发电机推力轴承的正反向优化设计

推力轴承布置在水轮机一侧，固定在座环上。镜板与水轮机轴制成一体。镜板两侧各有8块相同的扇形推力瓦，每块瓦由支柱螺丝支承，支柱螺丝固定在支承板上，可调整轴瓦的位置和受力。

正反向推力轴承承受最大轴向推力为27.5t，考虑到加工精度与安装情况，选择计算油膜厚度为0.035～0.03mm，支持点不偏心，即ε=0，轴承外径R=720mm，瓦宽b=160mm，瓦长l=164mm。

轴承体固定在圆锥形的轴承座上。轴承体上有三只螺丝千斤顶，安装时临时用来固定和调整水轮机主轴。见图4-10。

推力轴承正反向各有一根φ3/4″进油管，每向各有两道密封，其间设有φ2″排油管。轴承体上方有一回油管接至轴承油箱。润滑油经过滤后泵回高位油箱。

4.5.3.1 扇形瓦推力轴承的润滑计算

根据给定推力轴承负荷和机组转速，计算确定推力轴承的主要润滑数据，如扇形瓦的块数、内外径、长宽比、支承位置及轴承的其他结构部件等，见图4-11。

推力轴承的主要计算数据如下。

（1）额定转速nr（r/min）。

（2）推力轴承总负荷F（kgf）。

图4-10　正反向推力轴承（单位：mm）

1—盘根；2—支柱螺丝；3—定位板；4—反向推力轴瓦；5—支承板；6—轴承座；7—轴承体；8—轴承端罩；9—正向推力轴瓦；10—温度计；11—进油管；12—镜板；13—水轮机轴

（3）轴瓦内径D 1（由结构设计定）（cm）。

（4）轴瓦外径（cm）。式中，p为轴瓦单位压力；对于采用弹性支承，且各瓦受力不均匀度小于5%时，取p=40～60kgf/cm2；对于正、反转和刚性支承的，[p]≤40kgf/cm2；ψ为轴瓦间隙系数，一般取0.75～0.90。

图4-11　推力轴承计算尺寸

（a）润滑尺寸；（b）水冷瓦尺寸

（5）轴瓦宽度。

（6）轴瓦数（取整数）。式中，轴瓦长度与宽度比值，一般取0.6～0.9；按计算结果进行调整。

（7）轴瓦圆心角。

（8）平均直径（cm）。

（9）轴瓦名义长度（cm）。

（10）比值。

（11）轴瓦面积A=bl（cm2）。

（12）单位压力）。

（13）平均周速（m/s）。对于普通瓦、内循环冷却结构，po值宜取小于700。

（14）轴支承位置的选取。

支承直径

其中　

径向偏心　

周向偏心e　e=（0.04～0.10）l

取下限值，使轴瓦具有较大的承载能力，但瓦温较高；取上限值则反之。

（15）计算系数。

负载系数φp=

摩阻系数φμ=

循环系数φ1=　；φ2=

当e=（0.04～0.07）l时，按图4-12（a）K==2曲线查取；当e=（0.07～0.10）l时，按图4-12（b）曲线查取。

选用30号或22号汽轮机油，并近似取：热容量C=0.45[kcal/（kg·℃）]；比重γ=0.866（tf/m3）。

图4-12（一）　推力轴承计算曲线(www.xing528.com)

（a）K=h1/h2=2；（b）K=h1/h2=3

图4-12（二）　推力轴承计算曲线

（c）润滑油黏度与温度关系

（16）轴瓦进油温度通常取t 1=30～35℃。

（17）油流过轴瓦后的温升：

其中　

对于普通瓦、内循环冷却结构，Δt1的计算值应小于30℃。否则应改变润滑参数或采用强制冷却结构。

（18）油的平均温度。

（19）油的平均黏度。按tc查图4-12（c），得λ值（kgf·s/m2）。

（20）轴瓦的润滑特性系数。

（21）轴瓦出口边最小油膜厚度h2=φpθl（mm）。

应满足h 2≥0.04（mm）；当轴瓦的机械变形值为h f时，应满足。

（22）油膜的摩擦系数μ=0.1φμθ。

（23）推力轴承总损耗。

（24）总耗油量Q=0.00975φ1 mνblθ（l/s）。

（25）油的平均温升（℃），校验：Δt 1-Δt＜±5℃。

（26）若考虑瓦的出油边热油对下一块瓦的影响（设计时应考虑这个因素）。

则　　

（27）出油温度t2=t1+Δt；应满足t2≤65～70℃，如t2过高，在满足最小油膜厚度的条件下，可取e=（0.07-0.10）l进行计算；如仍不满足，则应改变轴瓦基本尺寸或采用水冷瓦结构。

4.5.3.2 水冷瓦简化热计算

主要计算数据如下。

（1）每块瓦冷却水管的总热交换面积：式中：d 1为汇水管直径，m；d 2为横向支管直径，m；b1为汇水管长度，m；∑ln为每块瓦横支管总长度，m。

A 1=2πd 1b1+πd 2∑ln（m2）

（2）单块瓦支管总过流面积：

式中：n为每块瓦上的支管数。

（3）推力轴承水冷瓦的总冷却水量：

Qs=mo 1 A 2（m3/s）

式中：o 1为支管平均流速，取0.8～1.2m/s。

（4）水冷瓦带走的损耗：

Ps=mαs A 1Δts（kW）

式中：αs为综合散热系数，根据试验确定；当hs=30～35mm，f=10～12mm时，αs=2.5-3.5[kW/（m2·℃）]。Δts为瓦面平均温度与冷却水平均温度之差，当进水温度低于30℃时，一般取Δts=（8～10）℃。

4.5.3.3 江厦电站二期工程发电机推力轴承润滑计算主要参数

推力轴承润滑计算主要参数见表4-7。

表4-7　推力轴承润滑计算主要参数

续表