汽輪機軸承培訓(xùn)教材

1、汽輪機軸承培訓(xùn)教材為保證汽輪機轉(zhuǎn)子在汽缸內(nèi)的正常工作，汽輪機毫無例外的采用了徑向支持軸承和推力軸承，徑向支持軸承承擔(dān)轉(zhuǎn)子 的重量和因部分進汽或振動引起的其他力，并確定轉(zhuǎn)子的位 置，保證轉(zhuǎn)子與汽缸的中心線的一致；推力軸承承擔(dān)汽流引 起的軸向推力，并確定轉(zhuǎn)子的軸向位置，確保汽輪機的動靜 部分的間隙。由于汽輪發(fā)電機組屬重載高速設(shè)備，軸承全部 采用以油膜潤滑理論為基礎(chǔ)的滑動軸承。汽輪發(fā)電機組在選用軸承時， 主要考慮下列問題：主軸承 的型式要確保不出現(xiàn)油膜振蕩，充分考慮汽流激振力的影 響，具有良好的抗干擾能力， 檢修時不需要揭開汽缸和轉(zhuǎn)子， 就能夠把各軸承方便地取出和更換，軸承最好采用水平中分 面軸承，

2、不需吊轉(zhuǎn)子就能夠在水平，垂直方向進行調(diào)整。推 力軸承能持續(xù)承受在任何工況下所產(chǎn)生的雙向最大推力。各 支持軸承均設(shè)軸承金屬溫度測點，測點位置和數(shù)量滿足汽輪 機運行監(jiān)視的要求。二期汽輪機各個軸承的參數(shù)軸頸尺軸瓦比失設(shè)計對軸瓦寸直徑軸瓦型式受力壓穩(wěn)軸瓦數(shù)號寬度mm面積MP轉(zhuǎn)溫度衰cm2a速r/minC減率1 381 X可傾瓦8731.11>4090/229002 432 X可傾瓦10971.41>4090/254003 482.6橢圓17181.27>40800.3X 3560014 482.6橢圓17181.62>40820.3X 3560015 482.6橢圓17181.

3、48>40820.3X 3560016 533.4橢圓16761.62>40870.2X 330009推力可傾瓦推瓦力軸承我廠汽輪機軸系軸承主要特點:主軸承采用可傾式自位軸承和橢圓軸承兩種形式，能很好解決油膜振蕩振蕩問題，各軸承的設(shè)計失穩(wěn)轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)速 125 %以上，具有良好的抗干擾能力。各支持軸承為水平中 分面，不需吊轉(zhuǎn)子就能夠在水平，垂直方向進行調(diào)整，檢修 時不需要揭開汽缸和轉(zhuǎn)子，就能夠把各軸承方便地取出和更 換。每一軸承回油管上均設(shè)有觀察孔及溫度計插座，在油溫 測點及油流監(jiān)視裝置之前，沒有來自其它軸承的混合油流， 各軸承設(shè)計金屬溫度不超過90C，烏金材料允許在 112C以下

4、長期運行。推力軸承設(shè)計為能持續(xù)承受在任何工況下所產(chǎn) 生的雙向最大推力，裝設(shè)有監(jiān)視軸承金屬、磨損量及軸承金 屬溫度測量裝置。1）徑向支持軸承下圖是三瓦塊可傾軸承的結(jié)構(gòu)示意圖。這種三瓦塊可傾軸承主要有瓦座、瓦枕、調(diào)整墊片、制動銷等部件組成，其中 瓦座、瓦枕、為上下兩半結(jié)構(gòu)。該種軸承的上下瓦塊均通過 銷軸支撐在瓦枕上，瓦塊能夠沿圓周方向擺動，瓦塊與瓦枕 之間由兩側(cè)端面處的螺釘相連接，上瓦設(shè)有固定螺釘，下瓦 在安裝或檢修時，可利用特制的螺釘擰入下瓦塊和側(cè)瓦塊， 將其固定在瓦枕上。另外，頂軸油進油口設(shè)置在下瓦塊和側(cè)瓦塊上i*EEA1上瓦塊；2下瓦塊；3上瓦枕；4上瓦座；5潤滑油進油口； 6潤滑油腔；7瓦

5、塊上的潤滑油出口；8下瓦墊；10 側(cè)瓦塊；11側(cè)墊塊；12止動銷;13心軸三瓦塊可傾軸承的結(jié)構(gòu)示意圖這種可傾軸承瓦塊帶有支持點支撐，能自動調(diào)整軸承的弧形瓦塊，在油膜的壓力作用下，每個瓦塊在支持點上可以單 獨自動的調(diào)整位置，以適應(yīng)轉(zhuǎn)速、軸承負(fù)荷和油溫的變化。 可傾瓦每個瓦塊上的油膜作用力均通過軸頸中心，可保持軸 頸中心不變，沒有引起軸心作正進動的切向分量，消除了導(dǎo) 致軸頸渦動的力源，可有效防止“蒸汽振蕩”及“油膜振蕩” 的發(fā)生，具有較高的穩(wěn)定性和抗失穩(wěn)能力。另外，此外它還 具有功耗小，推遲潤滑油從層流向紊流轉(zhuǎn)化的特點，對機組 安全運行十分有利，但造價較高。汽輪機組的1號和2號軸承由6個鋼傾斜墊組

6、成，對稱布 置?？蓛A瓦軸承表面有一層巴氏合金，每三塊可傾瓦組成一 組，在機組運行期間每塊可以在軸的旋轉(zhuǎn)方向上自由擺動， 從而在軸瓦與軸之間形成最佳油膜。2）橢圓軸承由于汽輪機轉(zhuǎn)子的重量和軸向推力都很大，旋轉(zhuǎn)速度又 高，不論支持軸承還是推力軸承都采用以動壓液體潤滑理論 為基礎(chǔ)的滑動軸承，借助具有一定壓力的潤滑油在軸頸與軸 瓦之間所形成的油膜而建立起液體潤滑。橢圓軸承承載能力 大，使用壽命長，制造容易，可靠性好，可滿足汽輪機安全 穩(wěn)定工作的需要。支持軸承工作原理汽輪機支持軸承軸瓦的孔徑總是設(shè)計得比軸頸的直徑稍 大一些，當(dāng)汽輪機轉(zhuǎn)子裝入軸瓦后，由于轉(zhuǎn)子的自重，軸頸 的中心總要低于軸瓦的中心。所以，當(dāng)

7、汽輪機靜止時，軸頸 直接與軸瓦內(nèi)表面下部接觸，在軸瓦和軸頸兩者之間形成了一個契形間隙。當(dāng)連續(xù)向軸承供給一定壓力和溫度的潤滑油 時，由于潤滑油有粘性，軸頸一旦旋轉(zhuǎn)起來，粘附在軸頸上 的油層便隨著轉(zhuǎn)軸一起旋轉(zhuǎn)，并帶動各層油轉(zhuǎn)動。潤滑油被帶到軸頸與軸瓦之間的契形間隙中，從契形間隙的寬口流向窄口，使?jié)櫥头e聚在狹小的間隙中而產(chǎn)生油 壓。隨著轉(zhuǎn)速的升高，被帶入的油量也相應(yīng)的增多，油契中 的壓力不斷升高，當(dāng)油壓升高到足以平衡轉(zhuǎn)子對該軸瓦的作 用力時，軸頸便被油膜托起，此時軸頸和軸瓦完全由油膜隔 開，從而避免了軸頸和軸瓦之間的干摩擦現(xiàn)象，并能靠潤滑 油不斷的帶走液體摩擦中所產(chǎn)生的熱量，使軸承能安全穩(wěn)定 地工

8、作。在油膜壓力升高的同時， 軸頸中心沿旋轉(zhuǎn)方向移動， 在轉(zhuǎn)速達3000轉(zhuǎn)/分后，穩(wěn)定在一個確定的位置。其工作原理圖見下圖支持軸承工作原理 油契中的壓力分布（軸向）(a)軸心運動軌跡及油契中的壓力分布(周向)(b)轉(zhuǎn)子軸頸在軸瓦中穩(wěn)定運行時，轉(zhuǎn)子中心在平衡位置Oi處，如下圖（油膜自激震蕩圖）軸頸只繞點Oi旋轉(zhuǎn)，此時，油膜的支持力與軸頸的載荷共線。但是，當(dāng)轉(zhuǎn)子受到某種外 界力的干擾，例如周圍的振動源、進油粘度或油壓突然波動 等，使軸頸偏離平衡位置，其中心由Oi轉(zhuǎn)移至O1，此時，油膜的支持力F與軸頸載荷不在一條線上，而是偏轉(zhuǎn)了一定 的角度，這樣轉(zhuǎn)子將在它們兩者的合力作用下，繞軸瓦內(nèi)孔 中心O轉(zhuǎn)動，我

9、們稱這種轉(zhuǎn)動為渦動。顯而易見，軸承渦動 時，油膜對軸頸作用一個周期性變化的力，也會引起振動。 渦動時，軸頸中心的渦動角速度接近或等于轉(zhuǎn)子繞自身中心 旋轉(zhuǎn)的角速度的一半，因此又稱渦動為半速渦動。當(dāng)轉(zhuǎn)子的 工作轉(zhuǎn)速接近或等于轉(zhuǎn)子的某一階臨界轉(zhuǎn)速，即渦動頻率與 某一階自振頻率合拍時，渦動被共振放大，振幅增大，轉(zhuǎn)軸 產(chǎn)生劇烈跳動，這種現(xiàn)象被稱為油膜振蕩。由此可見，軸承失穩(wěn)是產(chǎn)生油膜振蕩的前提條件，而渦動頻率與轉(zhuǎn)子自振頻率合拍是誘發(fā)油膜振蕩的主要因素。只有 這兩個條件同時存在時，軸承油膜振蕩才能形成。因此只有 當(dāng)轉(zhuǎn)子的工作轉(zhuǎn)速高于轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速的兩倍時，才有可能 發(fā)生油膜振蕩。一般大容量機組由于轉(zhuǎn)子的臨

10、界轉(zhuǎn)速較低，其額定轉(zhuǎn)速往往大于一階臨界轉(zhuǎn)速的兩倍以上，且容量越大一階臨界轉(zhuǎn)速越低，機組越容易發(fā)生油膜振蕩軸承油膜振蕩引起的轉(zhuǎn)子振動有以下三個特點：（1）軸承發(fā)生油膜振蕩前，轉(zhuǎn)子振動中含有頻率約等于 轉(zhuǎn)速一半的諧波，在發(fā)生油膜振蕩后，其主振頻率等于轉(zhuǎn)子 的自振頻率，而與轉(zhuǎn)速無關(guān)；（2）振動具有突發(fā)性，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近其臨界轉(zhuǎn)速的兩 倍時，突然出現(xiàn)強烈共振；（3）旦出現(xiàn)油膜振蕩，在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，振幅維持不變，即油膜振蕩不消失，在一定的范圍內(nèi)提高或降低轉(zhuǎn)速，振幅不降低，只有轉(zhuǎn)速下降較多時，振幅才突然降至 正常值，這是與不平衡離心力引起的共振明顯不同之點。發(fā)生油膜振蕩時，由于產(chǎn)生了共振，振幅很大，導(dǎo)

11、致零件疲勞、松動，甚至?xí)馆S承和軸系損壞，因此，要盡可能地 抑制半速渦動，尤其是要防止大振幅的油膜振蕩。防止和消除油膜振蕩的發(fā)生，主要從改變油膜壓力入手， 防止軸承失穩(wěn)。其具體方法包括：改進轉(zhuǎn)子的設(shè)計，盡量提 高轉(zhuǎn)子的一階臨界轉(zhuǎn)速，改進軸承的型式，軸瓦和軸頸配合 的徑向間隙、比壓（軸承載荷 /軸承長度x軸頸直徑）、長徑 比（軸承的長度/軸承內(nèi)徑）和潤滑油粘度等因素，使失穩(wěn)轉(zhuǎn) 速盡量提高。（受擾狀態(tài)的作用力）上圖為油膜振蕩的振動特性，圖中c為軸承失穩(wěn)轉(zhuǎn)速。目前，防止油膜振蕩的最佳途徑是采用可傾瓦軸承和橢圓 軸承。運行中出現(xiàn)某種意外原因， 造成潤滑油量不足或中斷， 將會出現(xiàn)軸頸和軸瓦間的干摩擦，在

12、這種情況下，為了充分 保證轉(zhuǎn)子的安全，在軸承的內(nèi)表面澆有一層質(zhì)軟、熔點低、 耐磨的巴氏合金。當(dāng)出現(xiàn)干摩擦?xí)r，摩擦部位的溫度升高， 軸瓦首先熔化，這樣就有效的保護了軸頸，防止軸頸撕裂支撐汽輪機兩根低壓轉(zhuǎn)子的軸承均采用單側(cè)進油、上瓦開槽的橢圓軸承型式。這種橢圓型瓦的特點是：內(nèi)部為橢圓， 縮小上部間隙，增大兩側(cè)間隙，上下瓦都形成油膜，有利于 形成液態(tài)摩擦，增大承載能力和穩(wěn)定型，并使油流量增多， 加強對軸承的冷卻。此型式軸承在較重載荷時，具有較強的 抗失穩(wěn)能力及相對較厚的油膜厚度，在相同工況下，軸承相 比其它軸承具有相對較低的烏金溫度和潤滑油溫升。3）推力軸承（1）軸向推力蒸汽在軸流式汽輪機中工作時，

13、 有一個使轉(zhuǎn)子由高壓端向 低壓端移動的軸向力，這個力就是軸向推力。產(chǎn)生軸向推力 的原因由以下幾個方面：蒸汽作用在動葉上，除產(chǎn)生圓周力 以外，還產(chǎn)生由動葉前指向動葉后的軸向推力；轉(zhuǎn)子葉輪兩 側(cè)因存在壓差而產(chǎn)生從高壓側(cè)向低壓側(cè)的軸向推力；在軸封 凸肩處，前后壓差所產(chǎn)生的軸向推力等，這些力的合力就是 整個汽輪機的軸向推力。（2）減小推力軸向推力的方法一般大型汽輪機的軸向推力是非常大的，為了減少軸向推力，一般在汽輪機設(shè)計制造時就采取許多措 施，女口：高中壓汽缸的逆向布置， 低壓缸采 用雙分流對稱結(jié)構(gòu)等。 采用這些措施后，盡 管能平衡大部分軸向推力，但仍有一部分軸 向推力不能平衡，或在汽輪機變工況產(chǎn)生的

14、推力，就需要由 推力軸承承擔(dān)。（3）推力軸承推力軸承是由推力盤（見右圖）、彈性平衡環(huán)、推力瓦塊、 軸承座等構(gòu)件組成，此外還有進油管道、排油管道、測量裝置等附屬設(shè)備，軸承基本上都是沿水平中分 面分成上下兩部分。推力軸承的潤滑油使推 力盤和瓦塊之間形成油膜，使推力盤和瓦塊之間的干摩擦轉(zhuǎn)化為液態(tài)摩察，同時將推力盤產(chǎn)生的熱量帶 走，冷卻軸承。推力盤一般和轉(zhuǎn)子鑄一體，由整鍛件切削加 工與轉(zhuǎn)子一起成形。推力軸承原理與可傾軸承原理相同，推力軸承也是根據(jù)油 膜潤滑原理工作的，由于推力瓦塊和調(diào)整塊的局部接觸，使 瓦塊在圓周方向上傾斜，與推力盤平面之間形成油楔，當(dāng)推 力盤隨主軸旋轉(zhuǎn)時，油被帶入楔形間隙中， 隨著間

15、隙的減小，油被擠壓，油壓逐漸增加， 以承受轉(zhuǎn)子的軸向推力。只有當(dāng)楔形出口處 的最小油膜厚度大于兩金屬表面的不平度 時，才能形成液體潤滑。因此在安裝或檢修時，對推力盤與 推力瓦塊接觸面必須仔細(xì)研刮。推力盤兩端面經(jīng)過加工和磨削，為平滑和互相平行的表 面，兩塊推力瓦基體為銅質(zhì)半圓環(huán)，表面澆有巴氏合金層， 沿徑向開有進油溝槽。推力軸承兩側(cè)的支承環(huán)內(nèi)安裝有可滑 動的推力瓦塊，推力瓦塊由背面的調(diào)整塊支承，通過調(diào)整塊 的搖擺運動，使同側(cè)的各瓦塊承載均勻，從而不受軸承與推 力盤的偏心和軸承巴氏合金厚度不均的影響。每一小塊瓦塊 表面沿推力盤轉(zhuǎn)動方向刮出傾斜的坡度，使轉(zhuǎn)動的推力盤與 推力瓦塊之間形成油楔。在運行時，任何時候軸承中都充滿潤滑油，油直接從徑向 支持軸承供油管供給，潤滑油隨推力盤的轉(zhuǎn)動被帶入軸承，形成油楔，并對軸承各表面進行潤滑。轉(zhuǎn)子的軸向推力通過推力盤傳遞到瓦塊上，推力盤裝在汽輪機的高、 中壓轉(zhuǎn)子上， 隨大軸一起轉(zhuǎn)動，推力盤兩端面與推力軸承瓦塊接觸，推力 瓦支承在軸承箱內(nèi)。g豐工作測?1.推力瓦塊