蓄能机组塑料瓦双向推力轴承试验研究

张 宏，武中德，吴军令，范寿孝，张培良



蓄能机组塑料瓦双向推力轴承试验研究

张 宏，武中德，吴军令，范寿孝，张培良

（水力发电设备国家重点实验室，哈尔滨 150040）

在哈尔滨大电机研究所的3000t推力轴承试验台上进行了（溧阳）蓄能机组塑料瓦双向推力轴承的1:1模拟试验，测量了油膜的厚度、压力、温度分布和轴承损耗，全面了解了塑料瓦双向推力轴承的性能。试验结果表明，塑料瓦双向推力轴承可用于蓄能机组。

塑料瓦；双向推力轴承；试验

0 前言

2012年2月在哈尔滨大电机研究所的3000t推力轴承试验台上进行了具有弹性、能向推力瓦提供扩散和均匀的支撑，并使其具有平衡瓦间负荷的平衡能力的单波纹弹性油箱结构的塑料瓦双向推力轴承的1:1模拟试验[1]。测量了油膜的厚度、压力、温度分布和轴承损耗，全面了解了双向塑料瓦推力轴承的性能。

这是蓄能机组首次进行大型弹性油箱塑料瓦双向推力轴承试验研究[2]。

1 推力轴承结构特点

推力轴承采用塑料瓦、单波纹弹性油箱支撑结构，并采用外加泵外循环冷却。

1.1 支撑结构

推力轴承采用单波纹弹性油箱支撑结构，如图1所示。采用锻钢件加工成波纹状圆筒，将数个圆筒经连通管和有关零件装配焊接，形成密闭的连通器。再抽真空充压力油，构成弹性油箱支撑结构。每块瓦对应一个油箱，将厚、薄瓦放置在弹性油箱顶面上。

单波纹弹性油箱具有安装调整方便、机组运行过程中自动平衡瓦间负荷的能力（瓦的负荷均匀度£3%）、瓦的倾斜灵活及能够较好地控制瓦变形等优点，获得广泛应用。目前哈电公司已为舟坝、百色、居甫渡、恰普其海、双沟等电站提供数十台套的单波纹弹性油箱，运行效果良好。

图1 单波纹弹性油箱支撑结构

哈电公司设计制造的弹性油箱为系列产品。弹性油箱可满足发电电动机推力轴承承重要求，弹性油箱支撑还可满足弹性支撑，并在运行期间自动调整负荷使瓦间承载均衡的要求。单波纹弹性油箱支撑结构具有其独特的优势，即机组运行期间，它能自动调整负荷使瓦间承载均衡，哈电公司具有成熟的设计、制造、安装及运行经验和实践。

1.2 塑料瓦

弹性金属塑料瓦推力轴承采用单层瓦或双层瓦结构，弹性金属塑料瓦的复合层是由一层聚四氟乙烯和一层青铜丝经压力成型而成，复合层钎焊到钢瓦基上，瓦面复合层的厚度一般为8~9mm。

塑料瓦复合层中的聚四氟乙烯为热塑性材料，在外力作用下，会产生一定的永久变形，这和受到的外力大小有关，还和外力的作用时间长短有关。

塑料瓦复合层特性见图2。应力-应变关系为非线性，且随着温度的不同有较大差异。且应力-应变关系随复合层厚度及成型工艺不同而存在差异。在低负荷条件下，其应力-应变关系基本为线性，但随着负荷增加，其线性发生变化，整体为非线性关系。目前普遍使用的灰色和白色瓦面材料，其性能差异也较大。在进行推力轴承热弹流计算时，要考虑这一特性。[3]

图2 塑料瓦复合层特性

在双向推力轴承上应用弹性金属塑料瓦，并不普遍。双向运行的弹性金属塑料瓦的瓦面形线设计与单向运行的不同。塑料瓦面形线设计，瓦面进、出油边楔形坡口的宽度如图3所示。

图3 塑料瓦面形线设计

2 推力轴承试验

2.1 推力轴承参数

针对溧阳蓄能机组推力轴承的参数进行试验模型参数设计[4]，如表1所示。

表1 试验模型参数

2.2 试验结果

试验推力轴承[5]如图4所示。

图4 弹性油箱支撑塑料瓦推力轴承

各瓦负荷分布如图5所示，推力轴承各瓦的负荷均匀度小于3%。额定工况下，油温28.2~33.5℃< [50℃]，推力瓦温度41.6~44.8℃< [60℃]（RTD），推力瓦间温度差3.2K < [5K]，瓦面温度51℃< [90℃]。瓦面油膜厚度分布、压力分布和瓦面温度分布分别如图6~8所示。

图5 各瓦负荷分布

3 推力轴承计算和测量结果对比

推力轴承计算和测量结果对比见表2。计算和测量结果吻合。

表2 推力轴承计算和测量结果对比

注：损耗测量值中包括上导轴承损耗约238kW。

4 结论

在3000t推力轴承试验台上进行了比例为1:1的塑料瓦双向推力轴承试验。对多种工况下，推力轴承油膜厚度、油膜压力、瓦面温度、瓦体温度、油温、损耗等参数进行了测量。试验结果表明：

（1）单波纹弹性油箱支撑结构的塑料瓦双向推力轴承的负荷均匀度小于3%。

（2）塑料瓦推力轴承的设计计算值与试验测量结果吻合。

（3）单波纹弹性油箱支撑结构的塑料瓦推力轴承可用于蓄能机组。

[1] D. Schafer. Investigations into a 6000t Thrust Bearing with Teflon Layer or Babbitt Layer for the Three Gorges Units[C]. Proceedings of the Fifth International Conference on Electric Machines and System, Shenyang. 2001, l.

[2] 武中德, 张宏. 水轮发电机组推力轴承技术的发展[J]. 电器工业, 2007(1): 32-36.

[3] 刘平安, 武中德. 水轮发电机弹性金属塑料瓦推力轴承瓦面形状[J]. 大电机技术, 2008(2): 5-6.

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Experimental Investigations of Bi-directional Thrust Bearing with Teflon Layer for Pumped-storage Hydro-generating Unit

ZHANG Hong, WU Zhongde, WU Junling, FAN Shouxiao, ZHANG Peiliang

（State Key Laboratory of Hydro-power Equipment, Harbin 150040, China）

The bi-directional thrust bearing with Teflon layer for Liyang Unit was tested on the Harbin research institute of large electrical machinery 3000t thrust bearing test stand. The test results, including temperature distribution, thickness and pressure distribution of oil film, losses measurement, obtained more knowledge about the fundamental behavior of bi-directional thrust bearing with Teflon layer. Bi-directional thrust bearing with Teflon layer is available for pumped-storage generating.

Teflon-Layer; bi-directional thrust bearing; test

TH133.3

A

1000-3983(2014)02-0019-03

抽水蓄能国家科技支撑计划(2011BAF03B02)大型抽水蓄能机组发电电动机研制。

2013-08-17

张宏（1967-），1989年毕业于吉林工业大学，现从事大型发电机轴承技术研究，高级工程师。

审稿人：刘公直