汽轮机轴承培训教材.doc

《汽轮机轴承培训教材.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽轮机轴承培训教材.doc（13页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、汽轮机轴承培训教材为保证汽轮机转子在汽缸内的正常工作，汽轮机毫无例外的采用了径向支持轴承和推力轴承，径向支持轴承承担转子的重量和因部分进汽或振动引起的其他力，并确定转子的位置，保证转子与汽缸的中心线的一致；推力轴承承担汽流引起的轴向推力，并确定转子的轴向位置，确保汽轮机的动静部分的间隙。由于汽轮发电机组属重载高速设备，轴承全部采用以油膜润滑理论为基础的滑动轴承。汽轮发电机组在选用轴承时，主要考虑下列问题：主轴承的型式要确保不出现油膜振荡，充分考虑汽流激振力的影响，具有良好的抗干扰能力，检修时不需要揭开汽缸和转子，就能够把各轴承方便地取出和更换，轴承最好采用水平中分面轴承，不需吊转子就能够在水平

2、，垂直方向进行调整。推力轴承能持续承受在任何工况下所产生的双向最大推力。各支持轴承均设轴承金属温度测点，测点位置和数量满足汽轮机运行监视的要求。二期汽轮机各个轴承的参数轴瓦号轴颈尺寸直径宽度mm轴瓦型式轴瓦受力面积cm2比压MPa失稳转速r/min设计轴瓦温度对数衰减率1381229可倾瓦8731.11400090/2432254可倾瓦10971.41400090/3482.6356椭圆17181.274000800.314482.6356椭圆17181.624000820.315482.6356椭圆17181.484000820.316533.4330椭圆16761.624000870.29

3、推力瓦可倾瓦推力轴承我厂汽轮机轴系轴承主要特点：主轴承采用可倾式自位轴承和椭圆轴承两种形式，能很好解决油膜振荡振荡问题，各轴承的设计失稳转速在额定转速125以上，具有良好的抗干扰能力。各支持轴承为水平中分面，不需吊转子就能够在水平，垂直方向进行调整，检修时不需要揭开汽缸和转子，就能够把各轴承方便地取出和更换。每一轴承回油管上均设有观察孔及温度计插座，在油温测点及油流监视装置之前，没有来自其它轴承的混合油流，各轴承设计金属温度不超过90，乌金材料允许在112以下长期运行。推力轴承设计为能持续承受在任何工况下所产生的双向最大推力，装设有监视轴承金属、磨损量及轴承金属温度测量装置。1）径向支持轴承下

4、图是三瓦块可倾轴承的结构示意图。这种三瓦块可倾轴承主要有瓦座、瓦枕、调整垫片、制动销等部件组成，其中瓦座、瓦枕、为上下两半结构。该种轴承的上下瓦块均通过销轴支撑在瓦枕上，瓦块能够沿圆周方向摆动，瓦块与瓦枕之间由两侧端面处的螺钉相连接，上瓦设有固定螺钉，下瓦在安装或检修时，可利用特制的螺钉拧入下瓦块和侧瓦块，将其固定在瓦枕上。另外，顶轴油进油口设置在下瓦块和侧瓦块上。1上瓦块；2下瓦块；3上瓦枕；4上瓦座；5润滑油进油口；6润滑油腔；7瓦块上的润滑油出口；8下瓦垫； 10侧瓦块；11侧垫块； 12止动销；13心轴三瓦块可倾轴承的结构示意图这种可倾轴承瓦块带有支持点支撑，能自动调整轴承的弧形瓦块，

5、在油膜的压力作用下，每个瓦块在支持点上可以单独自动的调整位置，以适应转速、轴承负荷和油温的变化。可倾瓦每个瓦块上的油膜作用力均通过轴颈中心，可保持轴颈中心不变，没有引起轴心作正进动的切向分量，消除了导致轴颈涡动的力源，可有效防止“蒸汽振荡”及“油膜振荡”的发生，具有较高的稳定性和抗失稳能力。另外，此外它还具有功耗小，推迟润滑油从层流向紊流转化的特点，对机组安全运行十分有利，但造价较高。汽轮机组的1号和2号轴承由6个钢倾斜垫组成，对称布置。可倾瓦轴承表面有一层巴氏合金，每三块可倾瓦组成一组，在机组运行期间每块可以在轴的旋转方向上自由摆动，从而在轴瓦与轴之间形成最佳油膜。2）椭圆轴承由于汽轮机转子

6、的重量和轴向推力都很大，旋转速度又高，不论支持轴承还是推力轴承都采用以动压液体润滑理论为基础的滑动轴承，借助具有一定压力的润滑油在轴颈与轴瓦之间所形成的油膜而建立起液体润滑。椭圆轴承承载能力大，使用寿命长，制造容易，可靠性好，可满足汽轮机安全稳定工作的需要。支持轴承工作原理汽轮机支持轴承轴瓦的孔径总是设计得比轴颈的直径稍大一些，当汽轮机转子装入轴瓦后，由于转子的自重，轴颈的中心总要低于轴瓦的中心。所以，当汽轮机静止时，轴颈直接与轴瓦内表面下部接触，在轴瓦和轴颈两者之间形成了一个契形间隙。当连续向轴承供给一定压力和温度的润滑油时，由于润滑油有粘性，轴颈一旦旋转起来，粘附在轴颈上的油层便随着转轴一

7、起旋转，并带动各层油转动。润滑油被带到轴颈与轴瓦之间的契形间隙中，从契形间隙的宽口流向窄口，使润滑油积聚在狭小的间隙中而产生油压。随着转速的升高，被带入的油量也相应的增多，油契中的压力不断升高，当油压升高到足以平衡转子对该轴瓦的作用力时，轴颈便被油膜托起，此时轴颈和轴瓦完全由油膜隔开，从而避免了轴颈和轴瓦之间的干摩擦现象，并能靠润滑油不断的带走液体摩擦中所产生的热量，使轴承能安全稳定地工作。在油膜压力升高的同时，轴颈中心沿旋转方向移动，在转速达3000转/分后，稳定在一个确定的位置。其工作原理图见下图支持轴承工作原理（a）轴心运动轨迹及油契中的压力分布（周向） （b）油契中的压力分布（轴向）转

8、子轴颈在轴瓦中稳定运行时，转子中心在平衡位置O1处，如下图（油膜自激震荡图）轴颈只绕点O1旋转，此时，油膜的支持力与轴颈的载荷共线。但是，当转子受到某种外界力的干扰，例如周围的振动源、进油粘度或油压突然波动等，使轴颈偏离平衡位置，其中心由O1转移至O1，此时，油膜的支持力F与轴颈载荷不在一条线上，而是偏转了一定的角度，这样转子将在它们两者的合力作用下，绕轴瓦内孔中心O转动，我们称这种转动为涡动。显而易见，轴承涡动时，油膜对轴颈作用一个周期性变化的力，也会引起振动。涡动时，轴颈中心的涡动角速度接近或等于转子绕自身中心旋转的角速度的一半，因此又称涡动为半速涡动。当转子的工作转速接近或等于转子的某一

9、阶临界转速，即涡动频率与某一阶自振频率合拍时，涡动被共振放大，振幅增大，转轴产生剧烈跳动，这种现象被称为油膜振荡。由此可见，轴承失稳是产生油膜振荡的前提条件，而涡动频率与转子自振频率合拍是诱发油膜振荡的主要因素。只有这两个条件同时存在时，轴承油膜振荡才能形成。因此只有当转子的工作转速高于转子的临界转速的两倍时，才有可能发生油膜振荡。一般大容量机组由于转子的临界转速较低，其额定转速往往大于一阶临界转速的两倍以上，且容量越大一阶临界转速越低，机组越容易发生油膜振荡。轴承油膜振荡引起的转子振动有以下三个特点：（1）轴承发生油膜振荡前，转子振动中含有频率约等于转速一半的谐波，在发生油膜振荡后，其主振频

10、率等于转子的自振频率，而与转速无关；（2）振动具有突发性，当转子转速接近其临界转速的两倍时，突然出现强烈共振；（3）一旦出现油膜振荡，在较宽的转速范围内，振幅维持不变，即油膜振荡不消失，在一定的范围内提高或降低转速，振幅不降低，只有转速下降较多时，振幅才突然降至正常值，这是与不平衡离心力引起的共振明显不同之点。发生油膜振荡时，由于产生了共振，振幅很大，导致零件疲劳、松动，甚至会使轴承和轴系损坏，因此，要尽可能地抑制半速涡动，尤其是要防止大振幅的油膜振荡。防止和消除油膜振荡的发生，主要从改变油膜压力入手，防止轴承失稳。其具体方法包括：改进转子的设计，尽量提高转子的一阶临界转速，改进轴承的型式，轴

11、瓦和轴颈配合的径向间隙、比压（轴承载荷/轴承长度轴颈直径）、长径比（轴承的长度/轴承内径）和润滑油粘度等因素，使失稳转速尽量提高。油膜自激震荡图上图为油膜振荡的振动特性，图中为轴承失稳转速。目前，防止油膜振荡的最佳途径是采用可倾瓦轴承和椭圆轴承。运行中出现某种意外原因，造成润滑油量不足或中断，将会出现轴颈和轴瓦间的干摩擦，在这种情况下，为了充分保证转子的安全，在轴承的内表面浇有一层质软、熔点低、耐磨的巴氏合金。当出现干摩擦时，摩擦部位的温度升高，轴瓦首先熔化，这样就有效的保护了轴颈，防止轴颈撕裂支撑汽轮机两根低压转子的轴承均采用单侧进油、上瓦开槽的椭圆轴承型式。这种椭圆型瓦的特点是：内部为椭圆

12、，缩小上部间隙，增大两侧间隙，上下瓦都形成油膜，有利于形成液态摩擦，增大承载能力和稳定型，并使油流量增多，加强对轴承的冷却。此型式轴承在较重载荷时，具有较强的抗失稳能力及相对较厚的油膜厚度，在相同工况下，轴承相比其它轴承具有相对较低的乌金温度和润滑油温升。3）推力轴承（1）轴向推力蒸汽在轴流式汽轮机中工作时，有一个使转子由高压端向低压端移动的轴向力，这个力就是轴向推力。产生轴向推力的原因由以下几个方面：蒸汽作用在动叶上，除产生圆周力以外，还产生由动叶前指向动叶后的轴向推力；转子叶轮两侧因存在压差而产生从高压侧向低压侧的轴向推力；在轴封凸肩处，前后压差所产生的轴向推力等，这些力的合力就是整个汽轮

13、机的轴向推力。（2）减小推力轴向推力的方法一般大型汽轮机的轴向推力是非常大的，为了减少轴向推力，一般在汽轮机设计制造时就采取许多措施，如：高中压汽缸的逆向布置，低压缸采用双分流对称结构等。采用这些措施后，尽管能平衡大部分轴向推力，但仍有一部分轴向推力不能平衡，或在汽轮机变工况产生的推力，就需要由推力轴承承担。（3）推力轴承推力轴承是由推力盘（见右图）、弹性平衡环、推力瓦块、轴承座等构件组成，此外还有进油管道、排油管道、测量装置等附属设备，轴承基本上都是沿水平中分面分成上下两部分。推力轴承的润滑油使推力盘和瓦块之间形成油膜，使推力盘和瓦块之间的干摩擦转化为液态摩察，同时将推力盘产生的热量带走，冷

14、却轴承。推力盘一般和转子铸一体，由整锻件切削加工与转子一起成形。推力轴承原理与可倾轴承原理相同，推力轴承也是根据油膜润滑原理工作的，由于推力瓦块和调整块的局部接触，使瓦块在圆周方向上倾斜，与推力盘平面之间形成油楔，当推力盘随主轴旋转时，油被带入楔形间隙中，随着间隙的减小，油被挤压，油压逐渐增加，以承受转子的轴向推力。只有当楔形出口处的最小油膜厚度大于两金属表面的不平度时，才能形成液体润滑。因此在安装或检修时，对推力盘与推力瓦块接触面必须仔细研刮。推力盘两端面经过加工和磨削，为平滑和互相平行的表面，两块推力瓦基体为铜质半圆环，表面浇有巴氏合金层，沿径向开有进油沟槽。推力轴承两侧的支承环内安装有可

15、滑动的推力瓦块，推力瓦块由背面的调整块支承，通过调整块的摇摆运动，使同侧的各瓦块承载均匀，从而不受轴承与推力盘的偏心和轴承巴氏合金厚度不均的影响。每一小块瓦块表面沿推力盘转动方向刮出倾斜的坡度，使转动的推力盘与推力瓦块之间形成油楔。在运行时，任何时候轴承中都充满润滑油，油直接从径向支持轴承供油管供给，润滑油随推力盘的转动被带入轴承，形成油楔，并对轴承各表面进行润滑。转子的轴向推力通过推力盘传递到瓦块上，推力盘装在汽轮机的高、中压转子上，随大轴一起转动，推力盘两端面与推力轴承瓦块接触，推力瓦支承在轴承箱内。1.推力瓦块2.推力瓦块安装环3.推力瓦块安装环与球面瓦的配合面4.推力瓦块供油孔 5.球

16、面瓦6.球面瓦与瓦枕配合面7.瓦枕8.推力间隙调整垫 汽轮机运行时，推力轴承承受转子的剩余推力，同时也确定了转子的位置，高中压转子推力盘中心就是整个汽轮机转子相对于汽缸的膨胀死点，当机组的动静部分相对位置确定后，转子的剩余推力就依靠该推力轴承完成。汽轮发电机组的推力轴承位于高中压缸与低压缸之间，采用倾斜平面式双推力盘结构，这种结构的推力轴承由沿圆周方向的10条油槽将推力瓦面分割10个扇形瓦块形成，每块沿圆周方向倾斜的以保证瓦块内径处的润滑流量均衡，轴向推力通过推力盘直接作用在推力轴承的工作面或非工作面上，传递给组装在推力盘轴承的瓦块上，经瓦块的支承块、平衡块、基环、推力轴承的外壳传递到机座上。