工業汽輪機徑向軸承設計及穩定性

馬廿　向娟

摘 要：文章介紹了工業汽輪機常見徑向軸承的工作機理、主要結構及設計流程，并簡要分析了軸承失穩的原因及如何判定軸承的穩定性。希望通過文章的分析，能夠為相關工作提供參考。

關鍵詞：工業汽輪機；徑向軸承；穩定性

中圖分類號：TK263 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）03-0091-03

Abstract： This paper introduces the working mechanism， main structure and design flow of common radial bearings in industrial steam turbines， and briefly analyzes the causes of bearing instability and how to judge the stability of bearings， in the hope that through the analysis of the paper we can provide reference for related work.

Keywords： industrial steam turbine； radial bearing； stability

引言

汽輪機徑向軸承的作用是承受轉子重量以及由不平衡力、汽動和其他原因引起的振動和沖擊等附加載荷，并保證轉子相對靜子部分的徑向對中。汽輪機運行時必須采取有效的潤滑措施以減輕磨損和吸收由摩擦產生的熱量。汽輪機徑向軸承通常為動壓滑動軸承。這種潤滑基于楔效應承載機理。當兩摩擦面形成楔形間隙，其間充滿一定粘性的流體，粘性流體會由于摩擦面的相對運動而流動，若流動方向由大間隙流向小間隙，由于擠壓流體會形成一定的動壓而具備承載能力。汽輪機軸頸與軸承之間的圓弧結構自然形成楔形間隙，在充分提供一定粘度的潤滑油后就能在軸頸和軸瓦之間形成動壓油膜。動壓油膜能隔離摩擦表面，并通過流體動壓平衡軸承載荷，同時帶走摩擦產生的熱量。

為了使汽輪機組能夠安全可靠的運行，在軸承設計時，就需要合理地確定軸承的結構參數，確保軸頸和瓦面之間始終保持有一定厚度的動壓油膜來承載，軸承溫升在規定的許可范圍內，同時還必須保證軸承具有良好的動態穩定性。

1 工業汽輪機徑向軸承常見結構

（1）橢圓軸承是工業汽輪機最

常采用的結構形式。在兩半軸瓦之間墊以一定厚度的墊片，再對軸瓦內孔按圓孔加工。撤去墊片后構成橢圓軸承。

（2）可傾瓦軸承由若干弧形瓦

塊組成，瓦塊可繞一條支撐線在圓周方向擺動，改變與軸頸表面形成的楔角，以適應不同工況。

2 工業汽輪機徑向軸承設計計算

汽輪機徑向軸承計算的理論依據是納維-斯托克斯（Navier-Stokes）方程。它根據流體質點運動方程、連續方程和牛頓粘性定律推導得出，是流體動量方程的微分形式。在應用于滑動軸承計算時，需要作下列合理的假設：

（1）流體為層流，在流體膜中任何地方都不存在漩渦和湍流。

（2）質量力為零或至少與粘性力相比，可以忽略不計。

（3）與粘性力相比，流體的慣性力可認為是很小的，也可忽略不計。

（4）潤滑膜的厚度與軸承半徑、寬度相比是很小的，可以略去流體潤滑膜的曲率的影響。在徑向軸承的情況下，可用平均移動速度代替旋轉速度。

（5）在軸承（x，z）方向上，壓力、密度和粘度均沿潤滑膜厚度（即y方向）不變，見圖1。

（6）軸承表面上無滑動，即在旋轉軸表面和軸瓦表面上，潤滑油的速度與表面速度相同。

（7）這兩個速度梯度相比，其他速度梯度都可以忽略不計。

（8）假設潤滑油沿y和z方向的相對速度很小，忽略不計。

（9）假設潤滑油為不可壓縮的。

4 結束語

軸承是汽輪機轉子系統的主要組成部件，它是否安全可靠直接關系到整個機組能否安全穩定地運行。在實際設計當中需進行細致計算以獲得理想的動、靜特性，使軸承不但具有足夠的承載能力，溫升滿足相關規定的要求，另外還具有良好的穩定性，以保證汽輪機組的穩定運行。

參考文獻：

[1]中國動力工程學會.火力發電機設備技術手冊（第二卷）.汽輪機[M].機械工業出版社，2002，4.

[2]濮良貴，紀名剛.機械設計[M].高等教育出版社，2001，6.

[3]景思睿，張鳴遠.流體力學[M].西安交通大學出版社，2001，7.