吴军令，武中德，范寿孝，张培良

（水力发电设备国家重点实验室，哈尔滨 150040）

0 前言

在机组上进行推力轴承试验是困难的，而且花费巨大，但在设计阶段进行试验研究却是可行的。为了优化溧阳机组弹性油箱支撑的双向推力轴承的结构和参数，比较稳妥的研究方法是在推力轴承试验台上进行模拟试验。2012年 2月在哈尔滨大电机研究所的3000t推力轴承试验台上进行了溧阳双向巴氏合金瓦推力轴承的1:1模拟试验，测量了油膜的厚度、压力、温度分布和轴承损耗，保证了机组运行的可靠性。

溧阳蓄能机组双向推力轴承的支撑结构采用具有弹性、能向推力瓦提供扩散和均匀的支撑，并使其具有平衡瓦间负荷的平衡能力的单波纹弹性油箱结构。这也是在蓄能机组上首次应用弹性油箱支撑结构。

1 推力轴承结构特点

溧阳推力轴承采用单波纹弹性油箱支撑结构，如图1所示。采用锻钢件加工成波纹状圆筒，将数个圆筒经连通管和有关零件装配焊接，形成密闭的连通器。再抽真空充压力油，构成弹性油箱支撑结构。每块瓦对应一个油箱，将厚、薄瓦放置在弹性油箱顶面上。

单波纹弹性油箱具有安装调整方便、机组运行过程中自动平衡瓦间负荷的能力（瓦的负荷均匀度≤3%），瓦的倾斜灵活及能够较好地控制瓦变形等优点，获得广泛应用。目前哈电公司已为舟坝、百色、居甫渡、恰普其海、双沟等电站提供数十台套的单波纹弹性油箱，运行效果良好。

哈电公司设计制造的弹性油箱为系列产品，如表 1所示。单波纹弹性油箱支撑结构具有独特的优势，即机组运行期间能自动调整负荷使瓦间承载均衡，哈电公司具有成熟的设计、制造、安装及运行和实践经验。

推力轴承配备高压油顶起系统。在机组起、停机时投入使用。

图1 单波纹弹性油箱支撑结构

表1 单波纹弹性油箱承载对比

2 循环冷却方式

推力轴承采用外加泵外循环冷却，在油的循环回路系统中外加一组互为备用的电动油泵，作为循环动力，由冷却器、滤油器、压力表、流量显示器和阀门等元件组成。润滑油在油槽内部采用瓦间隔板结构进行润滑。外加泵外循环系统对外部管路和元件的阻力要求不高。

瓦间隔板结构是将成型隔板插入瓦两侧的沟槽内，与镜板面高度之间形成一个径向通道。该结构油槽中必须设隔油板，将油槽分成上、下两空腔。上部空腔为热油区，下部空腔为冷油区。

为安全起见，外加泵外循环冷却方式的冷却器、泵、油过滤器及相应阀门等均100%备用，故障时可自动切换到备用管线工作，并发出报警信号，以保证油循环系统的可靠运行。如工作油泵发生故障，可自动切换到备用油泵工作，并发出报警信号。

外加泵外循环冷却系统结构简单、性能稳定可靠，是外循环理想的冷却形式，索风营、思林、龙滩等机组推力轴承均采用此循环冷却方式。

3 推力轴承试验

3.1 推力轴承参数

表2为试验模型参数。

表2 试验模型参数

3.2 试验结果

试验推力轴承如图2所示。

图2 弹性油箱支撑巴氏合金瓦推力轴承

各瓦负荷分布如图3所示，推力轴承各瓦的负荷均匀度小于3%。高压油室参数如表3所示。正、反转时的瓦面油膜厚度分布、压力分布和瓦面温度分布分别如图4-6所示。

额定工况下，油温 34.1～36.3℃＜ [50℃]，推力瓦温度71.2～74.6℃＜ [75℃]（RTD），推力瓦间温度差 4.4K ＜ [5K]，瓦面温度 81℃＜ [90℃]。

表3 高压油室参数

4 推力轴承计算和测量结果对比

推力轴承计算和测量结果对比如表4所示。计算和测量结果吻合。

5 结论

采用为真机设计的推力轴承在3000t推力轴承试验台上进行了推力轴承试验。试验比例为1:1，实现真机全尺寸模拟试验。并且在多种工况下，对推力轴承油膜厚度、油膜压力、瓦面温度、瓦体温度、油温、损耗等参数进行了测量，取得大量数据。

表4 推力轴承计算和测量结果对比

试验结果表明：

（1）对推力轴承支撑结构以及油循环冷却等相关系统所进行的性能分析以及试验结果表明，推力轴承的各项润滑参数和轴承相关系统的技术指标均在哈电公司设计规范和产品的设计制造、运行经验范围之内，并且满足规范所提出的要求。

（2）单波纹弹性油箱支撑结构完全适应抽水蓄能机组推力轴承双向运行的要求，推力轴承瓦的负荷均匀度小于3%。

（3）溧阳推力轴承的设计计算值与试验测量结果吻合。

（4）溧阳单波纹弹性油箱支撑结构的巴氏合金瓦推力轴承满足安全、可靠的运行要求。

（5）大型发电电动机推力轴承采用单波纹弹性油箱支撑结构，巴氏合金瓦，使用L-TSA46润滑油，外加泵外循环润滑冷却方式，是非常理想的推力轴承方案。

[1] 武中德，王黎钦，曲大庄，齐毓霖.大型水轮发电机推力轴承热弹流润滑性能分析[J].摩擦学学报, 2001，21(2)：147-150.

[2] 刘平安, 武中德.三峡发电机推力轴承外循环冷却技术[J].大电机技术, 2008, (1): 7-12.

[3] 武中德, 张宏.水轮发电机组推力轴承技术的发展[J].电器工业, 2007, (1): 32-36.

[4] Y.T.Sun, Z.D.Wu, J.L.Wu.Test Study for Bi-directional Thrust Bearing.IEEE EUROCON 2009,2009: 509-514.

[5] D.Schafer.Investigations into a 6000t Thrust Bearing with Teflon Layer or Babbitt Layer for the Three Gorges Units[C].Proceedings of the Fifth International Conference on Electric Machines and System, Shenyang.2001, l