瓦间距和进油温度对双向推力轴承性能的影响

范寿孝，王 伟，武中德

（1.哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江 哈尔滨 150040；2.中国三峡建工（集团）有限公司，四川 成都 610095；3.哈尔滨大电机研究所，黑龙江 哈尔滨 150040）

1 引言

大型蓄能机组发电电动机双向推力轴承普遍采用巴氏合金瓦，对瓦温的控制也有较高的要求[1-5]。

大型蓄能机组推力轴承的运行瓦温即使较高，其改进和改造一般也局限于冷却系统，其结构和尺寸很难进行改造[6-9]。

大型蓄能机组转速较高，推力轴承的尺寸较小，而双向推力轴承的承载能力较低，就需要提高瓦的占积率以降低其单位压力[10-12]。瓦间距和瓦间油温对推力轴承性能的影响，特别是对瓦温的影响，是一项重要的推力轴承研究内容。瓦间油温对推力轴承性能的影响，可以通过计算分析进行研究，而瓦间距对推力轴承性能的影响，一般还是通过试验进行研究。

工程上对推力轴承的试验研究多为验证试验，以检验推力轴承的性能[13,14]。而进行瓦间距和瓦间油温等的试验研究较少，特别是进行1∶1 的试验研究。

本文同台对比进油槽和瓦间距，以及两种瓦间距对推力轴承性能的影响。

2 轴承结构

大型蓄能机组双向推力轴承，一般采用10 或12 块瓦，弹性油箱组成的一套支承系统是一种常用的支承结构[15]，见图1。弹性油箱支承属于液压弹性支承，具有自动平衡各瓦负荷的能力，各瓦的载荷均匀性较好。一套12 块试验瓦，瓦的支承分布直径1 862 mm。

图1 弹性油箱支承推力轴承

图2 有和无进油槽的推力轴承

第1 次试验采用试验台上的支承分布直径2 142 mm，这样瓦间距增大，瓦间距由50～84 mm 增大到112～157 mm（图3）。

图3 第1 次试验瓦间距

第2 次试验采用与第1 次试验相同的推力瓦和安装方式，同时用4 块带有进油槽的试验瓦替代原4 块试验瓦。在瓦的承载面积不变的情况下，外加瓦两侧的进油槽，这4 块试验瓦的实际瓦间距由112～157 mm 减小到32～79 mm（图4），小于正常瓦间距。同台试验可更好的对比瓦间距和瓦间油温或进油温度对推力轴承性能的影响。

图4 第2 次试验瓦间距

带有进油槽的推力瓦，带来的好处是冷油能够直接进入瓦面，但瓦间距有所减小。

第3 次试验，试验瓦的瓦间距与实际瓦间距相同，即50～84 mm（图5）。弹性油箱和镜板以及加载轴承和加载装置也进行了更换。

图5 第3 次试验瓦间距

仅进行瓦间距对比试验是采用同一套推力瓦，一种是按实际尺寸分布，另一种是将瓦的外径2 470 mm 分布在对应的2 740 mm 位置，瓦间距增大约2 倍，试验时保证单瓦载荷和平均线速度相同。

3 瓦间距和进油温度的影响

3.1 进油槽的影响

带有进油槽的4 块试验瓦是5 号～8 号，而受影响的是6 号～9 号。冷油直接进入进油槽，再进入瓦面，进入瓦面的油还有一部分是镜板携带的热油，受影响的瓦的温度比其它试验瓦的瓦温高约8 K（图6）。

图6 瓦温对比

3.2 进油温度的影响

正转额定工况下，油温47.8～53.1℃，推力瓦温度65.1～67.4 ℃<[74 ℃]（RTD），推力瓦间温度差2.3 K<[5 K]，瓦面温度最高91.3℃。

反转额定工况下，油温47.4～52.7℃，推力瓦温度65.3～70.3℃<[74℃]（RTD），推力瓦间温度差5 K，瓦面温度最高92.9℃。

正转额定工况下，油温39.8～46.3℃，推力瓦温度61.6～63.8℃<[74℃]（RTD），推力瓦间温度差2.2 K<[5 K]，瓦面温度最高95.1℃。

反转额定工况下，油温39.5～45.8℃，推力瓦温度63.6～68.5℃<[74℃]（RTD），推力瓦间温度差4.9 K<[5 K]，瓦面温度最高96.9℃。

油温度升高7 K，瓦温升高2～4 K（表1）。

3.3 占积率的影响

瓦的占积率决定了瓦间距，占积率大，则瓦间距相对减小，瓦间热油的量占比较大，或者说热油冷却的效果较差，相当于热油携带系数提高（图7），从而进油温度提高，瓦温升高。

图7 瓦的占积率对热油携带系数的影响

推力轴承试验运行，同一套瓦，相同工况下（载荷和平均线速度相同），瓦间距112～157 mm 时的瓦温（表1 和表2）低于瓦间距50～84 mm 时的瓦温（表3）。占积率大，瓦间距较小，瓦温相对较高。

表1 瓦间距112～157 mm 正转时的温度

表2 瓦间距112～157 mm 反转时的温度

表3 瓦间距50～84 mm 正反转时的温度

4 性能分析

推力轴承瓦的占积率一般为80%左右，占积率大，可增加瓦面积，降低比压，但却减小了瓦间距。瓦间距较小，可造成瓦间的热油的冷却效果减弱，也就相当于提高了进油温度，进而提高瓦温。

镜板携带的热油量较大，带有进油槽的瓦的间距较小，影响了镜板携带的热油的冷却，这种影响造成了前边带有进油槽的5 号瓦温不高，而后边与带有进油槽的8 号瓦相邻的无进油槽的9 号瓦温度较高。

冷油直供进油槽，相当于瓦的进油温度低，瓦温会降低，但由于瓦间距较小，影响了镜板携带的热油的冷却，反而造成瓦温升高。

带有进油槽的推力瓦，要保证瓦的承载面积不变的情况下，增加瓦两侧的进油槽，这样减小了瓦间距，带来的好处是冷油能够直接进入瓦面，并需要保证足够的供油量。

推力瓦上的进油槽对瓦温的改善有限。试验结果表明，瓦间距对瓦温的影响大于瓦面进油槽对瓦温的影响。

或许在保证足够的瓦间距情况下，进油槽直供冷油的优势才能表现出来。

同样的一套推力瓦，瓦间距不一样，实际运行的瓦温有差别，可见，瓦间距要适当。瓦间距大，有利于冷热油的混合，降低瓦间油温，并降低进油温度，但会减小瓦面积，提高单位压力。瓦间距小，则反之。瓦的占积率≤80%是合理的。

5 结论

瓦间距影响镜板携带的热油的冷却效果，较小的间距，镜板携带的热油的冷却效果差，也就提高了进油温度。进油温度直接影响瓦温，进油温度越高，瓦温就越高，但不是等比关系。推力瓦上的进油槽对瓦温的改善有限，而瓦间距对瓦温的影响较大。试验和运行结果表明，合理的瓦间距和进油温度可以有效控制瓦温并提高双向推力轴承的性能。