水轮发电机推力轴承强迫内循环冷却

2014-08-06

  现在大中型水轮发电机推力轴承基本都采用电动油泵(少数为镜板泵)外循环冷却方式,优点是油槽小方便结构布置和抽瓦检查,冷却器热交换效率高油温低(这是采用外循环的Z重要的原因),并且节水,冷却器放置在机坑外方便检修,缺点是油槽内转动部件粘滞泵等循环动力没有被利用,仅成为搅拌摩擦损耗,冷却器占用外部空间较大,电动油泵需增加一套备用。
  推力轴承内循环冷却的循环动力有以下三个方面(水轮发电机设计与计算,机械工业出版社,白延年主编):
  ,粘滞泵的作用。润滑油具有一定的粘性,可以附着在浸入油内的旋转件表面(例如镜板和推力头),当旋转件达到一定转速时,润滑油被甩出形成油流,是主要循环动力。
  第二,在镜板旋转作用下摩擦面的部分热油膜被甩出,虽然这部分油流的动力和流量不大,但温度很高,占轴承机械损耗的大部。
  第三,由冷却器引起的冷热油对流。油槽表层热油经过冷却后密度增加自然下沉。
  轴承内循环随意性很强,边界条件非常复杂,还不可能建立准确数学模型定量计算,人们只有在结构上下工夫,一是减少不必要的压头损失,如在旋转件外围装设弧形导流板,减少油流撞击损耗。二是减少油流循环阻力,如利用挡油板隔挡将油流经过各处截面尽可能一致以减少局部阻力系数等,尽管采取不少措施,油流总还是流经流阻Z小处,所以比较简单的导流、隔挡的内循环热交换效率仍然不高。轴承冷却器热交换效率很重要,效率高意味油温低瓦温低,夏天不必因瓦温限制机组出力,节水可减小净水池容积。
  轴承的普通内循环就是自然循环,利用轴承自身的循环动力无需外力,总损耗小,没有外循环油泵事故之忧。
  由哈尔滨银河电机制造有限公司提出新理念,采用内循环油的循环动力和外循环冷却器的密封循环原理,推出推力轴承强迫内循环全新结构,见图一水轮发电机推力轴承强迫内循环冷却。

图一 推力轴承强迫内循环冷却结构
  在推力头和镜板油浸部分外圆装密封腔体,与推力头接触为接触式密封,在镜板外圆下端部安装叶轮泵,叶轮泵下边缘和镜板下边缘平齐,不影响检修抽瓦,叶轮泵将镜板与推力瓦摩擦产生的热油甩出时吸入密封腔,加上推力头和镜板油浸部分粘滞泵离心作用,密封腔形成内圆为负压外圆为正压离心泵腔体,压力油通过管路进入密封的冷却器上端,油流经过两道或多道折流板被冷却,冷油从冷却器下端经管路排入挡油管,再进入推力瓦间,构成清晰完整冷却循环系统。
  推力轴承强迫内循环兼顾了有效利用内循环油循环动力,外循环冷却器热交换高效率的优点。由于油循环动力被限定在密封压力腔,减少油流搅拌碰撞,减少轴承损耗。平静的油槽也减少挡油管甩油和油雾产生。
  推力轴承强迫内循环冷却结构即适合新机组设计也适用老机组改造,内循环冷却老机组推力油槽都很大,强迫循环油冷却器比自然循环油冷却器体积要小,有足够空间布置增加的油管路。
  推力轴承强迫内循环也可以改为叶轮泵外循环结构,类似于镜板泵外循环,而冷却效果要好于镜板泵,镜板泵循环动力油取自挡油管处,为冷热油混合,叶轮泵取自镜板摩擦产生的热油,冷却系统的热交换效率高。