在我國小水電站中采用臥式機組的電站較多,其軸承的冷卻方式不外乎油自冷和水冷兩種。由水冷卻的軸承,軸承溫度相對穩定,而靠油自冷卻的軸承,受環境溫度的影響較大。當盛夏酷暑期間,廠房環境溫度達到40℃時,輕則使軸溫升高,加速潤滑油的劣化,縮短軸瓦壽命,重則使軸承過熱,燒壞軸瓦,因為當環境溫度達到40℃,可使軸承溫度在正常運行情況下達到70℃左右。按照電站運行規程,凡軸溫達到65℃時應發出警告信號,達到70℃時,必須立即停機,否則將由事故繼電器執行跳閘。為了保證機組因軸承過熱跳閘,多數電站通常采用排風扇、外接油泵循環冷卻或被迫減少機組出力等辦法來防止軸承溫度升高,但仍有燒壞軸瓦的重大事故發生。
1 軸承結構和發熱原因
一般采用三支點布置機組,其推力軸承由水冷卻,前后導軸承靠油自冷卻。導軸承為油環帶油式徑向軸承。其軸瓦分上下兩塊,下軸瓦水平安放在軸承座上,軸瓦底部設有軸承測溫孔,里邊插有一支WTZ-288型溫度表;上軸瓦兩端各有一個徑向缺口,兩個甩油環就從徑口處伸向外面,同時套著主軸和下軸瓦。軸瓦表面鍍有一層巴氏合金,軸承使用30號汽輪機油作為潤滑劑,甩油環下半部分則泡在潤滑油中。當主軸轉動時,兩個甩油環就跟著在主軸上滾動,不斷將軸承座中的潤滑油帶到主軸上和潤滑冷卻軸承的摩擦面,此時摩擦面上的熱量基本被潤滑油吸收。因甩油環的作用,潤滑油中的熱量又基本被帶至軸承座空氣中自行冷卻,最后使軸承溫度穩定在略高于環境溫度之中,其值一般不超過60℃。當環境溫度升高后,軸承和潤滑油的溫度跟著升高,加上機組工作時產生的摩擦熱量,使得潤滑油的溫度更加升高;當油溫達到60℃以后,氧化速度加快,冷卻效果逐漸減小,繼而使摩擦面發熱量增加又使潤滑油溫度升高,如此惡性循環,難以保證不發生過熱故障或事故,因此,降低軸承溫度的關鍵就是必須降低潤滑油的溫度。
2 降溫措施和應用效果
(1)冷卻方案和原理:
如圖1所示為一個軸承降溫冷卻系統。該系統由進、出水閥,工作閥、試驗閥和進、出水管、冷卻管、壓力表等元件組成。當機組運行時,軸承熱量被潤滑油吸收,因冷卻管直接安泡在潤滑油中,故部分熱量被冷卻管優先吸收和傳遞,通過流動的冷卻水將熱量排放到尾水池;另一部分熱量則由甩油環的滾動,散發在軸座內的空氣中。因這兩種作用同時進行,使軸承摩擦面產生的熱量基本被吸收排出,達到了冷卻軸承的目的。
(2)確定主要參數和選擇元件:
①散熱面積:散熱面積可根據軸承摩擦發熱量(即摩擦功率等于油潤滑狀態下的摩擦系數、軸承載荷和軸頸處的線速度的連乘積),所選材料的傳熱系數,油溫和水溫的溫差,可計算出散熱面積。經設計計算,得散熱面積為0.02m2;因軸座內的空間有限,選紫銅管外徑為20mm,并彎成U形,其開口距離70~100mm,要求紫銅管泡在潤滑油中的長度不小于0.32m。
②供水量:通過紫銅管傳遞的熱量,被冷卻水帶走,所需供水量可通過冷卻水出口與進口的溫差和需帶走的熱量、水的熱容量來進行計算,可算出供水量為6.67×10-3m3/h,因供水量不大,故選冷卻水的進、出水管內徑為15mm。
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