王艷武，王建剛

（哈爾濱電機廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150040）

0 前言

發(fā)電電動機的推力軸承通常具有適應(yīng)正反轉(zhuǎn)的特性。溧陽發(fā)電電動機的推力軸承也不例外，需要適應(yīng)正、反兩種工況的運行要求，那么就必須將支撐零件的中心正對扇形瓦的幾何中心，稱為正頂結(jié)構(gòu)，使推力軸承具備不同旋轉(zhuǎn)方向，在支撐結(jié)構(gòu)上具有相同的特性。這樣，會給推力軸承旋轉(zhuǎn)時帶來油膜形成不穩(wěn)定的負面影響，原因是推力瓦中的動壓油膜在不等壓狀態(tài)下運行，最大壓力出現(xiàn)在偏心位置，若必須正頂，此時支撐點與最大壓力處產(chǎn)生一力矩，就強迫瓦面有翻轉(zhuǎn)的趨勢，造成楔形動壓油膜不穩(wěn)定的負面影響。解決這個問題的主要措施是降低推力瓦的單位壓力，可改善推力瓦的機械變形，從而降低動壓油膜的最高壓力值。另外，提高軸承的周速，能使動壓油膜的厚度增大，可保證形成穩(wěn)定的楔形油膜，使正反轉(zhuǎn)運行的推力軸承安全穩(wěn)定運行。HEC以及一些其他設(shè)計單位的蓄能項目的成功運行，印證了上述理論。

溧陽抽水蓄能電站發(fā)電電動機運用60年來對大電機軸承設(shè)計和制造經(jīng)驗的歸納總結(jié)，對推力軸承與下導(dǎo)組合軸承及推力軸承單波紋彈性油箱支撐結(jié)構(gòu)進行總體設(shè)計。

1 結(jié)構(gòu)說明

溧陽發(fā)電電動機的推力負荷815t，推力軸承位于轉(zhuǎn)子下部，并與下導(dǎo)軸承共用一個油槽，為組合軸承結(jié)構(gòu)，詳見圖1。

該推力軸承比懸式的推力軸承安裝和檢修稍有難度，但最大的優(yōu)點是使機組總體結(jié)構(gòu)緊湊，可降低廠房高度。該組合軸承可利用轉(zhuǎn)子支架設(shè)置臨時吊點，安裝和檢修時可方便起吊導(dǎo)瓦；另外在油槽壁上開設(shè)窗口作為安裝和檢修推力軸承的作業(yè)通道，可解決傘式機組的組合軸承安裝和檢修不便的問題。

根據(jù)與相似機組的比較，可見溧陽推力瓦單位壓力設(shè)計值為 2.5MPa，最小油膜厚度計算值為 0.15mm等較合理的數(shù)據(jù)，唯獨軸承損耗較大，也是發(fā)電電動機組合軸承的特點，所以對溧陽發(fā)電電動機的組合軸承的設(shè)計重點應(yīng)為保證形成穩(wěn)定的壓力油膜。

溧陽發(fā)電電動機的下導(dǎo)軸承和推力軸承共用一個油槽，利用推力頭外圓柱面作為與導(dǎo)瓦的摩擦面，其特點是導(dǎo)軸承摩擦面直徑較大，導(dǎo)瓦數(shù)較多，周速高，加大了軸承損耗，所以在設(shè)計中采用了對導(dǎo)軸承加強冷卻的措施。

圖1 推力和下導(dǎo)組合軸承

溧陽發(fā)電電動機的下導(dǎo)軸承采用哈電傳統(tǒng)支撐結(jié)構(gòu)，即正頂球面支柱支撐結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)為球面與平面接觸，使瓦傾斜靈活，導(dǎo)瓦鎢金面直徑大于接觸面直徑，裝配后導(dǎo)瓦雙側(cè)自然存在楔形進油間隙，可適應(yīng)正反轉(zhuǎn)運行工況。安裝間隙使用墊片調(diào)整，實現(xiàn)了支撐位置不偏心，也不必在工地刮研導(dǎo)瓦，可保證導(dǎo)軸承安全穩(wěn)定運行，此結(jié)構(gòu)為哈電傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

溧陽發(fā)電電動機的推力軸承支撐方式采用哈電傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，即單波紋彈性油箱支撐結(jié)構(gòu)，如圖2所示，彈性油箱的箱體采用韌性好的合金鍛鋼，將其加工成帶有波紋狀的圓筒，將數(shù)個圓筒與相關(guān)組件焊成全封閉的連通器，抽真空注油后形成彈性油箱支撐。該支撐借助連通器原理，通過油壓的傳遞，可自動平衡由于加工。安裝和運行產(chǎn)生的各瓦間的受力差異。單波紋彈性油箱支撐結(jié)構(gòu)是每塊扇形瓦對應(yīng)一個油箱，即將扇形瓦的幾何重心對準單個油箱的圓心，直接放置在油箱頂部，可減少扇形瓦的機械變形，大幅提高了推力瓦的承載能力，并借助彈性油箱的易彎性，可使扇形瓦傾斜靈活，便于形成動壓油膜。實踐證明，單波紋彈性油箱支撐可在0.3mm范圍內(nèi)自動平衡各瓦間的受力差異。溧陽發(fā)電電動機的單波紋彈性油箱圖紙要求各油箱間加工允許誤差不大于0.05mm，推力瓦各瓦間加工允許誤差不大于0.05mm，所以工地裝配后可不必進行調(diào)整瓦受力的工序。

圖2 單波紋彈性油箱

溧陽發(fā)電電動機的推力軸承瓦采用厚薄瓦的雙層瓦結(jié)構(gòu)，如圖3所示。雙層瓦之間采用鴿尾鍵連接，可單獨抽出薄瓦檢修，托瓦為厚瓦，外圓處設(shè)置限位措施，使正反轉(zhuǎn)時瓦均在正頂位置。雙層瓦結(jié)構(gòu)的最直觀的優(yōu)點是使推力瓦的機械變形和熱變形最小，可降低動壓油膜最大壓力幅值，有利于穩(wěn)定油膜的形成。推力瓦的薄瓦厚度為60mm，鎢金層4mm，表面不需要刮研。為適應(yīng)推力瓦正反轉(zhuǎn)的需求，推力瓦兩側(cè)邊鎢金面都加工有進油邊。

圖3 推力軸承瓦

溧陽推力軸承的推力頭采用境板和推力頭一體的結(jié)構(gòu)，稱為鏡板推力頭，材質(zhì)選用適應(yīng)鏡板性能的材料，還要考慮推力頭外圓作為下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子的需要。鏡板推力頭的優(yōu)點是既減少了一個裝配的結(jié)合面，也減少了此面加工誤差引起的軸線擺度不好的現(xiàn)象，又降低了組合軸承的高度。推力頭直接與轉(zhuǎn)子支架下圓盤連接，裝配僅用把合螺栓，不需要銷釘，優(yōu)點是必要時可單獨將推力頭或轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一個合適的角度，來調(diào)整軸線的擺度。

溧陽推力和下導(dǎo)組合軸承的特點是總損耗較大，是軸承的摩擦損耗和攪拌損耗的總和，兩個軸承在一個油槽內(nèi)，瓦的發(fā)熱會相互影響，散熱條件較差，必須有一個良好的潤滑冷卻系統(tǒng)，使兩個軸承都得到充分的熱交換，同時使兩個軸承的溫度穩(wěn)定在安全的運行范圍內(nèi)。選擇外加泵外循環(huán)作為溧陽組合軸承的潤滑冷卻方式是必要的，因為可選擇足夠的潤滑油循環(huán)壓力和較大的潤滑油流量，并可將冷卻系統(tǒng)設(shè)置在有較大放置空間的機坑外,充分保證推力和下導(dǎo)組合軸承的安全穩(wěn)定運行。

溧陽推力軸承油槽內(nèi)的循環(huán)油路采用瓦間隔板結(jié)構(gòu)，即在扇形瓦之間，瓦的高度方向適當(dāng)位置裝設(shè)一扇形薄板，稱為瓦間隔板，瓦間隔板至鏡板所形成的截面為冷油通道。再沿瓦間隔板高度位置，在油槽中部另設(shè)一隔板，稱中隔板。中隔板將油槽分成上下兩個腔，下腔為冷油腔，上腔為回油腔。通過數(shù)根油槽內(nèi)的導(dǎo)油管將熱油腔內(nèi)的油吸入油槽下部的集油環(huán)管內(nèi)，通過外循環(huán)油泵將冷卻后的冷油送回油槽，完成一次油的潤滑冷卻循環(huán)。

3 結(jié)論

通過以上的分析和對該單波紋彈性油箱支承結(jié)構(gòu)在推力軸承試驗臺的真機模擬試驗的成功驗證，可以得出溧陽推力和下導(dǎo)組合軸承及推力軸承單波紋彈性油箱支承結(jié)構(gòu)合理，可以滿足溧陽發(fā)電電動機安全穩(wěn)定運行的要求。此結(jié)構(gòu)為國內(nèi)在抽水蓄能機組發(fā)電電動機設(shè)計上首次嘗試采用，推力軸承采用彈性油箱支撐將為大型抽水蓄能機組安全運行提供保證。