320.4r/min）及最大徑向載荷，并將其傳遞到水輪機頂蓋上。

（2）從軸瓦結構圖2可以清楚的看出，每1/4部分軸瓦，其巴氏合金材料（ZChSnSbD11－6）段，只占55°圓弧面，即圖中N－L圓弧段；其另外35°LK圓弧段沒有澆鑄巴氏合金，與軸領組成的這部分空腔厚度5mm，高520mm，圓弧長278mm，有效容積約0.72L。在機組運行中每塊軸瓦前都儲備了0.72L－TSA－46號汽輪機潤滑油，供給瓦面形成油膜之用。這充足的潤滑油對降低水導軸承運行溫度起到了良好作用。

圖1 軸瓦結構圖1

圖2 軸瓦結構圖2

（3）下面我們來分析一下，1/4軸瓦內圓半徑隨角度變化的情況。該機組水輪機大軸軸頸部分加工直徑為Φ900h6（－0.0560），軸瓦單側設計間隙為0.19mm，如圖2所示，在無巴氏合金的K－L圓弧段，膛口內圓半徑R＝455mm，圓弧角度35°。在LM10°圓弧段軸瓦半徑R＝450.19mm；從M點向N點圓弧段延伸，在5°范圍內軸瓦半徑仍然是R＝450.19mm，從5°～45°范圍內，軸瓦半徑按拋物線線性規律逐漸增大到R＝450.48mm,即軸瓦半徑增加量為0.29mm，詳細情況請見“MN段軸瓦a與R關系表”及“1/4軸瓦角度與半徑表”

表1 1/4 軸瓦角度與半徑表

表2 MN 段軸瓦a 與R 關系表

從上面介紹的內容可以看出，每1/4軸瓦結構，澆鑄有巴氏合金的55°圓弧段軸瓦面的幾何形狀，使制造商通過特殊工藝加工實現了拋物線成型的設計目標。為此，水輪機軸頸Φ900h6（－0.0560）圓柱面與55拋物線瓦面所形成的楔形油隙結構，具備了水導軸承運行時迅速建立油膜的條件，圓滿的實現了液體摩擦，加之瓦面接觸角度較小，所以，這種結構的水導軸承運行時摩擦損耗功率小，軸瓦溫度較低。

（4）體外冷卻系統

國內筒式稀油潤滑水導軸承，油冷卻器通常布置在上油箱內，達到對熱油進行冷卻的目的；而本電站使用的水導軸承是將熱油通過畢托管，直接引出軸承體外冷卻，水平安裝在軸承座上，實現體外油循環。型號為FC－120型，外形尺寸為Φ120×400mm，里面排列有Φ6×1mm紫銅管約60根，進出冷卻水管公稱通徑DN25，冷卻水壓力0.27MPa,結構簡單、小巧；而且可以靈活的根據軸承運行溫度以并聯方式增加冷卻器個數，達到擴大冷卻效果的目的。

2 結語

由水導拋物線瓦面稀油潤滑導軸承在該水電站投入使用后，經半年的運行觀察，水導軸承最高瓦溫為42℃（設計允許不超過65℃），油槽油溫最高為36℃（設計允許不超過55℃）；機組在作150%額定轉速過速試驗時，水導軸承最大垂直振動值為0.07mm（空載額定轉速時為0.03mm），最大水平振動值為0.05mm（空載額定轉速為0.01mm）。機組投產后，機組水導軸承運行平穩、可靠，各項質量指標優于同類產品，值得各水電廠借鑒推廣。