姚文革 張 芳（哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

洪都拉斯LaVegona水電站的水導(dǎo)軸承設(shè)計(jì)

姚文革 張 芳
（哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

摘 要：本文對(duì)外冷卻的分塊瓦軸承的結(jié)構(gòu)與工作原理進(jìn)行了介紹，此類軸承應(yīng)用于立式水輪發(fā)電機(jī)組。

關(guān)鍵詞：分塊瓦導(dǎo)軸承；外冷卻；軸流式水輪機(jī)

1 前言

LaVegona水電站位于洪都拉斯中部Comayagua河上，海拔高度105m。電站裝設(shè)二臺(tái)單機(jī)容量為22MW的軸流式水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組。LaVegona水電站最大水頭25.82m，機(jī)組額定轉(zhuǎn)速171.4r/min，水輪機(jī)主軸軸領(lǐng)處直徑φ900mm。機(jī)組是軸流式機(jī)組，軸瓦承載面的線速度和承載力都不是很高，而且軸承損耗不會(huì)太大，軸承本身的設(shè)計(jì)不存在難度。但由于機(jī)組本身尺寸較小，合同要求冷卻器設(shè)置在油箱外面以方便冷卻器的更換，并要求不拆軸承的前提下，可以更換軸承下方的主軸密封，因此軸承冷卻器的布置成為了關(guān)鍵。鑒于拆裝主軸密封的方便，油箱不能設(shè)計(jì)的太大，而機(jī)坑的尺寸不足以放置冷卻系統(tǒng)，所以設(shè)計(jì)時(shí)將冷卻器布置在機(jī)坑外，使用電動(dòng)泵將油箱里的潤(rùn)滑油經(jīng)過(guò)出油管導(dǎo)入冷卻器，經(jīng)冷卻后，再經(jīng)回油管流回到油箱，形成潤(rùn)滑油的循環(huán)系統(tǒng)。根據(jù)電站運(yùn)行后的反饋，該軸承在進(jìn)行機(jī)組調(diào)試后，各項(xiàng)指標(biāo)均已達(dá)到設(shè)計(jì)要求，油瓦溫全部正常，運(yùn)行良好，因此有必要對(duì)該軸承的設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)。

2 LaVegona水輪機(jī)主要參數(shù)及對(duì)水導(dǎo)軸承的要求

2.1 水輪機(jī)主要參數(shù)

（1）水輪機(jī)額定出力：22MW；（2）額定水頭：22.04m；（3）額定轉(zhuǎn)速：171.4r/min；（4）飛逸轉(zhuǎn)速：450r/min；（5）軸領(lǐng)直徑：Φ900mm；（6）徑向力：5500kg。

2.2 水導(dǎo)軸承的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（1）具有足夠的油膜剛度，油溫不超過(guò)允許值（65℃），滿足潤(rùn)滑冷卻的要求。（2）導(dǎo)軸承瓦的安裝間隙，單邊為0.2mm～0.25mm。整體結(jié)構(gòu)應(yīng)方便間隙調(diào)整。（3）軸承底部體積不宜過(guò)大，要給主軸密封的檢修維護(hù)留出操作空間。（4）潤(rùn)滑油循環(huán)系統(tǒng)部署可靠，流量﹑壓力設(shè)定合理，保證循環(huán)系統(tǒng)在運(yùn)行和停機(jī)時(shí)都不發(fā)生意外。

3 LaVegona水輪機(jī)水導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 分塊瓦軸承計(jì)算

（1）承載能力

其中：λ-軸瓦的瓦間比；

Ap-瓦在軸領(lǐng)面上投影面積；

n-主軸轉(zhuǎn)速；

δ-瓦的單邊間隙；

ψ1-系數(shù)，與偏心比有關(guān)的系數(shù)。

（2）損耗功率

其中： Dp-軸領(lǐng)外徑；

ψ2-系數(shù)，與偏心比有關(guān)的系數(shù)。

（3）冷卻計(jì)算與油泵的循環(huán)能力（略）

3.2 LaVegona水導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)說(shuō)明

水導(dǎo)軸承及循環(huán)油路如圖1所示。

（1）LaVegona水導(dǎo)軸承為稀油自潤(rùn)滑軸承，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上盡可能的靠近轉(zhuǎn)輪。外置冷卻器的設(shè)計(jì)能防止冷卻水進(jìn)入潤(rùn)滑系統(tǒng)。導(dǎo)軸承油箱設(shè)有油位報(bào)警信號(hào)裝置及油混水報(bào)警裝置，出現(xiàn)異常情況發(fā)出報(bào)警信號(hào)。（2）軸瓦在工廠刮研，不在安裝現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行刮研。為了便于裝拆，軸瓦背面預(yù)留了螺孔。軸瓦表面澆鑄5mm厚巴氏合金，澆鑄前鍍錫處理。通過(guò)超聲波探傷對(duì)巴氏合金與軸瓦體的結(jié)合情況進(jìn)行檢查，至少有95%的面積接觸。（3）8塊分塊瓦沿圓周均布，用受熱變形小的優(yōu)質(zhì)鋼制造，能夠承受機(jī)組可能產(chǎn)生的最大飛逸轉(zhuǎn)速及最大徑向作用力。軸承間隙使用一對(duì)楔子板調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)后用螺紋固定。（4）油箱帶有箱蓋，防止臟物進(jìn)入軸承，箱蓋設(shè)有檢查孔。油箱設(shè)有取油樣放油接口和手閥。（5）軸承體分為兩瓣把合，方便拆裝。下部油箱體積適當(dāng)縮小，保證檢修人員能從進(jìn)人孔進(jìn)入油箱下方，維護(hù)主軸密封時(shí)有足夠的操作空間。（6）水導(dǎo)軸承允許主軸軸向移動(dòng)。水輪機(jī)主軸與發(fā)動(dòng)機(jī)主軸解聯(lián)后，允許主軸沿軸線下移，轉(zhuǎn)輪能坐放在座環(huán)上。（7）出油孔選在下油箱，通過(guò)油泵將熱油導(dǎo)入冷卻器，冷卻后的冷油經(jīng)回油管分成的8個(gè)叉管，噴射在兩瓦之間的軸領(lǐng)表面。經(jīng)過(guò)工作面后的熱油有通油孔流入下油箱，形成循環(huán)。（8）水輪機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，軸瓦溫度不得超過(guò)65℃，軸承油溫不得超過(guò)55℃。當(dāng)機(jī)組帶額定負(fù)荷正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，冷卻水中斷15 min內(nèi)不燒瓦。

4 機(jī)組運(yùn)行情況

洪都拉斯LaVegona水電站已經(jīng)投入運(yùn)營(yíng)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)提供的機(jī)組運(yùn)行檢測(cè)數(shù)據(jù)，在水導(dǎo)軸承處的擺度單邊均不超過(guò)0.2mm，瓦溫和油溫均在正常范圍內(nèi)。潤(rùn)滑油循環(huán)系統(tǒng)工作穩(wěn)定，沒(méi)有出現(xiàn)斷流﹑停泵回油等情況。說(shuō)明此水導(dǎo)軸承設(shè)計(jì)的合理，能夠滿足機(jī)組的要求。

結(jié)語(yǔ)

洪都拉斯LaVegona軸流式水輪機(jī)，成功地采用了外冷卻分塊瓦軸承。該類水導(dǎo)軸承的研究和設(shè)計(jì)極大地豐富了公司在外冷卻分塊瓦水導(dǎo)軸承方面的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]哈爾濱大電機(jī)研究所.水輪機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1976.

圖1

中圖分類號(hào)：TK730

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A