華 軍

(蘭州蘭電電機(jī)有限公司，甘肅 蘭州 730050)

0 引言

內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾煤礦水源工程電機(jī)型號(hào)為:TL1800－6/17301800 kW 6 kV。由于協(xié)議要求電機(jī)聯(lián)泵后軸系要同找擺度，故推力軸承采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。該產(chǎn)品的研制成功為我公司開發(fā)大型高速立式電機(jī)的軸承及密封設(shè)計(jì)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

1 軸承參數(shù)

電機(jī)額定轉(zhuǎn)速:n=1000 r/min推力頭外徑:D0=640 mm

推力瓦平均瓦長:L=150 mm

推力瓦夾角:β=38°

推力瓦塊數(shù):8

推力頭平均周速:v=33.5 mm/s

推力載荷(向下):53 t

推力瓦單位壓力:2.55 MPa

潤滑油牌號(hào):N46

支撐方式:球面支柱螺栓剛性支撐

軸承冷卻方式:外循環(huán)，即熱油經(jīng)油槽外板式換熱器冷卻后再向軸承室供油。

2 推力軸承系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

該電機(jī)的推力軸承與上導(dǎo)軸承合同一個(gè)油槽，這種布置的結(jié)構(gòu)形成了一個(gè)簡單的自循環(huán)，原設(shè)計(jì)(見圖1)在油槽內(nèi)放置了冷卻器，以便帶走摩擦損耗產(chǎn)生的熱量，但電機(jī)空載試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)瓦溫過高，已達(dá)70℃，潤滑油油溫為65℃，試驗(yàn)冷卻水量為8 m2/h，冷卻水溫為20℃。這樣，電機(jī)不能進(jìn)行帶載試驗(yàn)。分析其原因，主要是由于推力軸承周速高，潤滑油在油槽內(nèi)急速攪拌，油流變成了紊流(管區(qū)雷諾數(shù)Re=1830)，使油呈乳白色，并有許多油的混氣(混氣是由微小空氣泡組成)，這些油的混氣泡沫包圍在冷卻器銅管的表面形成隔熱層，使冷卻器冷卻效果變差。同時(shí)油的高速攪拌與冷卻器的碰撞加大了油的內(nèi)摩擦損耗。最終造成軸承室油的熱容量不夠，瓦溫隨著油溫的升高而升高。針對(duì)這種情況又作了以下試驗(yàn):

首先，做了增大軸承室油量的試驗(yàn)(電機(jī)空載)，即油在油泵的作用下，從軸承室內(nèi)抽出，經(jīng)過一個(gè)油灌后回到軸承室，形成油的閉合回路，試驗(yàn)時(shí)油泵的流量為20 L/min，試驗(yàn)結(jié)果，軸瓦溫度降低到65℃，油溫為60.5℃(試驗(yàn)時(shí)軸承室內(nèi)冷卻器的冷卻水量及冷卻水溫度均保持不變)，從試驗(yàn)結(jié)果看，增大油室的熱容量，雖能降低瓦溫度，但降低的幅度太小。另外受用戶安裝場地的限制，不允許把外串油灌體積設(shè)計(jì)得很大，因而認(rèn)為方法不妥。

其次，又作了取消軸承室內(nèi)冷卻器，改為外串板式換熱器的試驗(yàn)(電機(jī)在水泵廠進(jìn)行帶載試驗(yàn)，見圖2)，即將熱油從軸承室內(nèi)用油泵抽出，經(jīng)過外串的一個(gè)板式換熱器冷卻后，再回到軸承室，試驗(yàn)時(shí)油泵的流量60 L/min，冷卻水量為10 m3/h，冷卻水溫度為21℃，試驗(yàn)結(jié)果，瓦溫50℃，油溫35℃。從試驗(yàn)結(jié)果看，采用此方法已能完全滿足用戶的正常使用。

3 減少軸承室內(nèi)的混氣產(chǎn)生及擋油管的油封設(shè)計(jì)

由于推力軸承周速高，推力頭對(duì)油液的高速攪拌，將會(huì)使油液的速度和壓力處于激烈的變化狀態(tài)，油面也將不穩(wěn)，同時(shí)，還會(huì)使表面油層激烈翻滾吸入空氣，使油槽內(nèi)有大量的混氣，當(dāng)混氣達(dá)到一定程度時(shí)，油中的混氣泡沫會(huì)沿?fù)跤凸軆?nèi)表面上升(如擋油管與軸之間有偏心，則“偏心泵”現(xiàn)象會(huì)加重漏油量)，因而漏到電機(jī)內(nèi)部。針對(duì)上述情況，在設(shè)計(jì)中分別采取了措施(見圖3)，即對(duì)油面不穩(wěn)問題，采用了一方面在推力頭外側(cè)增設(shè)隔油圈的措施，其目的是減小油急速攪拌的動(dòng)壓及油槽內(nèi)混氣的產(chǎn)生量;另一方面，在油槽中設(shè)多層穩(wěn)油板，使油面趨于穩(wěn)定。對(duì)于擋油管的油封問題，一方面采用多層擋油管，即利用旋轉(zhuǎn)件上梳齒與多層擋油管開寬窄相間的間隙，防止混氣泄漏;另一方面，還在推力頭內(nèi)孔加工幾個(gè)溝槽，溝槽的斜面向下，其目的也是防止混氣泄漏，并且在電機(jī)上機(jī)架設(shè)補(bǔ)氣管，將大氣引至轉(zhuǎn)子內(nèi)圈擋油管處的負(fù)壓區(qū)。采取以上措施后，電機(jī)運(yùn)行時(shí)，油面基本上穩(wěn)定，擋油管油封措施合理，沒有發(fā)生泄漏油現(xiàn)象。

圖3 增設(shè)隔油圈的推力軸承

4 結(jié)語

該產(chǎn)品在用戶運(yùn)行的結(jié)果證明大型高速立式電機(jī)推力軸承的冷卻方式，用外循環(huán)冷系統(tǒng)來減小油的攪拌碰撞及解決瓦溫高的問題，是一種簡便可行的方法。并且用隔油圈減小油槽內(nèi)混氣的產(chǎn)生及用迷宮式多層擋油管防止油泄漏，也是一種簡便可行的方法。該產(chǎn)品的試制成功，為我公司今后研制高速大型立式電動(dòng)機(jī)，特別是大型高速立式水輪發(fā)電機(jī)，積累了保貴的經(jīng)驗(yàn)。