工业汽轮机径向轴承设计及稳定性

马廿　向娟

摘 要：文章介绍了工业汽轮机常见径向轴承的工作机理、主要结构及设计流程，并简要分析了轴承失稳的原因及如何判定轴承的稳定性。希望通过文章的分析，能够为相关工作提供参考。

关键词：工业汽轮机；径向轴承；稳定性

中图分类号：TK263 文献标志码：A 文章编号：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

汽轮机径向轴承的作用是承受转子重量以及由不平衡力、汽动和其他原因引起的振动和冲击等附加载荷，并保证转子相对静子部分的径向对中。汽轮机运行时必须采取有效的润滑措施以减轻磨损和吸收由摩擦产生的热量。汽轮机径向轴承通常为动压滑动轴承。这种润滑基于楔效应承载机理。当两摩擦面形成楔形间隙，其间充满一定粘性的流体，粘性流体会由于摩擦面的相对运动而流动，若流动方向由大间隙流向小间隙，由于挤压流体会形成一定的动压而具备承载能力。汽轮机轴颈与轴承之间的圆弧结构自然形成楔形间隙，在充分提供一定粘度的润滑油后就能在轴颈和轴瓦之间形成动压油膜。动压油膜能隔离摩擦表面，并通过流体动压平衡轴承载荷，同时带走摩擦产生的热量。

为了使汽轮机组能够安全可靠的运行，在轴承设计时，就需要合理地确定轴承的结构参数，确保轴颈和瓦面之间始终保持有一定厚度的动压油膜来承载，轴承温升在规定的许可范围内，同时还必须保证轴承具有良好的動态稳定性。

1 工业汽轮机径向轴承常见结构

（1）椭圆轴承是工业汽轮机最

常采用的结构形式。在两半轴瓦之间垫以一定厚度的垫片，再对轴瓦内孔按圆孔加工。撤去垫片后构成椭圆轴承。

（2）可倾瓦轴承由若干弧形瓦

块组成，瓦块可绕一条支撑线在圆周方向摆动，改变与轴颈表面形成的楔角，以适应不同工况。

2 工业汽轮机径向轴承设计计算

汽轮机径向轴承计算的理论依据是纳维-斯托克斯（Navier-Stokes）方程。它根据流体质点运动方程、连续方程和牛顿粘性定律推导得出，是流体动量方程的微分形式。在应用于滑动轴承计算时，需要作下列合理的假设：

（1）流体为层流，在流体膜中任何地方都不存在漩涡和湍流。

（2）质量力为零或至少与粘性力相比，可以忽略不计。

（3）与粘性力相比，流体的惯性力可认为是很小的，也可忽略不计。

（4）润滑膜的厚度与轴承半径、宽度相比是很小的，可以略去流体润滑膜的曲率的影响。在径向轴承的情况下，可用平均移动速度代替旋转速度。

（5）在轴承（x，z）方向上，压力、密度和粘度均沿润滑膜厚度（即y方向）不变，见图1。

（6）轴承表面上无滑动，即在旋转轴表面和轴瓦表面上，润滑油的速度与表面速度相同。

（7）这两个速度梯度相比，其他速度梯度都可以忽略不计。

（8）假设润滑油沿y和z方向的相对速度很小，忽略不计。

（9）假设润滑油为不可压缩的。

4 结束语

轴承是汽轮机转子系统的主要组成部件，它是否安全可靠直接关系到整个机组能否安全稳定地运行。在实际设计当中需进行细致计算以获得理想的动、静特性，使轴承不但具有足够的承载能力，温升满足相关规定的要求，另外还具有良好的稳定性，以保证汽轮机组的稳定运行。

参考文献：

[1]中国动力工程学会.火力发电机设备技术手册（第二卷）.汽轮机[M].机械工业出版社，2002，4.

[2]濮良贵，纪名刚.机械设计[M].高等教育出版社，2001，6.

[3]景思睿，张鸣远.流体力学[M].西安交通大学出版社，2001，7.