王艳武，王建刚

（哈尔滨电机厂有限责任公司，哈尔滨 150040）

0 前言

发电电动机的推力轴承通常具有适应正反转的特性。溧阳发电电动机的推力轴承也不例外，需要适应正、反两种工况的运行要求，那么就必须将支撑零件的中心正对扇形瓦的几何中心，称为正顶结构，使推力轴承具备不同旋转方向，在支撑结构上具有相同的特性。这样，会给推力轴承旋转时带来油膜形成不稳定的负面影响，原因是推力瓦中的动压油膜在不等压状态下运行，最大压力出现在偏心位置，若必须正顶，此时支撑点与最大压力处产生一力矩，就强迫瓦面有翻转的趋势，造成楔形动压油膜不稳定的负面影响。解决这个问题的主要措施是降低推力瓦的单位压力，可改善推力瓦的机械变形，从而降低动压油膜的最高压力值。另外，提高轴承的周速，能使动压油膜的厚度增大，可保证形成稳定的楔形油膜，使正反转运行的推力轴承安全稳定运行。HEC以及一些其他设计单位的蓄能项目的成功运行，印证了上述理论。

溧阳抽水蓄能电站发电电动机运用60年来对大电机轴承设计和制造经验的归纳总结，对推力轴承与下导组合轴承及推力轴承单波纹弹性油箱支撑结构进行总体设计。

1 结构说明

溧阳发电电动机的推力负荷815t，推力轴承位于转子下部，并与下导轴承共用一个油槽，为组合轴承结构，详见图1。

该推力轴承比悬式的推力轴承安装和检修稍有难度，但最大的优点是使机组总体结构紧凑，可降低厂房高度。该组合轴承可利用转子支架设置临时吊点，安装和检修时可方便起吊导瓦；另外在油槽壁上开设窗口作为安装和检修推力轴承的作业通道，可解决伞式机组的组合轴承安装和检修不便的问题。

根据与相似机组的比较，可见溧阳推力瓦单位压力设计值为 2.5MPa，最小油膜厚度计算值为 0.15mm等较合理的数据，唯独轴承损耗较大，也是发电电动机组合轴承的特点，所以对溧阳发电电动机的组合轴承的设计重点应为保证形成稳定的压力油膜。

溧阳发电电动机的下导轴承和推力轴承共用一个油槽，利用推力头外圆柱面作为与导瓦的摩擦面，其特点是导轴承摩擦面直径较大，导瓦数较多，周速高，加大了轴承损耗，所以在设计中采用了对导轴承加强冷却的措施。

图1 推力和下导组合轴承

溧阳发电电动机的下导轴承采用哈电传统支撑结构，即正顶球面支柱支撑结构。该结构为球面与平面接触，使瓦倾斜灵活，导瓦钨金面直径大于接触面直径，装配后导瓦双侧自然存在楔形进油间隙，可适应正反转运行工况。安装间隙使用垫片调整，实现了支撑位置不偏心，也不必在工地刮研导瓦，可保证导轴承安全稳定运行，此结构为哈电传统结构。

溧阳发电电动机的推力轴承支撑方式采用哈电传统结构，即单波纹弹性油箱支撑结构，如图2所示，弹性油箱的箱体采用韧性好的合金锻钢，将其加工成带有波纹状的圆筒，将数个圆筒与相关组件焊成全封闭的连通器，抽真空注油后形成弹性油箱支撑。该支撑借助连通器原理，通过油压的传递，可自动平衡由于加工。安装和运行产生的各瓦间的受力差异。单波纹弹性油箱支撑结构是每块扇形瓦对应一个油箱，即将扇形瓦的几何重心对准单个油箱的圆心，直接放置在油箱顶部，可减少扇形瓦的机械变形，大幅提高了推力瓦的承载能力，并借助弹性油箱的易弯性，可使扇形瓦倾斜灵活，便于形成动压油膜。实践证明，单波纹弹性油箱支撑可在0.3mm范围内自动平衡各瓦间的受力差异。溧阳发电电动机的单波纹弹性油箱图纸要求各油箱间加工允许误差不大于0.05mm，推力瓦各瓦间加工允许误差不大于0.05mm，所以工地装配后可不必进行调整瓦受力的工序。

图2 单波纹弹性油箱

溧阳发电电动机的推力轴承瓦采用厚薄瓦的双层瓦结构，如图3所示。双层瓦之间采用鸽尾键连接，可单独抽出薄瓦检修，托瓦为厚瓦，外圆处设置限位措施，使正反转时瓦均在正顶位置。双层瓦结构的最直观的优点是使推力瓦的机械变形和热变形最小，可降低动压油膜最大压力幅值，有利于稳定油膜的形成。推力瓦的薄瓦厚度为60mm，钨金层4mm，表面不需要刮研。为适应推力瓦正反转的需求，推力瓦两侧边钨金面都加工有进油边。

图3 推力轴承瓦

溧阳推力轴承的推力头采用境板和推力头一体的结构，称为镜板推力头，材质选用适应镜板性能的材料，还要考虑推力头外圆作为下导滑转子的需要。镜板推力头的优点是既减少了一个装配的结合面，也减少了此面加工误差引起的轴线摆度不好的现象，又降低了组合轴承的高度。推力头直接与转子支架下圆盘连接，装配仅用把合螺栓，不需要销钉，优点是必要时可单独将推力头或转子转动一个合适的角度，来调整轴线的摆度。

溧阳推力和下导组合轴承的特点是总损耗较大，是轴承的摩擦损耗和搅拌损耗的总和，两个轴承在一个油槽内，瓦的发热会相互影响，散热条件较差，必须有一个良好的润滑冷却系统，使两个轴承都得到充分的热交换，同时使两个轴承的温度稳定在安全的运行范围内。选择外加泵外循环作为溧阳组合轴承的润滑冷却方式是必要的，因为可选择足够的润滑油循环压力和较大的润滑油流量，并可将冷却系统设置在有较大放置空间的机坑外,充分保证推力和下导组合轴承的安全稳定运行。

溧阳推力轴承油槽内的循环油路采用瓦间隔板结构，即在扇形瓦之间，瓦的高度方向适当位置装设一扇形薄板，称为瓦间隔板，瓦间隔板至镜板所形成的截面为冷油通道。再沿瓦间隔板高度位置，在油槽中部另设一隔板，称中隔板。中隔板将油槽分成上下两个腔，下腔为冷油腔，上腔为回油腔。通过数根油槽内的导油管将热油腔内的油吸入油槽下部的集油环管内，通过外循环油泵将冷却后的冷油送回油槽，完成一次油的润滑冷却循环。

3 结论

通过以上的分析和对该单波纹弹性油箱支承结构在推力轴承试验台的真机模拟试验的成功验证，可以得出溧阳推力和下导组合轴承及推力轴承单波纹弹性油箱支承结构合理，可以满足溧阳发电电动机安全稳定运行的要求。此结构为国内在抽水蓄能机组发电电动机设计上首次尝试采用，推力轴承采用弹性油箱支撑将为大型抽水蓄能机组安全运行提供保证。