汽轮机支持轴承.docx

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汽轮机支持轴承

汽轮机支持轴承

一、支持轴承的工作原理

高速旋转的转子轴颈将具有一定黏度的润滑油带到轴颈下方，形成油膜（也可称为油楔），将转子托起，转子轴颈处于润滑油包围之中，这样就避免了转子轴颈与轴承轴瓦表面发生干摩擦。

在转子轴颈线速度很低时，轴颈下方可能无法形成油膜，此时转子轴颈与轴瓦表面将相接触，发生干摩擦，容易导致转子轴颈和轴瓦拉毛。

为了避免这种现象发生，有的汽轮机组设置了高压（约30Mpa）顶轴油系统。

在转子轴颈线速度很低时，高压顶轴油系统投入运行，高压油从轴颈下方将轴颈顶起，使转子处于安全的运行状态。

直到转子轴颈的线速度足以在其下方形成油膜，且油膜的承载能力能够与轴颈载荷平衡。

此时，高压顶轴油系统自动停运。

转子轴颈的线速度越高，形成油膜的托起合力就越大，当油膜托起的合力大于轴颈加到该轴承的载荷时，轴颈将被抛荡起来，这时，转子轴颈、油膜、轴承构成的系统发生“油膜振荡”，或称为“系统失稳”。

设计和使用轴承时，要注意这些问题。

（1）圆筒形轴承

常用的圆筒形轴承在下瓦中分面附近位置（轴颈旋转方向的上游）处有进油口，轴颈旋转时只能形成一个油楔，这种轴承称为单油楔圆筒形轴承，这种轴承有可能发生失稳现象。

（2）三油楔轴承

在其下瓦偏垂直位置两侧都有进油口，在上瓦还有一个进油口，轴颈旋转时能形成三个油楔，故称为三油楔轴承。

这种轴承有可能发生失稳现象。

（3）椭圆轴承

其垂直方向的短径略小于水平方向的长径，在下瓦中分面附近位置（轴颈旋转方向的上游）处有进油口。

轴颈旋转时能形成两个油楔，这种轴承也有可能发生失稳现象。

（4）可倾瓦轴承

其轴瓦由若干可绕其支点转动的轴瓦弧段组成。

每一个轴瓦弧段之间的间隙作为轴瓦的进油口。

轴颈旋转时，每一个轴瓦形成一个油楔。

这种轴承自动对中性好，不会发生失稳现象。

（5）“袋式轴承”

它是ABB公司对其所采用轴承的专有名称。

这种轴承类似于椭圆轴承，但由于采用特殊的加工方法，在结构上，在轴瓦距两端面40mm处仍然是完整的圆轴瓦，借以阻挡油的泄漏程度；轴瓦的中间段与两端面之间形成深度约0.7mm的小台阶，构成油袋。

下轴瓦还设置了顶轴油囊，油囊最深处的深度约0.2mm。

这种轴承仍然要注意避免失稳现象的发生。

转子轴颈在轴瓦内高速旋转，造成油膜内的液体摩擦，所消耗的能量将转变成热能。

因此，每个轴瓦应有足够的润滑油流量，及时把轴瓦内的热量带走，才能保证轴瓦金属温度始终保持在允许的范围内（在70~90℃的范围内，是正常状况，极限≤100～110℃）。

这就要求轴颈与轴瓦间要有足够的间隙，也就是说，在运行状况下，要有足够的油膜厚度（600MW汽轮机组的轴颈、轴瓦之间能够形成的油膜最大厚度约为0.2mm）。

此外还要求轴瓦供油有足够的压力，才能保证轴瓦的供油量。

润滑油供油压力太低和轴瓦金属温度太高，都是危险的，必须予以相应处理。

下面分别从各自的结构特点及检修特点两方面进行介绍

二、支持轴承的结构特点

1、圆筒形轴承

圆筒形（或称圆柱形）轴承是最早用于汽轮发电机上的老式滑动轴承，其轴瓦内孔呈圆形，内孔等于轴颈直径Ф加顶部间隙，而顶部间隙а为轴颈的1.5/1000—2/1000，两侧间隙ь各为顶部间隙的一半，如图。

轴承下瓦与轴颈的接触角按轴瓦长度L与轴颈ф之比（长颈比）及轴瓦负荷大小而定。

一般取60０左右，当轴瓦长度与直径之比小于0.8—1或轴瓦负荷大于0.8—1MPа时，接触角可达到75０左右。

圆筒形轴承被广泛用于中小型汽轮机上，但是在大功率汽轮发电机上仍有使用，它结构简单，便于制造加工和检修维护。

2、椭圆形轴承

椭圆形轴瓦是随着汽轮机单机容量不断增大和转速不断升高，而在圆筒形轴瓦的基础上发展起来的。

它被用于功率较大的机组上。

椭圆形轴瓦的顶部间隙约为轴径直径的1/1000，两侧间隙各为轴径直径的1/1000左右，即内孔上下直径为（ф+0.001ф），左右直径为（ф+0.002ф）。

所以，椭圆轴承实际上是由两个不完全的半圆合成的，即在加工时，只要在水平中分面两侧，按设计的椭圆度加垫片，加工结束后取去垫片，即成椭圆轴承。

上述两种轴瓦的另一结构特点为润滑油进油是顺着转动方向供给的，如图5—3所示。

润滑油进入轴瓦后，顺转动方向到达轴颈上部，冷却轴颈，再流到下部起润滑作用。

同时为了减少摩擦及使油易于循环，一般轴瓦上部车有油槽，其宽度约为轴瓦长度的1/3，该油槽到接合面附近就向两端扩大，以保证润滑油在轴瓦全长分布均匀。

3、三油楔轴承

70年代初，在国产125MW、200MW、300MW汽轮发电机组上应用了三油楔轴承。

三油楔轴承与圆筒形、椭圆形轴承比较，在结构上有下列特点：

（1）轴瓦上有三个进油口，每个进油口均开有平滑的楔形面，由此称为三油楔轴承。

由于实际运行时转子发生偏移，造成对称的三油楔深度变成不对称，使轴承承载不同，抗振性不对称，致使运行不稳定。

因此，油楔的形状各不相同。

油楔的展开角θ1约为105０～110０，是三个油楔中最长的一个，其余两个油楔的展开角θ２=θ３，约为55０～58０。

当转子转动时，三个油楔中都建立起一层油膜，其压力如图5－5所示。

油楔中的油被挤压的油膜压力反过来作用在轴的三个方向上，如图5—5中的F1、F2、F3所示，使轴较稳定的在轴瓦中转动，所以油膜比较稳定。

实践证明，三油楔轴承对高速轻载油膜比较稳定，而对中载、中速油膜稳定性欠佳。

如N300-16.18/550/550型机组给水泵汽轮机上使用情况较好，而主机上使用时稳定性较差，易产生油膜震荡。

（2）轴瓦与瓦枕之间有一个环形压力油室，以保证进入三个油楔中的润滑油的均匀性。

（3）为了不使轴瓦在中分面处将油楔切断，轴瓦中分面需与水平面成３5０的倾角，所以，轴瓦在安装时应按设计要求转过３5０，然后加防转销。

从这点看，三油楔轴承在拆装方面比其它轴承复杂。

（4）轴瓦表面不需要研刮，也不宜修刮。

4、可倾瓦轴承

可倾瓦也称密切尔式径向轴承或称自动调整中心式轴承。

可倾瓦的瓦块具有三块、四块……甚至十二块瓦块，瓦块在支持点上可以自由倾斜。

在油层的动压力作用下，每个瓦块可以单独自由的调整位置，以适应转速、轴承负载等动态条件的变化。

可认为，这种轴承每一瓦块的油膜作用力都通过轴颈中心，因此，它没有可引起轴心滑动的分力。

所以这种轴承具有极高的制动性，它能有效的避免油膜自激振荡及间隙振荡，同时对于不平衡振动也有很好的限制作用。

可倾瓦的摩擦损失较小，其缺点是制造复杂，价格较贵。

三河350MW及定州600MW汽轮机高中压转子的轴承，均采用如图5—6所示的可倾瓦。

该轴瓦是一种小瓦块式结构，轴瓦2在圆周上分成4块，每块瓦块均由在锻钢件上浇铸轴承合金而构成。

瓦块自由的放置在支持环1内，由球面支点块7支持，球面支点块与瓦块间有内垫片6，球面支点块与支持环间有外垫片8，内垫片与球面支点块呈球面接触。

因此，瓦块在球面支点块上，能使在圆周方向上自由倾斜而形成油楔。

四个瓦块均有球面支点块，因此形成四个油楔。

调整球面支点块的厚度，可保持轴承的规定间隙。

为保证拆装后的装配正确，必须将轴承瓦块内垫片、球面支点块及外垫片，标之同一序号，并在支持环上打好对应的钢印号码。

这样能在拆装时不弄错，并能保证装配在同样的相对位置上。

支持环分成两块，用螺栓17连接，由安装在支持环上的调整块13支撑在轴承洼窝内，而调整块中的三个，安装在支持环下半部的垂直中心线上及与水平面成４5０的中心线上，其他两个安装在支持环上半部与水平面成４5０的中心线上。

为了保证轴承中心，在各调整块和轴承洼窝之间装有调整垫片14和16，以便轴瓦在垂直和水平方向上能自由调整和移动。

另外，在水平接合面处下面插入防转销，以防支持环转动，调整块同样要打上记号，以防拆装时弄错。

润滑油从轴承下面的孔进入，通过调整块中的孔，从支持环两端的环形槽流到轴瓦内部，油被分布到轴颈表面，然后由轴颈两侧流经油挡，从油挡板底部排油孔排出流回油箱。

轴承两端装有浮动式内油挡，油挡环5固定在油挡支持板3、4上，整个油挡分成上下两半用螺栓直接固定在支持环上。

5、压力式轴承

压力式轴承是在圆筒形轴承上瓦中央开有油槽，此油槽可以使润滑油的动能变成压力能，把轴心向下压，降低了轴心位置。

轴心位置的抬高是发生轴承油膜自激振荡的因素，所以这种轴承可防止油膜自激振荡的发生。

但是，它对油中杂质特别敏感。

如果杂质积聚在油槽处，不但会降低防止油膜自激振荡的效果，而且会加速轴瓦磨损。

N300-16.67/537/537和TC2F-33.5型汽轮机低压转子两端采用这种轴承，其结构如图5-7所示。

轴承本体分上下两块组成，它由铸钢制成，在内层浇铸轴承合金，并在轴承合金上开有间断槽形的润滑油通路。

这对避免产生油膜自激振荡带来一定的好处。

轴承本体由三个球面调整块固定，并由调整块来调整轴承中心位置。

三个球面调整块的布置，有两个在轴承的下半部，装在与水平面成４5０的中心线上，另一个在上半轴承的垂直中心线上，通过改变调整垫片7的厚度，可调整轴承水平的垂直方向的位置。

在轴承上下接合面有安装销5，使上下合成整体，为了防止轴承本体的转动，在轴承水平接合面的下部，用防转销12嵌入轴承座的凹口。

润滑油通过轴承座的孔和调整块中心孔流至轴承，如图5-7所示。

油进入轴承本体后，流向上半轴承中央的凹处，然后流向轴承两端的圆周槽，沿排油孔流回轴承室。

压力式轴承的间隙一般为（0.002Φ+0.10）mm或（0.002Φ-0.10）mm。

6、袋式轴承

袋式轴承是由圆筒形轴承在中分面两侧垫以垫块а，将圆筒形轴承圆心上移0.20mm左右，作为带式轴承的圆心，以轴颈φ+油袋深度d为直径，车削成另一个圆，并在轴承两端各留40mm宽的阻留边不车削，取去中分面垫块，即成带式轴承。

垫片а的厚度由油袋弧长确定，一般弧长夹角取35０，油袋深度d，一般取0.7mm。

圆心上移0.20mm左右，主要考虑油膜厚度，即运行时转子与轴承在垂直方向的中心保持一致。

轴承两端的阻流边，能减慢润滑油排泄速度，保证轴承有足够的冷却和润滑油量。

袋式轴承在静态特性方面，具有摩擦耗功小，油流量小，承载能力大等优点；在动态特性方面，具有汽轮机所遇到的全部转速范围内没有不稳定区，阻尼大，油膜厚，轴承温度低等优点。

由于袋式轴承具有上述优点,D4Y454型汽轮机支持轴承均采用这种轴承，同时该轴承采用单套结构，通过上下、左右四块调整块与轴承座。

底部设顶轴油孔，顶轴油池最深为0.20mm，作为启动盘车装置时将转子顶起，减小盘车电动机的启动力矩。

顶部设防转销，防止轴瓦与轴一起转动。

润滑油从右侧进油孔随转子的转动方向进入轴衬，然后在两端阻流边外的泻油槽底部泻油孔内流回轴承座。

在泻油槽外侧装有内油挡，防止油外泻。

上下瓦由四只螺栓和两只定位销将其固定在一起。

三、支持轴承的检修特点

A、三油楔轴承的检修特点

三油楔轴承的检修特点是轴承合金不可修刮，装配时需翻砖350角，并放好防转销，严防装反装错，以免运行中因三个油楔位置改变，而导致轴瓦烧毁。

由于轴瓦在工作状态中分面不在水平面上，所以顶部间隙均在组合状态下用内径千分尺分前、后、垂直、水平方向测量轴瓦内孔直径，内孔直径与轴颈直径之差，即为所求，实际上测出的间隙为阻油边间隙。

油楔本身，一般情况下不予测量和研刮，只在轴瓦合金磨损严重时，才进行测量和处理。

B、椭圆轴承的检修特点

椭圆轴承的检修特点是对装配位置的准确性要求高，尤其是轴瓦的水平位置，必须做到前后左右四角间隙基本相等，不可有前后倾斜和左右歪斜现象。

为了达到这点要求，除了用水平仪测量轴瓦中分面水平和用塞尺检查四角间隙外，还应在轴瓦全部装好后，开顶轴油泵做抬轴试验。

当顶轴油压大于10Mpa时，轴应抬起0.05-0.10mm,方算轴瓦装配合格。

如果轴瓦前后不平，低的一端底部间隙较大，顶轴油将从该处泄掉，从而使轴顶不起来，运行时将发生轴承振动和合金熔化事故。

C、可倾瓦检修特点

由于可倾瓦在支持环内可自由摆动，因此在揭去轴瓦大盖和松去支持环水平结合面螺栓后，应在上半支持环的专用螺孔内用专用长螺栓旋入可倾瓦块的螺孔，把上部的瓦块吊牢，并仔细检查瓦块是否吊牢固，防止瓦块落下而摔坏。

翻转的下瓦应用同样方法吊出。

解体瓦块应认清前后左右的记号，并做好记录，以防装复时搞错。

检查瓦块及支持环应光滑无毛刺，无裂纹等异常，接触良好。

组装时应将瓦块记号对准，将吊紧螺栓长度调整到基本相等，并尽量使瓦块靠近支持环，如图所示。

吊进轴承座前应在支持环球面等处加清洁汽轮机油。

当发现上下轴承结合面有较大间隙时，应吊出上半轴瓦，检查图示a、b、c、d四个间隙是否相等，瓦块是否已贴紧支持环等。

待查明原因并消除后，方可组装，切不可用轴承水平结合面螺栓或其他方式强行压下去，以免损坏瓦块。

由于可倾瓦由几块可自由摆动的瓦块组合而成，所以其间隙的测量只能在组合状态下进行。

测量时在转子轴颈处和轴瓦支持环外圆上各架一只百分表，然后用抬轴架将轴略微提升。

同时监视两只百分表，当支持环上百分表指针开始移动时，读出轴颈上的百分表读数，最后将读数减去原始读数，两者之差除以1.414（对四瓦块式可倾瓦），即为轴瓦的油隙。

另一种测量方法是：

测量时先将上瓦块专用吊瓦螺栓松掉，使瓦块紧贴轴颈，用深度千分尺测量瓦块到支承环的深度；然后用专用专用吊瓦螺栓将瓦块吊起，使瓦块支点与支承环紧密接触，再用深度千分尺测量瓦块到支承环的深度。

两次深度之差，即为轴瓦的油隙。

两种方法测量的结果应基本相同，否则应查明原因或重新测量。

一般情况下，可倾瓦油隙不予调整，轴瓦合金不予研刮。

D、发电机励磁机轴承的检修特点

对于发电机励磁机轴承的检修，除按轴承的一般检修工艺检修外，还必须测量轴承座与基础的绝缘电阻应大于1MΩ。

所以轴承解体后，应将轴承座与基础之间的绝缘垫片及绝缘套管放在干燥通风的地方，必要时放在室温较高的管道层烘烤，使垫片内水分蒸发掉。

装复时用干的清洁布揩干净，将绝缘垫装在垫块上面，垫片四周应比轴承座大15mm左右，以防掉下的垃圾使轴承座接地，导致轴承合金产生电腐蚀。