50mw机组推力轴承的改进设计

50mw机组推力轴承的改进设计

0机组总体性能分析由于投资周期长，50mw机组广泛应用于大型矿山、尤其是石化等行业。作为一种自助式发电和泵送式装置，你仍然可以广泛应用于大型矿山、尤其是石化等行业。因此,解决50MW机组运行中存在的问题,提高其安全运行能力,增强其产品市场竞争力,将是刻不容缓之事。我公司生产的现役50MW老机组,就总体性能而言,一直在用户中具有良好声誉。但由于该机组因结构紧凑,其推力轴承和前轴承径向轴承采用了径向推力联合轴承结构型式(如图1),因此产生推力轴承稳定性较差,容易出现偏载,造成推力瓦温度偏高等现象,个别机组的推力轴承瞬态瓦温甚至高达100℃以上,以致严重影响了机组的安全运行。虽然前后分别对某些机组的推力轴承采取了一系列相应的措施,诸如:放大径向推力联合轴承的总进油口尺寸及主推力面侧进油孔尺寸;适当调整推力盘与挡油圈之间间隙;适度改变轴承壳体与球面座之间配合间隙;合理调节推力轴承泄油针阀开度等。上述措施在不同机组上应用后,虽然收到一定效果,但始终未能彻底改善推力轴承瓦温偏高状况。如何从根本上解决50MW机组推力轴承偏载及瓦温过高问题,正是本文的主要研究目标。本文通过对轴承结构分析及改进设计,最终解决了该类机组实际存在的瓦温偏高问题。1主副推力瓦面侧的动力系统现役50MW机组中应用的推力轴承,由于设计时考虑整台机组的结构紧凑性,采用了如图1所示的径向推力联合轴承。该轴承主要由轴承壳体、球面座、径向轴承衬瓦、主、付推力瓦块、挡油环、调整垫块、弹簧支座及调节针阀等组成。整个推力轴承置于浮动轴承壳体的外伸端之内。为了避免外伸轴承壳体的悬垂,在其外伸端的下方设置了一个固定式弹簧支座。推力轴承为浸润式结构。润滑油通过径向轴承处球面座左下方的进油孔,经过轴承壳体上四条径向环槽,分别进入径向轴承和轴承壳体上与环槽相通的十个轴向孔,然后分别进入推力轴承的主副推力面侧。主副推力瓦两端各设置有一个挡油环,以防润滑油从轴向流出,并可避免与径向轴承泄油相混合。在推力盘径向还设有两挡油封片,以隔开主副推力瓦的用油。推力盘与瓦面之间的润滑油泄出量是通过调整挡油圈与推力盘之间的轴向间隙来控制的,而整个推力轴承腔室的泄油量则由轴承壳体右上方的两只调节针阀分别控制主副推力轴承腔室内的总泄油量。由此可见,该推力轴承始终在润滑油浸润状态下工作。该推力轴承瓦块结构为米契尔式。每个瓦块为偏支式的宽带支承,可单独在一个方向摆动,但同一推力面侧的各个推力瓦相互独立,不能自动补偿平衡。从上述结构分析看,影响该推力轴承润滑性能的主要因素有:(1)悬臂浮动式轴承壳体使该轴承抗振性下降,易造成各个瓦块之间受力波动,而且固定式弹簧支座无法有效平衡轴承壳体下垂,因而会时常出现各瓦块间过高瓦温的无规律性。(2)浸润式润滑形式使轴承产生了不必要的磨擦耗功。首先,由于各个挡油环承担封油及调整泄油量的功能,过小的间隙势必使动静部份磨擦加剧,温度升高;其次,因润滑油始终充满于轴承腔室内,无法避免转子及推力盘对多余润滑油的扰动和搅拌,致使总体油温升高;另外,由于热油无法及时排出,使推力盘与瓦面之间的工作热油重复应用,最终导致瓦温偏高现象的出现。(3)瓦块之间无自动受力平衡,偏载难以避免。由于米契尔式推力轴承仅为单瓦块可倾,相互间瓦块为独立个体,当机组在不同工况下转子因动挠度变化使推力盘发生偏转时,作用在各个瓦块上的推力势必不尽相同,由此造成个别瓦块温度明显偏高。由此可见,传统径向推力联合轴承存在偏载及瓦温过高,有其结构因素。改善该推力轴承运行状况,需从改进结构设计着手。2leg推力轴承为了尽可能避免结构上作大的改动,新设计的推力轴承必须也能适用于老机组改造。为此,结合原有50MW机组上径向推力联合轴承的结构,综合考虑了各种因素后,推出了如图2所示的轴承结构。改进后的径向推力联合轴承保留了原有的径向轴承衬瓦、球面座、调整垫块、定位销及隔离径向轴承和推力轴承泄油用的挡油环。轴承壳体外形尺寸与原结构相同,只是取消了轴承壳体上的调节针阀及外侧挡油环。轴承壳体下方采用了可调式弹簧支座,推力轴承则采用新型的LEG(LeadingEdgeGroove)推力轴承,即瓦面进油边带进油槽的推力轴承。推力轴承的润滑采用直接供油和排油方式。润滑油通过轴承壳体上十个轴向孔后进入推力轴承的持环槽内,再由持环上每个进油孔进入连接瓦块与持环的供油管(见图3),最后通过瓦面上的进油槽直接将冷却的润滑油供至瓦面参与润滑。润滑后的热油则在推力盘旋转力及离心力作用下,进入轴承壳体回油环槽内,在轴承壳体下部正付推力瓦侧各有三个回油孔(见图2)将油直接排出。LEG推力轴承主要由瓦块、持环、平衡板组件及供油管等组成。LEG推力轴承瓦块为偏支设计,工作时能方便地形成油楔。瓦块背面采用凸出的球面支承,能使瓦块全方位自由摆动。持环的作用是保持瓦块和平衡板处于合适的工作位置,并能通过该持环将冷却的润滑油供应至与其相连接的供油管。平衡板组件是由周向分布的上下平衡板等组成。当推力发生偏载时,平衡板组件与瓦块球面支承一起使每块瓦块自动调节成承受相同的推力。供油管的作用是将持环和瓦块上的进油孔有机连接起来。由于供油管两端为球形状结构,并配有防泄漏的O型密封圈,这使其既保证冷却的润滑油能直接供应至瓦面,又能确保瓦块能自由地摆动。从LEG推力轴承结构特点可知,由于采用了直接供油方式,能使绝大部分冷却的压力润滑油直接进入瓦块的油楔内,能有效地使巴氏合金及推力盘表面得到冷却,可明显改善瓦温,由此可极大地降低润滑油的消耗量;因采用了直排式排油方式及取消了挡油圈,有效地避免了瓦面与热油再次接触及多余润滑油在轴承腔室内的扰动和搅拌;各瓦块间的自平衡受力结构彻底消除了瓦块偏载现象的出现。通过对普通浸润式推力轴承和LEG推力轴承分析计算比较,就能充分地反映出LEG推力轴承在性能上的优越性。图4为LEG推力轴承和普通浸润式推力轴承的主要性能分析比较。由图可知,在相同承载比压和不同平均直径速度情况下,LEG推力轴承瓦面温度(在75/75区域)降低8℃～28℃,承载能力可提高15℃～35%,润滑油流量可减少约60%,相对应的轴承耗功下降45%左右。综合上述分析,LEG推力轴承具有如下优点:(1)结构简单,安装与维护方便;(2)可有效地减小轴承磨擦耗功;(3)可明显地降低运行温度;(4)能在较小的润滑油流量下可靠地运行,可降低油系统的投资成本;(5)可极大地提高轴承承载能力。正是由于LEG推力轴承具有上述优越性能,因此,一般允许其瓦块设计比压可达2.5MPa～3.5MPa,而固定瓦块仅为0.5MPa～1MPa,一般可倾式瓦块也只为1MPa～2.5MPa。可见在相同转速、负荷及润滑条件下,LEG推力轴承设计结构可更为紧凑。3实测试验对比南京扬子石化热电厂50MW老机组原采用如图1所示的推力轴承结构,多年来一直存在推力轴承瓦温不稳定及温度偏高现象。最近在老机组改造时,其推力轴承采用了如图2所示的LEG推力轴承。为了比较两种推力轴承润滑性能,在老机组改造前后分别进行了不同工况下实测试验。表1为机组改造前后各轴承进排温度及瓦温实测数据。从表1看出,在轴承进油温度基本相同情况下,改造前后差异明显。LEG推力轴承瓦温比浸润式推力轴承低10℃～33℃,二者回油温度也相差3℃～6℃。图5为二种推力轴承瓦温比较曲线图。由图5曲线分析可知,浸润式推力轴承总体瓦温明显偏高,而且瓦温变化具有不稳定性,这主要是由于该类轴承仅能单方向可倾,而且瓦块间不能自动受力平衡。当机组负荷发生变化或受瞬态冲击时,就难免发生偏载,造成瓦温剧烈波动。另外,浸润式结构使热油反复扰动和搅拌,造成总体温升偏高。相反,LEG推力轴承瓦温不仅明显偏低,而且瓦温总趋势平稳,这主要得益于该类轴承采用了直接供排油方式、各瓦块自动受力平衡结构及取消了不必要挡油圈等措施。4leg推力轴系统优化润滑技术(1)传统浸润式米契尔推力轴承由于存在热油重复应用,磨擦耗功大;瓦块单方向可倾,且瓦块间无自动受力平衡等因素,因此无法避免轴承偏载及瓦温偏高现象。(2)LEG推力轴承