船舶主發(fā)電機(jī)非驅(qū)動端軸承增加潤滑泵的必要性

王福泉

摘 要：為了實現(xiàn)5000T起重鋪管船的DP3功能，必須采用電力推進(jìn)，同時還有起重，鋪管等大功率設(shè)備，因此需要電站及時輸出適當(dāng)功率而達(dá)到系統(tǒng)平衡。為符合此要求，柴油機(jī)設(shè)立了慢轉(zhuǎn)功能，相應(yīng)的發(fā)電機(jī)軸承也必須要建立慢轉(zhuǎn)條件下的良好潤滑。

關(guān)鍵詞：柴油發(fā)電機(jī)組；慢轉(zhuǎn)；發(fā)電機(jī)非驅(qū)動端軸承；壓力潤滑

中圖分類號：TK42 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006—7973（2018）4-0060-02

1 背景

煙臺5000T船是一艘具有DP3動力定位全電力推進(jìn)的起重和深水鋪管船（DPV）。根據(jù)本船具備的13種工況（包括故障模式下的工況），每一種工況下具有不同的使用功率，這樣就需要電站輸出相應(yīng)的功率來滿足不同的工況。為了實現(xiàn)主發(fā)電機(jī)組的快速響應(yīng)，瓦錫蘭進(jìn)行了功能補(bǔ)加。由此需要探討西門子發(fā)電機(jī)非驅(qū)動端軸承在慢轉(zhuǎn)下的潤滑狀況。

2 柴油發(fā)電機(jī)組的配置情況

2.1 瓦錫蘭柴油機(jī)工況的配置

（1）本船采用的6臺主柴油機(jī)是瓦錫蘭12V32型號四沖程柴油機(jī)，輸出功率6960KW/750轉(zhuǎn)。為保證備用柴油機(jī)組快速投入電網(wǎng)，瓦錫蘭設(shè)備廠商制定了主柴油機(jī)快速啟動的措施，所有主柴油機(jī)均配置了慢轉(zhuǎn)功能。

（2）當(dāng)本船的柴油機(jī)處于自動備用狀態(tài)時，每隔30分鐘使慢轉(zhuǎn)電磁閥CV331通電20秒，節(jié)流降壓的壓縮空氣進(jìn)入氣缸，驅(qū)動柴油機(jī)以6r/min的速度慢轉(zhuǎn)，具體見圖1所示。

（3）通過柴油機(jī)慢轉(zhuǎn)，運動副表面建立了良好的油膜，使柴油機(jī)能夠快速啟動；同時可以避免柴油機(jī)由于某些故障而冒然啟動引起的液擊。

（4）當(dāng)慢轉(zhuǎn)功能由于某些原因?qū)е逻^載等故障時，會產(chǎn)生慢轉(zhuǎn)故障報警同時發(fā)出應(yīng)急停車信號，阻塞柴油機(jī)的啟動，提示管理人員進(jìn)行柴油機(jī)等相關(guān)設(shè)備的檢修。

2.2 西門子發(fā)電機(jī)軸承潤滑系統(tǒng)的配置

西門子發(fā)電機(jī)采用六臺6600KV，6680KW的發(fā)電機(jī)，其兩端軸承均采用德國RENK公司的EF系列滑動軸承，其軸承配置情況如下：

在發(fā)電機(jī)非驅(qū)動端采用使用RENK公司法蘭式滑動軸承，其型號為EFNLQ，該軸瓦在瓦殼內(nèi)澆注有RENK V6 熱金屬（一種鉛制軸承金屬）作為軸承襯；為適應(yīng)重型設(shè)備的工作，采用厚壁軸瓦，好處是在現(xiàn)場可以重新澆注軸承襯。軸承內(nèi)部由于無推力塊（非定位軸承），是一個浮動滑動軸承；同時內(nèi)部裝有油環(huán)，完全靠油環(huán)轉(zhuǎn)動來潤滑滑動軸承。

而發(fā)電機(jī)驅(qū)動端比非驅(qū)動端只多出了一副推力軸承。由于該推力軸承的止推面是兩塊組合的浮動鍥形面，廠家要求安裝循環(huán)潤滑的油泵。因此軸承內(nèi)部不但有油環(huán)潤滑各個部件，還通過外部壓力潤滑系統(tǒng)進(jìn)行潤滑推力塊等部位。另外，該油泵還通過裝有冷卻器進(jìn)行滑油的冷卻，以保證滑油合適的粘度。

3 西門子發(fā)電機(jī)的配置不足之處及可能造成的隱患

3.1 發(fā)電機(jī)軸承潤滑

兩個運動面之間形成的流體膜的種類決定了滑動軸承的承載能力，該流體膜的形成與兩個因素有關(guān)：①滑動軸承的結(jié)構(gòu)；②軸承支撐的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速。軸承具有三種運行狀態(tài)，分別是邊界潤滑狀態(tài)、混合膜潤滑狀態(tài)和完全油膜潤滑狀態(tài)。

邊界潤滑狀態(tài)。邊界潤滑狀態(tài)是指邊界潤滑的滑動面間只有一層極薄的邊界膜存在，其厚度一般處在1.25um以下，強(qiáng)度很低，相對滑動時兩個表面的接觸次數(shù)會很高，所以摩擦系數(shù)比較大。通常其相對速度小于0.05m/s。則兩個表面的摩擦系數(shù)一般在0.05～0.15之間。

混合膜潤滑狀態(tài)?；旌夏櫥瑺钍侵柑幱谕耆湍み\行狀態(tài)與邊界潤滑運行狀態(tài)之間的運行方式，該潤滑膜厚度一般在1.251um～2.51um之間，在這個厚度下不能完全使滑動面分離。這種潤滑狀態(tài)要求滑動面間相對滑動速度范圍在0.05～0.13m/s，兩表面間的摩擦系數(shù)一般在0.005～0.05之間，軸承在運行過程中溫升比較高，磨損也隨之增大，這樣會減少軸承的壽命。

完全油膜潤滑狀態(tài)。完全油膜潤滑狀態(tài)是指潤滑時產(chǎn)生一個相對滑動面的完全隔離，運動兩摩擦面間完全被一層潤滑膜隔開，潤滑膜的厚度一般在2.5um以上。根據(jù)相關(guān)試驗數(shù)據(jù)與實際經(jīng)驗，數(shù)據(jù)表明其表面相對滑動速度一般應(yīng)超過0.13m/s。運動副兩表面間的摩擦系數(shù)一般在0.001～0.005之間。

3.2 動壓潤滑

產(chǎn)生液體動壓潤滑的條件是：①兩表面間的間隙是收斂的（這一間隙實際很?。?，即兩個摩擦表面必須形成鍥形；②潤滑劑有適當(dāng)?shù)恼扯龋虎蹆赡Σ撩嬗凶銐虻南鄬\動速度。

本船瓦錫蘭柴油機(jī)慢轉(zhuǎn)時，由于非驅(qū)動端軸瓦使用油環(huán)潤滑方式，根據(jù)有關(guān)資料介紹油環(huán)潤滑方式只適用于50～2000r/min范圍的轉(zhuǎn)速，而本船柴油機(jī)以6r/min速度慢轉(zhuǎn)，因此不能保證油環(huán)及時將滑油送到軸瓦處，也就不能在軸瓦處形成足夠隔開兩摩擦表面的油膜，即不能夠形成完全油膜潤滑，容易出現(xiàn)磨損，即使制造軸瓦或軸承襯選用能在直接接觸條件下工作的滑動軸承材料，在如此頻繁慢轉(zhuǎn)下也不可避免地產(chǎn)生磨損。

另外，柴油機(jī)慢轉(zhuǎn)時，由于該軸瓦對應(yīng)的軸徑為225mm，柴油機(jī)慢轉(zhuǎn)速度為2r/20S，由此可以計算出其相對速度約為0.07m/s，從上述潤滑方式提供的數(shù)據(jù)可知，此時軸承處于混合膜潤滑狀態(tài)，也證明了發(fā)電機(jī)非驅(qū)動端軸承在慢轉(zhuǎn)下不能得到良好的潤滑。

4 解決方案

對于西門子發(fā)電機(jī)非驅(qū)動端只有油環(huán)潤滑的情況下，為滿足柴油機(jī)的慢轉(zhuǎn)功能，必須在非驅(qū)動端采取相應(yīng)的措施。

4.1 解決措施一：采用靜壓潤滑方式潤滑發(fā)電機(jī)軸承

靜壓軸承是利用靜壓潤滑原理潤滑的滑動軸承。通過外部壓力油把主軸支承起來，在任何轉(zhuǎn)速下（包括起動和停車）軸頸和軸承均有一層油膜分離摩擦表面，與軸的轉(zhuǎn)數(shù)和油的粘度無關(guān)，摩擦副處于流體潤滑狀態(tài)，不發(fā)生金屬接觸。因此有極低的摩擦，其摩擦系數(shù)為0.0003～0.001。流體靜壓軸承的優(yōu)點在起動時為流體摩擦、幾乎沒有磨損。因此這種模式完全滿足柴油機(jī)的慢轉(zhuǎn)下的軸承潤滑，也是最好的潤滑方式。

采用該種潤滑方式，需要更換軸承裝置，因為該軸承裝置僅適用于動壓潤滑；同時還要使發(fā)電機(jī)軸瓦處的軸有油孔。軸承裝置改動比較大。

4.2 解決措施二：在軸承端增加滑油頂驅(qū)裝置

在發(fā)電機(jī)軸承裝置附近加裝滑油壓力頂驅(qū)裝置，當(dāng)發(fā)電機(jī)不管慢轉(zhuǎn)還是正常啟動時，頂驅(qū)裝置會自動將具有一定壓力的滑油送到軸瓦處，將轉(zhuǎn)子頂起，使油膜分布在軸瓦處。不足之處是必須提高柴油機(jī)運轉(zhuǎn)速度，使軸承處的相對速度達(dá)到0.13m/S以上，才能符合完全油膜潤滑狀態(tài)；但這時增加了柴油機(jī)慢轉(zhuǎn)的耗氣量。

4.3 解決措施三：增加外部壓力潤滑系統(tǒng)

如圖3所示，西門子發(fā)電機(jī)非驅(qū)動端采用外部壓力潤滑，在右端是外部壓力滑油進(jìn)口，直接將滑油送到上下瓦搭扣處。柴油機(jī)慢轉(zhuǎn)時，不僅彌補(bǔ)了油環(huán)潤滑的不足；同時由于軸瓦處具有相對流速的滑油，也提高了發(fā)電機(jī)的潤滑方式。由于該潤滑方式是動壓潤滑，為保證軸瓦處油膜的良好建立，需要外部滑油泵一直運行保持潤滑，直到發(fā)電機(jī)啟動后才能停止運轉(zhuǎn)。

5 結(jié)論

發(fā)電機(jī)要符合慢轉(zhuǎn)工況，必須改進(jìn)其軸承的潤滑狀態(tài)，否則在頻繁的慢轉(zhuǎn)次數(shù)下會縮短發(fā)電機(jī)軸承的壽命。柴油機(jī)與發(fā)電機(jī)組合時，兩個設(shè)備廠家并沒有針對本船的工作性質(zhì)而進(jìn)行設(shè)備的優(yōu)化，也就是沒有對兩個設(shè)備的細(xì)節(jié)進(jìn)行通盤考量。通過我們電氣監(jiān)造人員的及時發(fā)現(xiàn)和提醒，廠家進(jìn)行了設(shè)備改進(jìn)，使發(fā)電設(shè)備得到進(jìn)一步完善。