新型水导轴承在水电站中的应用

周金龙

（嫩江尼尔基水利水电有限责任公司，黑龙江 齐齐哈尔 161000）

0 前言

电站水轮机由通用电气亚洲水电设备有限公司生产，水导轴承采用筒式自循环径向竖轴抛物线瓦面稀油润滑轴承结构。这种轴承与国内筒式瓦结构仿忽相同，下部有旋转油盆，毕托管上油，上部有油箱，轴承体和轴瓦结构；但仔细认识了结构特点及设计原理，并观察了设备运行状况后，才真正领略到这个专利产品的独到之处；现就这方面的粗浅认识作些介绍。

1 结构特点

（1）国内筒式水导轴承一般结构设计上都由两瓣组合而成，轴瓦也分两瓣由螺栓与轴承体连接固定，钢制瓦背内圆浇筑巴氏合金轴衬，与轴承体把合，将巴氏合金筒体毛胚加工至设计尺寸，几何形状为等径内圆柱面。而本电站使用的抛物线瓦面轴承体由四瓣组成，由切向及28个8.8级M20×90内六角螺栓把合成整体。组合好的轴瓦结构如图1、图2所示。

这种筒式轴瓦又代替了轴承体，简化了轴承结构。轴瓦单边厚度达127mm，比传统单纯薄壳筒式轴瓦要厚3.5倍左右，刚度很大。该轴承径向承载能力大，侧向刚度保证不小于1000kN/mm，能够承受在任何运行工况下可能产生的最大飞逸转速（320.4r/min）及最大径向载荷，并将其传递到水轮机顶盖上。

（2）从轴瓦结构图2可以清楚的看出，每1/4部分轴瓦，其巴氏合金材料（ZChSnSbD11－6）段，只占55°圆弧面，即图中N－L圆弧段；其另外35°LK圆弧段没有浇铸巴氏合金，与轴领组成的这部分空腔厚度5mm，高520mm，圆弧长278mm，有效容积约0.72L。在机组运行中每块轴瓦前都储备了0.72L－TSA－46号汽轮机润滑油，供给瓦面形成油膜之用。这充足的润滑油对降低水导轴承运行温度起到了良好作用。

图1 轴瓦结构图1

图2 轴瓦结构图2

（3）下面我们来分析一下，1/4轴瓦内圆半径随角度变化的情况。该机组水轮机大轴轴颈部分加工直径为Φ900h6（－0.0560），轴瓦单侧设计间隙为0.19mm，如图2所示，在无巴氏合金的K－L圆弧段，膛口内圆半径R＝455mm，圆弧角度35°。在LM10°圆弧段轴瓦半径R＝450.19mm；从M点向N点圆弧段延伸，在5°范围内轴瓦半径仍然是R＝450.19mm，从5°～45°范围内，轴瓦半径按抛物线线性规律逐渐增大到R＝450.48mm,即轴瓦半径增加量为0.29mm，详细情况请见“MN段轴瓦a与R关系表”及“1/4轴瓦角度与半径表”

表1 1/4 轴瓦角度与半径表

表2 MN 段轴瓦a 与R 关系表

从上面介绍的内容可以看出，每1/4轴瓦结构，浇铸有巴氏合金的55°圆弧段轴瓦面的几何形状，使制造商通过特殊工艺加工实现了抛物线成型的设计目标。为此，水轮机轴颈Φ900h6（－0.0560）圆柱面与55抛物线瓦面所形成的楔形油隙结构，具备了水导轴承运行时迅速建立油膜的条件，圆满的实现了液体摩擦，加之瓦面接触角度较小，所以，这种结构的水导轴承运行时摩擦损耗功率小，轴瓦温度较低。

（4）体外冷却系统

国内筒式稀油润滑水导轴承，油冷却器通常布置在上油箱内，达到对热油进行冷却的目的；而本电站使用的水导轴承是将热油通过毕托管，直接引出轴承体外冷却，水平安装在轴承座上，实现体外油循环。型号为FC－120型，外形尺寸为Φ120×400mm，里面排列有Φ6×1mm紫铜管约60根，进出冷却水管公称通径DN25，冷却水压力0.27MPa,结构简单、小巧；而且可以灵活的根据轴承运行温度以并联方式增加冷却器个数，达到扩大冷却效果的目的。

2 结语

由水导抛物线瓦面稀油润滑导轴承在该水电站投入使用后，经半年的运行观察，水导轴承最高瓦温为42℃（设计允许不超过65℃），油槽油温最高为36℃（设计允许不超过55℃）；机组在作150%额定转速过速试验时，水导轴承最大垂直振动值为0.07mm（空载额定转速时为0.03mm），最大水平振动值为0.05mm（空载额定转速为0.01mm）。机组投产后，机组水导轴承运行平稳、可靠，各项质量指标优于同类产品，值得各水电厂借鉴推广。