大型泵組電動(dòng)機(jī)推力軸承技術(shù)研究

大型泵組電動(dòng)機(jī)推力軸承技術(shù)研究

除了大傾角葉片的發(fā)動(dòng)機(jī)軸承外，大傾角葉片的軸承還必須承受對(duì)電機(jī)旋轉(zhuǎn)部分的負(fù)荷和徑向負(fù)荷，以及對(duì)整個(gè)葉片的最重要支撐部分。推力軸承承受的泵組轉(zhuǎn)動(dòng)部分重量及軸向水推力較大,推力軸承同時(shí)還要求保證無需頂轉(zhuǎn)子的情況下直接啟動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),又要保證泵組不設(shè)剎車裝置在停機(jī)過程的低速安全運(yùn)行;導(dǎo)軸承承受機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分的徑向機(jī)械不平衡力和電磁不平衡力;推力及導(dǎo)軸承要求安裝及檢修更換方便,使用壽命長,結(jié)構(gòu)上還要滿足可抽芯式水泵的整體要求,滿足泵組每天冷、熱啟動(dòng)次數(shù)的要求。因此,推力及導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)形式是否合理,各種潤滑參數(shù)是否恰當(dāng),對(duì)機(jī)組能否長期安全穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。大型泵組電動(dòng)機(jī)軸承應(yīng)用技術(shù)是一項(xiàng)值得研究的關(guān)鍵課題。1電機(jī)推力軸承形式的確定泵組推力軸承的設(shè)置有多種形式,水泵頂部設(shè)推力軸承的方式將造成電動(dòng)機(jī)安裝高程提高,對(duì)水泵電動(dòng)機(jī)整機(jī)的振動(dòng)會(huì)帶來不利的影響,給水泵拆裝帶來不便,水泵設(shè)推力軸承后,電動(dòng)機(jī)還需設(shè)推力軸承,所以,水泵頂部設(shè)推力軸承的方式不合適。泵組只設(shè)一部推力軸承,水泵轉(zhuǎn)子重量及水推力都由電機(jī)軸承承擔(dān),有利于防振,方便運(yùn)行維護(hù)和檢修,所以對(duì)于大型泵組,只設(shè)電動(dòng)機(jī)推力軸承的形式是合適的。電動(dòng)機(jī)推力軸承布置有懸掛式和傘式兩種方式,懸掛式立式電動(dòng)機(jī)的推力軸承位于電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子上部,同時(shí)在電機(jī)上、下部各配置有上、下導(dǎo)軸承;而傘式電機(jī)軸承則位于定子、轉(zhuǎn)子下部,只在電機(jī)下部設(shè)導(dǎo)軸承則為全傘式,在電機(jī)上、下部分設(shè)上、下導(dǎo)軸承則為半傘式。傘式電機(jī)軸承雖然對(duì)減少水泵懸掛的長度有利,但在總體布置上會(huì)使電動(dòng)機(jī)安裝高程提高。因此懸掛式電機(jī)軸承的布置與傘式電機(jī)軸承布置相比,電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行徑向機(jī)械穩(wěn)定性更好,軸承損耗小,安裝、運(yùn)行、維護(hù)及檢修較方便,大型泵組電動(dòng)機(jī)軸承形式宜選為懸掛式。1.1彈性盤和彈性油箱應(yīng)力應(yīng)變分析推力軸承形式按支承方式可分為剛性支承和彈性支承兩大類。彈性支承有平衡塊支承式、彈性盤支承式、彈性油箱支承式等幾種支承方式。按軸瓦的材質(zhì)可分為合金瓦和塑料瓦,考慮到水泵機(jī)組負(fù)荷不大,且使用合金瓦很成熟,本文對(duì)塑料瓦不作深入分析。根據(jù)泵組電機(jī)運(yùn)行維護(hù)要求及推力軸承負(fù)荷特點(diǎn),將推力軸承形式進(jìn)行技術(shù)分析,結(jié)果匯總?cè)绫?。1.2導(dǎo)軸瓦間隙的調(diào)整泵組電機(jī)導(dǎo)軸承一般采用稀油潤滑軸承,根據(jù)導(dǎo)軸瓦是否分塊可將導(dǎo)軸承分為筒式瓦和分塊瓦兩種形式。筒式瓦可承受較大負(fù)載,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,安裝檢修維護(hù)不便,不適用于泵組電動(dòng)機(jī)。分塊瓦導(dǎo)軸承又有油隙可調(diào)節(jié)和油隙不可調(diào)節(jié)兩種形式,油隙可調(diào)節(jié)導(dǎo)軸承對(duì)軸承系部件的加工及裝配精度要求相對(duì)較低,導(dǎo)軸瓦間隙在安裝時(shí)可以調(diào)整,但每次裝配都要經(jīng)過盤車來調(diào)整軸瓦間隙,軸瓦間隙調(diào)整完成后還要鎖住支持螺栓使之不能移位和松動(dòng),否則將影響電機(jī)的徑向機(jī)械穩(wěn)定性,因此調(diào)整軸瓦的工作量相對(duì)較大。瓦塊支承不可調(diào)節(jié)的導(dǎo)軸承,要求與之配合的電機(jī)在總裝后,軸伸轉(zhuǎn)動(dòng)擺度在規(guī)定的范圍內(nèi),對(duì)軸承系部件的加工精度及裝配精度要求高;無需調(diào)整軸瓦間隙,可使安裝工期縮短。為了減少加工的復(fù)雜性以及增加上、下導(dǎo)軸承的互換性,使備品備件能通用,節(jié)省加工成本及備品備件的費(fèi)用,上、下導(dǎo)軸承宜設(shè)計(jì)成一致的尺寸。2技術(shù)方案的研究2.1作用于機(jī)械體系的設(shè)計(jì)通過對(duì)軸承形式的技術(shù)分析,為研究最佳的工程技術(shù)解決方案創(chuàng)造了基礎(chǔ)條件。東深供水改造工程泵組安全穩(wěn)定運(yùn)行可靠性要求高,還要求運(yùn)行檢修方便。為滿足供水系統(tǒng)流量調(diào)節(jié)需要,要求軸承性能可保證泵組能快速啟動(dòng);而電動(dòng)機(jī)不設(shè)頂轉(zhuǎn)子裝置和剎車裝置,這就要求推力軸承低速,重載潤滑性能好,耐磨性能好;泵組結(jié)構(gòu)形式為抽芯式,要求電機(jī)軸承裝拆方便,易于調(diào)整,而不需整機(jī)盤車。綜上所述,采用彈性盤和平衡塊支承形式推力軸承是較好的方案。彈性盤支承的推力軸瓦,受力時(shí)通過彈性盤變形來自動(dòng)調(diào)節(jié)每塊瓦之間的受力負(fù)荷,結(jié)構(gòu)簡單,安裝時(shí)無需調(diào)整,也不用刮瓦和盤車。該種彈性支承可以彌補(bǔ)軸承加工和組裝中的高度差,并可彌補(bǔ)受力鄰近瓦塊面的平面高度差。但在傳遞不平衡負(fù)載時(shí),不能完全地使各瓦塊負(fù)荷均勻,瓦塊間的載荷有差異。如圖1彈性盤推力軸承“均化”負(fù)載的原理圖。2.2受拉壓彈性盤的穩(wěn)定機(jī)構(gòu)由圖1可見最大瓦塊受力和最小瓦塊受力為:Fmax=F+KΔY(1)Fmin=F-KΔY(2)式中:F為軸承負(fù)載,K為彈性盤的彈率,ΔY為在軸偏斜角時(shí)使推力瓦塊產(chǎn)生的垂直位移的值。該種軸承每種規(guī)格的軸承最大允許偏斜角都有限定,不能隨意超大偏斜。其計(jì)算允許最大軸傾斜角度為:θ=2(FBmax?FB)CRDZdm(rad)(3)θ=2(FBmax-FB)CRDΖdm(rad)(3)式中:FBmax為軸承自身允許的最大負(fù)載,N;FB為軸承實(shí)際使用時(shí)的負(fù)載,N;CRD為單塊軸承瓦的彈性盤的剛度值,N/mm;dm為瓦塊支承中心節(jié)距值,mm;Z為瓦塊數(shù)。由式(3)可知,這種軸承在使用上應(yīng)使軸承負(fù)載在設(shè)計(jì)范圍內(nèi),以保證彈性盤的良好性能。彈性盤軸承由于瓦塊是圓形的,支點(diǎn)在瓦塊中間位置,軸承對(duì)泵組的正向、反向轉(zhuǎn)動(dòng)具有良好的適應(yīng)性,這點(diǎn)對(duì)采用虹吸斷流方式泵組尤為適用,虹吸斷流泵組在停機(jī)時(shí)由于虹吸腔水流作用,泵組反向轉(zhuǎn)速可達(dá)到1.8~2.0倍額定轉(zhuǎn)速。彈性盤圓形瓦塊在設(shè)計(jì)時(shí),可以通過瓦塊數(shù)的改變來調(diào)節(jié)軸承負(fù)載量的大小,因此瓦塊通用性好,其工廠標(biāo)準(zhǔn)化程度相對(duì)較高,通過瓦塊數(shù)及瓦塊分布圓直徑的調(diào)節(jié),可方便泵組結(jié)構(gòu)的整體布置。平衡塊支承的推力軸承,推力瓦由相互搭接的鉸支梁支撐,利用杠桿原理傳遞不均衡力,該平衡系統(tǒng)具有較好的均衡瓦塊負(fù)載的能力。在不平衡負(fù)載存在時(shí)平衡結(jié)構(gòu)能最大限度地減小推力瓦塊上的負(fù)載差異,使之均衡。該系統(tǒng)允許軸線最大偏斜角度為0.001rad。2.3圓形瓦油膜的軸向運(yùn)動(dòng)平衡塊支承的推力軸承采用扇形瓦塊,瓦塊的支撐一般采用偏支點(diǎn)(線)方式,即支撐線位于瓦塊幾何中心偏向出油邊10%,偏支點(diǎn)方式和對(duì)稱支點(diǎn)方式相比,正常運(yùn)行時(shí)瓦溫低20℃左右,但其反向運(yùn)行時(shí)瓦溫比其正向運(yùn)行的瓦溫約高35℃,所以,這種支承形式的軸承應(yīng)避免反向運(yùn)行。從技術(shù)上而言,扇形瓦塊其鎢金支承區(qū)可達(dá)80%~85%;而相同軸承直徑的彈性盤圓形瓦塊,其軸承直徑范圍內(nèi)鎢金支承區(qū)減小為55%~60%;扇形瓦塊比圓形瓦承載油壓場更大,一般情況在同一負(fù)載大小、同種潤滑油潤滑時(shí),扇形瓦的油膜厚度要比圓形瓦的油膜厚40%。因此扇形瓦油膜剛度大,承載能力強(qiáng),安全性高。一般不需更換大粘度的潤滑油,通過因粘度的潤滑油來增大潤滑油膜的厚度,這樣可使軸承損耗降低。3推力軸瓦維護(hù)檢查東深供水改造工程選用兩種泵型,經(jīng)過對(duì)軸承結(jié)構(gòu)的形式分析和技術(shù)方案對(duì)比,分別采用了平衡塊式和彈性盤式軸承,其中旗嶺泵組因?yàn)檩S承荷載相對(duì)較大,水泵葉輪直徑較小,要求整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊,液控蝶閥對(duì)軸承反向運(yùn)行工況的要求不高,故采用平衡塊支承方案。蓮湖泵組因?yàn)檩S承荷載相對(duì)較小,虹吸斷流對(duì)軸承有反向運(yùn)行工況的要求,水泵葉輪直徑較大,軸承分布較大。故采用彈性盤支承方案。軸承結(jié)構(gòu)示意圖分別見圖2,3,4。平衡塊軸承推力頭的絕緣是組合于推力頭中,成為不可拆的內(nèi)部絕緣,因此電機(jī)軸擺度的保證要靠軸本身的成品質(zhì)量,裝配后軸要垂直不彎方能使軸擺度達(dá)到要求,在軸承結(jié)構(gòu)上已無設(shè)施供處理擺度偏差。推力軸瓦維護(hù)檢查的方式與傳統(tǒng)的上軸承不同,它可在軸承潤滑油排放掉以后,僅需提升軸承外殼、將轉(zhuǎn)子抬高即可取出瓦塊進(jìn)行維護(hù)。不用拆除推力頭,也不需盤車調(diào)整瓦受力。推力瓦及上導(dǎo)瓦的支承均為不用手工調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu),因此油隙油膜厚度也不需調(diào)節(jié),維護(hù)軸瓦更為方便。下導(dǎo)軸承軸瓦維護(hù)檢查也很方便,在放掉潤滑油后,下落軸承油室底盤,隨著托盤下落、下導(dǎo)軸瓦也順之下落可供取出維護(hù)檢查。下導(dǎo)軸瓦裝入也很方便,僅需提升托盤使瓦復(fù)位。由于下軸承損耗小,采用外殼筋自然冷卻,使軸承油室尺寸小,又使冷卻器省掉,軸承維護(hù)工作簡單方便。推力軸承允許電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)和停機(jī)。不使用高壓油抬升轉(zhuǎn)子建立油膜,也不需設(shè)置靜止起頂轉(zhuǎn)子的油壓千斤頂和停機(jī)剎車裝置。電機(jī)和水泵組合裝配時(shí)整臺(tái)電機(jī)可直接和水泵聯(lián)接,電機(jī)不需解體安裝。彈性盤推力軸承主要有推力頭、推力瓦、上導(dǎo)軸承座、上導(dǎo)瓦、絕緣浮動(dòng)密封、測溫鉑熱電阻、蝶形彈簧等。推力瓦為9塊圓形鎢金瓦,每塊推力瓦下套裝1件蝶形彈簧,蝶形彈簧放置在推力軸承座上,推力軸承座下墊槽形絕緣后由上機(jī)架9根放射筋支撐。導(dǎo)軸承座下部內(nèi)圓和推力軸承座外圓配合使推力軸承座周向定位,導(dǎo)軸承瓦為分塊鎢金瓦,導(dǎo)軸承座上加工有槽定位導(dǎo)軸承瓦,導(dǎo)軸承瓦用支柱螺栓調(diào)整和上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子之間的間隙。采用了絕緣的浮動(dòng)密封進(jìn)行油室內(nèi)油的防滲,浮動(dòng)密封由絕緣板加工而成的分瓣件,具有使用方便,不易磨損,使用壽命長,重量輕等優(yōu)點(diǎn),是目前較先進(jìn)的油室密封方式。上機(jī)架擋油筒下還設(shè)置了