大型臥式水輪發(fā)電機可傾瓦徑向軸承試驗研究

范壽孝，吳軍令，武中德（水力發(fā)電設(shè)備國家重點實驗室，哈爾濱 150040）

大型臥式水輪發(fā)電機可傾瓦徑向軸承試驗研究

范壽孝，吳軍令，武中德
（水力發(fā)電設(shè)備國家重點實驗室，哈爾濱 150040）

可傾瓦徑向軸承將會在大型臥式水輪發(fā)電機中得到廣泛應(yīng)用。利用可傾瓦徑向軸承試驗臺對所開發(fā)的大型臥式水輪發(fā)電機組可傾瓦徑向軸承進行了尺寸1:1的工況模擬試驗。通過分析試驗數(shù)據(jù)，對所開發(fā)軸承結(jié)構(gòu)的性能有全面認(rèn)識。所開發(fā)的可傾瓦徑向軸承滿足大型臥式水輪發(fā)電機的運行要求，保證了機組運行的可靠性。

可傾瓦徑向軸承；水輪發(fā)電機；試驗研究

0 引言

隨著臥式水輪發(fā)電機的容量增大，徑向軸承的負(fù)荷、尺寸、軸承比壓也隨之增大，使其制造、安裝調(diào)整、檢修的難度增大。因此50MW以上的兩支點結(jié)構(gòu)臥式水輪發(fā)電機不宜再使用圓柱瓦徑向軸承?？蓛A瓦徑向軸承不受尺寸限制幵且安裝調(diào)試方便，將會在大型臥式水輪發(fā)電機的重載徑向軸承中得到廣泛應(yīng)用。另外，可傾瓦徑向軸承在潮汐發(fā)電機組，水泵，汽輪發(fā)電機組等大型臥式旋轉(zhuǎn)設(shè)備中也有著廣闊的應(yīng)用前景。

1 軸承方案

軸承基本設(shè)計參數(shù)見表1，其結(jié)構(gòu)方案如圖1所示。

試驗軸承由6塊瓦組成，轉(zhuǎn)子下方的4塊瓦為主要承載瓦，位置上為對稱分布。理想載荷作用點為兩瓦間。上面兩塊瓦間隔90°分布，主要起著限制大軸位置的作用。下方4塊瓦配有高壓油頂起系統(tǒng)。

表1　試驗軸承基本設(shè)計參數(shù)

圖1　試驗軸承結(jié)構(gòu)簡圖

2 可傾瓦徑向軸承試驗臺

為了對開發(fā)的軸承進行全尺寸模擬試驗，研制了一臺大型可傾瓦徑向軸承試驗臺。其技術(shù)參數(shù)及要求如下：

（1）試驗臺最高轉(zhuǎn)速200r/min，且可實現(xiàn)0～200r/min范圍內(nèi)的任意轉(zhuǎn)速下運行；

（2）試驗臺額定試驗負(fù)荷為200t，且可實現(xiàn)0～200t范圍內(nèi)的任意負(fù)荷的試驗；

（3）能實現(xiàn)試驗軸承各潤滑性能參數(shù)的測試；

（4）能實現(xiàn)試驗數(shù)據(jù)和運行狀態(tài)的在線監(jiān)測。

可傾瓦徑向軸承試驗臺由試驗臺機械及動力系統(tǒng)、潤滑冷卻系統(tǒng)、加載系統(tǒng)、試驗軸承高壓油頂起系統(tǒng)、測試控制系統(tǒng)等組成，主要模擬被試軸承在不同轉(zhuǎn)速、載荷、潤滑條件下的運行狀況。該試驗臺的測控系統(tǒng)可控制試驗臺各系統(tǒng)的起閉及運行，實時監(jiān)測試驗臺的運行工況幵實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時在線采集與處理。試驗臺整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　試驗臺整體結(jié)構(gòu)

3 可傾瓦徑向軸承試驗

3.1測試內(nèi)容及方法

（1）利用安裝在軸端部的光電編碼器測量試驗臺實際運行轉(zhuǎn)速。

（2）用埋裝在試驗軸承進油、排油管路中的PT100溫度傳感器作為測量元件，通過HP34980數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測量循環(huán)油的進油、排油溫度。

（3）在潤滑油進入試驗軸承前的管路上安裝標(biāo)準(zhǔn)壓力表測量循環(huán)油壓力。

（4）在潤滑油進、出試驗軸承的管路上安裝渦輪流量計測量循環(huán)油流量。

（5）利用安裝在加載系統(tǒng)中的壓力變送器測量加載液壓缸的壓力，通過換算得到試驗載荷。

（6）通過在各工況下測得的試驗軸承進、排油溫度及流量，利用熱平衡法計算出軸承損耗。

（7）用 PT100溫度傳感器作為測量元件，通過HP34980數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測量瓦溫。根據(jù)電站運行監(jiān)測要求，在每個瓦上都安裝1個溫度傳感器監(jiān)測瓦的運行狀況。在3號瓦的瓦面和低于瓦面30mm的位置安裝兩層溫度傳感器測試瓦面溫度。

（8）在滑轉(zhuǎn)子外表面上沿軸向均勻安裝位移傳感器，以測量油膜厚度?？蓽y量多個瓦面的油膜厚度分布。

3.2試驗數(shù)據(jù)分析

主要進行了靜止?fàn)顟B(tài)和起停瞬間的高壓油頂起測試、低速運行開啟高壓油頂起試驗及變化運行轉(zhuǎn)速的工況試驗等。

（1）高壓油頂起試驗

在靜止?fàn)顟B(tài)和起停瞬間分別對高壓油頂起進行測試。測得結(jié)果如表2所示。高壓油頂起滿足運行要求。

表2　高壓油頂起試驗

（2）瓦溫運行監(jiān)測

各工況的瓦溫監(jiān)測見表3。數(shù)據(jù)顯示各工況運行條件下，3號、4號瓦溫最高，承載較大。轉(zhuǎn)子上方的兩瓦溫度與循環(huán)油溫度類似，說明其承載較小，主要起到限制約束的作用。

（3）潤滑性能試驗

試驗數(shù)據(jù)表4及圖3、4表明，隨著轉(zhuǎn)速增加，油膜功耗及轉(zhuǎn)子攪拌損耗均增大，導(dǎo)致潤滑油溫升提高和軸承損耗增加。而線速度增大有利于動壓潤滑油膜的形成，致使最小油膜厚度增加。因此，在損耗和溫升允許的條件下，適當(dāng)增加轉(zhuǎn)速，有利于提高軸承的運行特性。

表3　監(jiān)測瓦溫 （oC）

表4　潤滑性能試驗

圖3　額定工況3號瓦面溫度分布/oC

圖4　額定工況3號瓦面油膜厚度分布/μm

3.3計算與試驗結(jié)果對比

轉(zhuǎn)速為75r/min。負(fù)荷200t額定工況時，計算結(jié)果與試驗結(jié)果對比見表5。試驗結(jié)果和計算結(jié)果基本一致。

表5　計算與試驗對比

4 結(jié)論

（1）高壓油頂起系統(tǒng)的設(shè)計滿足機組起停、低速運行的要求。

（2）實測數(shù)據(jù)顯示，最下面兩塊瓦承載較大，轉(zhuǎn)子上方的兩塊瓦承載很小。在損耗和溫升允許的情況下，適當(dāng)增加轉(zhuǎn)速，有利于提高軸承的運行特性。

（3）軸承計算結(jié)果與測試結(jié)果一致。

（4）試驗結(jié)果表明，該軸承結(jié)構(gòu)滿足大型臥式機組的運行要求。

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范壽孝(1984-)，2008年7月畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)機械設(shè)計系，碩士學(xué)位，現(xiàn)從事大型發(fā)電機軸承技術(shù)研究，工程師。

審稿人：劉公直

Experimental Investigation of the Tilting Pad Journal Bearing For Large Horizontal Hydro-generators

FAN Shouxiao, WU Junling, WU Zhongde
（State Key Laboratory of Hydro-power Equipment, Harbin 150040, China）

Tilting Pad Journal bearing can be used widely in large Horizontal Hydro-generators. The new developed bearing structure of 1:1 size for the large Horizontal Hydro-generators was tested on the large tilting Pad Journal bearing tested stand. The comprehensive characters of the new developed bearing were understood through analysis of experimental data. The new developed bearing structure is available for large Horizontal Hydro-generators and can ensure the reliability of the unit.

tilting pad journal bearing; hydro-generators; experimental investigation

TM312

A

1000-3983(2016)03-0006-03

2015-05-26