工业汽轮机固定瓦推力轴承改进及效果研究

工业汽轮机运行中转子轴向推力由汽轮机推力轴承承担,同时保证汽轮机通流部分及静止部件的轴向位置。故此,工业汽轮机安全运行的首要条件就是推力轴承正常运转。推力瓦块工作稳定是影响推力轴承工作的主要因素,若机组运行时瓦块温度过高将导致运行负荷裕量过小,使瓦块磨损速度加快,造成润滑油质老化,甚至可能将瓦块烧毁,导致汽轮机严重损坏。故此,本文对轴瓦块温度过高的原因进行了分析,并给出了相应的改进措施。     

瓦块倾角对高速涡轮增压器斜-平面止推轴承油膜温度的影响*

针对高速涡轮增压器运行过程中存在止推轴承烧瓦现象,从最高油膜温度与承载中心区温度两方面分析烧瓦产生原因,讨论了瓦块倾角对油膜温度的影响。以某型车用涡轮增压器止推轴承为例,通过建立不同瓦块倾角参数的斜-平面止推轴承动力学有限元模型,研究瓦块倾角对最高油膜温度、承载区中心温度的影响。结果表明:在研究的转子转速范围内,随着瓦块倾角的增加,瓦块的最高油膜温度和承载中心温度都呈先减小后增大的趋势;存在最佳瓦块倾角,使得轴承在工作转速范围内最高油膜温度和承载中心温度均达到最小值,从而有助于减少轴承烧瓦的可能性。     

可倾瓦轴承温度监测方法研究

可倾瓦轴承是高参数旋转机械的关键零部件之一,轴承瓦块温度超标可能诱发机组间断停机或失效,有必要对瓦温实时监测并给出补救措施。通过对可倾瓦轴承瓦块温度、油膜压力及最小油膜厚度等的分布规律研究,提出一种多点关联测温方法。该方法由特征点协同测温和特殊点独立测温2种方案构成。针对某机组可倾瓦轴承,利用上述测温方法获得试验轴承温度实时测试数据。试验结果表明,轴承主承载瓦温度随转速升高而升高,最高瓦温出现在近出油边;副承载瓦温度随转速变化趋势与主承载瓦一致;瓦块温度在撤掉顶轴油前后有明显突变,说明瓦块温度与静压、动压效应关系密切。试验验证了该测温方法的可行性,为滑动轴承温度超标防治提供了技术手段。     

乙烯气压缩机汽轮机可倾瓦温度高原因分析及对策

在单体试车时,乙烯气压缩机汽轮机驱动端的径向轴承可倾瓦块出现温度异常,温度达到102℃,危及汽轮机安全运行。通过对进油压力、进油温度分析及油压现场调节,排除外部因素（如油压和油温等对瓦块温度的影响）,确认径向轴承内部因素造成的瓦块温度异常。分析轴瓦间隙、瓦块摆动状况、瓦块厚度、瓦块磨损、喷嘴状况及瓦块油楔角对轴瓦油膜、瓦块受力、摩擦系数、热平衡等动态特性的影响,对轴瓦进行拆检、观察、对比和测量,发现瓦块喷油孔径和瓦块油楔角偏小,确认瓦块承载面油量不足是导致瓦块温度过高的根本原因。通过增大瓦块喷油嘴开孔尺寸,刮研瓦块油楔面来调整瓦面进油口深度和油楔宽度,增大油楔角,改善瓦块油膜特性和散热效果,消除瓦块温度异常,使可倾瓦实现安全、稳定运行。     

瓦面凹槽结构参数对可倾瓦推力轴承润滑性能的影响

为了研究瓦面凹槽对可倾瓦推力轴承润滑性能改善的优势,在瓦块进油边设计一种圆弧槽结构,建立考虑槽结构的可倾瓦推力轴承热动力润滑模型,分析不同槽深和槽半径对轴承性能的影响规律。结果表明:在瓦块进油边开槽可以改善轴承润滑性能,与不开槽相比,油膜厚度和瓦块的进油流量增加,油膜温度降低;当槽深达到一定值后,油膜温升增大;推力轴承润滑性能随着槽半径增加而变差,轴承各性能参数随槽深的增加表现出极值特性;最优开槽参数为(1.2～1.5,1),该参数下轴承最小油膜厚度比无槽轴承的增加约10%,最大油膜温度降低约3℃。     

25MW汽轮机推力瓦温度高的原因探讨与处理

某公司1#汽轮发电机组在运行过程中先后出现了个别推力瓦温高问题,为了控制工作瓦温度不超允许值,不得限制负荷运行。随后通过多次试验,经过认真分析,发现推力轴承工作瓦块温度偏高的主要原因是推力瓦块本身的摇摆度不够、推力轴承自位性较差。     

GMA止推油膜轴承瓦块均载调整试验研究

介绍了一种基于超磁致伸缩驱动器(GMA)的止推油膜轴承的结构和工作原理,搭建了GMA止推油膜轴承试验台,进行了止推油膜轴承的跑合试验、单瓦载荷调节试验以及手动和自动均载调节试验。该轴承以瓦块的温度作为反馈信号,改变GMA的伸长量可控制止推瓦块的油膜间隙,使同一止推轴承的不同瓦块承受载荷尽量均匀,能够防止止推轴承偏载现象发生,避免止推油膜轴承由于偏载引起的局部高温。试验结果表明,利用GMA调节止推轴承的油膜间隙、实现止推瓦块的均载方案是可行的。     

轴承工作温度探讨

一般汽轮发电机组轴承都是采用循环供油方式,以保证连续不断地供给压力和温度合适的润滑油。机组正常运行中,通常接部颁规程执行35～45℃的轴承人口油温标准,与之对应的轴瓦最高允许工作温度是60～65℃。但在某些情况下,如机组采用短圆筒轴承,或由于轴承负荷分配不均,以及因受辐射热等影响,轴承温度会高出许多,甚至达到70℃以上。这种情况以新机组调试时较为常见。     

轴偏斜工况下米歇尔式推力轴承润滑性能分析

采用多瓦联合仿真方法,对某一轴偏斜的船用米歇尔式推力轴承进行稳态润滑和瞬态润滑分析,分别得出各瓦块稳态润滑参数的分布和随轴偏斜量的变化规律、阶跃载荷作用时各瓦块瞬态润滑参数的变化规律。结果表明:瓦块倾角的变化量与轴偏斜数量级相当,为不影响油膜建立,支撑结构应保证瓦块在轴偏斜时能自由摆动;轴偏斜工况下,推力盘偏向一侧的推力瓦块承载力加大,油膜温度升高、油膜厚度变小,而推力盘偏离一侧的推力瓦块承载力降低,油膜温度降低、油膜厚度变大;随轴偏斜角度增加,瓦块润滑参数差别加大;阶跃载荷作用后,各瓦块润滑参数在极短的时间内发生突变。较小的轴偏斜量对推力轴承工作安全性产生严重影响,提高推力轴承的轴偏斜补偿能力具有重要意义。     

流固耦合作用下可倾轴承瓦块颤振失稳研究

以某试验台可倾轴承为对象,考虑瓦块与轴颈之间的运动耦合关系,建立可倾轴承油膜-瓦块流固耦合动力学模型。采用Newmark-β法求解可倾瓦块动态响应,得到升速过程中瓦块摆角及位移的波形、频谱。研究发现,在一定条件下,可倾轴承上瓦块会失去稳定位置,绕其支点作摆动及径向移动,导致瓦块颤振。随着转速升高,颤振幅度增大,一定转速后出现频率锁定现象,增加预载荷可以抑制瓦块颤振。计算和试验观测到的瓦块颤振特征相似。针对某台660 MW机组发生的不稳定振动故障进行了分析,发现颤振导致瓦背制动弹簧断裂,加剧了瓦块颤振,引发大幅振动,进而导致进油边乌金损坏、柱销及柱销孔磨损。通过增加预载荷及更换弹簧,解决了该机组不稳定振动问题。     

汽轮机可倾瓦轴承油膜特性研究

为了研究汽轮机可倾瓦轴承的油膜特性,采用Pro/E建模和ANSYS模拟,选用计算三维模型的湍流SST模型,考虑到瓦块间隙及瓦块相互之间的影响,分析并比较不同瓦数可倾瓦轴承油膜流场的变化,得到可倾瓦油膜特性规律:对于某个瓦块,每个瓦块上的油膜形成一个正压极值中心,且随着瓦块数增加,极值中心向轴瓦支点处偏移,使瓦块上形成两个压力极值。瓦块温度分布较平稳,油膜出口处温升较大;随着可倾瓦瓦块数增加,油膜压力峰值逐渐减小且瓦块之间的油膜压力峰值差减小并趋于平稳,不同轴瓦间油膜温度变化较小。润滑油温升对油膜影响较大,汽轮机运行中可倾瓦四瓦轴承比较稳定,但应严格控制润滑油温升。     

初始条件与突变载荷对径向滑动轴承瞬态润滑性能的影响

研究在油水两相流体润滑条件下,径向滑动轴承启动阶段液膜压力和液膜厚度等参数的变化规律,分析初始条件对轴承稳态润滑性能的影响,以及突变载荷对轴承润滑的影响。结果表明：启动阶段液膜压力先迅速增大,达到最大值后逐渐减小达到稳态,液膜温度持续增加最终达到平衡,承载瓦块处液膜厚度随着压力的增大而减小,非承载瓦块处间隙增大;不同初始载荷、温度、转速对轴承润滑性能都有显著影响;突变载荷会造成液膜压力的突变,同时对液膜温度、液膜厚度也有影响。     

推力轴承支承方式及间隙影响研究

研究了推力轴承支承方式及油膜间隙对推力轴承性能的影响,利用Newton-Raphson法编制差分计算程序,求得了推力轴承Reynolds方程和二维能量方程的数值解,得到了不同支撑方式下瓦块的油膜厚度、压力分布和温度分布。计算结果表明,点支承扇形瓦推力轴承的热力学性能要好于线支承扇形瓦推力轴承,同时支承处的油膜厚度对瓦块的承载能力影响很大。可以通过控制每个瓦块支承处的油膜厚度,避免推力轴承内部偏载的发生,降低推力瓦块的最大温升。     

可倾瓦径向滑动轴承的性能计算

可倾瓦径向滑动轴承的各瓦块温度是有很大差别，本文探讨了计及瓦块温度分布对轴承性能计算的影响，介绍了二维温度分布在简化边条下的计算方法，通过对某一透平压缩机的计算，征明计及瓦块温度分布是必要的。     

止推油膜轴承性能分析的可视化研究

利用Fortran动态链接库的方法,编制了止推油膜轴承性能分析的可视化计算程序.以点支承扇形瓦块为例,得到了该瓦块的压力分布、温度分布以及特性参数.计算结果表明该程序不仅可以快速地得到止推油膜轴承的性能,也可以为非止推油膜轴承的专业人员得到轴承的性能参数提供便利.     

基于热流固耦合的离心压缩机推力轴承温度场预测

针对离心压缩机推力轴承的温度场预测,采用热-流-固多场耦合分析方法,利用专业轴承计算软件THRUST开展有限元仿真分析,在考虑推力盘和瓦块的受力、受热形变的前提下,首先计算得出了推力瓦块的温度分布云图,在此基础上,以转速、轴承载荷、进油温度为主要指标,计算得出不同参数对推力轴承最高瓦温的影响规律。结果表明:提高转速或增加进油温度,轴瓦最高温度会升高,加大轴向载荷最高瓦温同样升高,但趋势变缓。研究结果可为离心压缩机推力轴承的设计、选型、故障诊断提供理论依据。     

基于轴心轨迹的水轮机转子-轴承动负荷特性分析计算

从水电机组主要部件导轴承的根本属性分析入手,明确指出水电机组导轴承是一类动负荷轴承,提出了通过测试导轴承处轴颈的振动摆度,计算分析水电机组导轴承系统动负荷的方法。结合雷诺润滑方程进行求解研究,仿真计算得到了实际运行导轴承系统的动负荷数值。结果表明,在正常工况情况下,轴瓦的压力分布主要取决于轴颈的位置角度,各个瓦块的承载情况大致相似。该研究为预测导轴承支撑寿命提供了现实的可能,解决了开展水轮机组状态检修的一个重大实际问题。     

可倾瓦气体动压轴承承载能力的数值分析

应用MATLAB的偏微分方程工具箱,采用有限元法求解气体润滑Reynolds方程,通过完全装配分析法计算了可倾瓦动压气体轴承的承载能力,研究了轴承偏心和瓦块预负荷对可倾瓦轴承的承载能力、最小气膜厚度和最大气膜压力以及瓦块摆角的影响。计算结果表明,随轴承偏心或瓦块预负荷增大,各瓦块的承载能力和摆角发生明显变化,轴承的最小气膜厚度减小,最大气膜压力增大,承载能力增大。从理论上解释了可倾瓦轴承的承载能力与轴承偏心和瓦块预负荷的密切相关性。     

可倾瓦推力轴承在变载荷下的瞬态润滑性能研究

建立了可倾瓦推力轴承中的油膜厚度方程、瞬态油膜压力方程、瞬态油膜温度方程以及求解油膜力和瓦块力矩的数学模型，提出了基本方程的数值求解过程，研究了可倾瓦推力轴承变载荷下的瞬态润滑性能。结果表明，随着载荷的增大，油膜厚度减小，油膜温升增大。在达到同样载荷时，对于较大的载荷变化率，其油膜温升反而较小。另外，随着载荷的增大，瓦块的倾角也．随之逐渐增大。     

可倾瓦轴承损伤的振动特征及诊断

通过对某机组可倾瓦发生的非正常低频振动进行测试,诊断出了振动故障。查明了瓦块损坏是导致振动的主要原因,更换损伤轴承和调整中心后振动得以消除。