現(xiàn)在大中型水輪發(fā)電機(jī)推力軸承基本都采用電動油泵(少數(shù)為鏡板泵)外循環(huán)冷卻方式,優(yōu)點(diǎn)是油槽小方便結(jié)構(gòu)布置和抽瓦檢查,冷卻器熱交換效率高油溫低(這是采用外循環(huán)的Z重要的原因),并且節(jié)水,冷卻器放置在機(jī)坑外方便檢修,缺點(diǎn)是油槽內(nèi)轉(zhuǎn)動部件粘滯泵等循環(huán)動力沒有被利用,僅成為攪拌摩擦損耗,冷卻器占用外部空間較大,電動油泵需增加一套備用。
推力軸承內(nèi)循環(huán)冷卻的循環(huán)動力有以下三個(gè)方面(水輪發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算,機(jī)械工業(yè)出版社,白延年主編):
,粘滯泵的作用。潤滑油具有一定的粘性,可以附著在浸入油內(nèi)的旋轉(zhuǎn)件表面(例如鏡板和推力頭),當(dāng)旋轉(zhuǎn)件達(dá)到一定轉(zhuǎn)速時(shí),潤滑油被甩出形成油流,是主要循環(huán)動力。
第二,在鏡板旋轉(zhuǎn)作用下摩擦面的部分熱油膜被甩出,雖然這部分油流的動力和流量不大,但溫度很高,占軸承機(jī)械損耗的大部。
第三,由冷卻器引起的冷熱油對流。油槽表層熱油經(jīng)過冷卻后密度增加自然下沉。
軸承內(nèi)循環(huán)隨意性很強(qiáng),邊界條件非常復(fù)雜,還不可能建立準(zhǔn)確數(shù)學(xué)模型定量計(jì)算,人們只有在結(jié)構(gòu)上下工夫,一是減少不必要的壓頭損失,如在旋轉(zhuǎn)件外圍裝設(shè)弧形導(dǎo)流板,減少油流撞擊損耗。二是減少油流循環(huán)阻力,如利用擋油板隔擋將油流經(jīng)過各處截面盡可能一致以減少局部阻力系數(shù)等,盡管采取不少措施,油流總還是流經(jīng)流阻Z小處,所以比較簡單的導(dǎo)流、隔擋的內(nèi)循環(huán)熱交換效率仍然不高。軸承冷卻器熱交換效率很重要,效率高意味油溫低瓦溫低,夏天不必因瓦溫限制機(jī)組出力,節(jié)水可減小凈水池容積。
軸承的普通內(nèi)循環(huán)就是自然循環(huán),利用軸承自身的循環(huán)動力無需外力,總損耗小,沒有外循環(huán)油泵事故之憂。
由哈爾濱銀河電機(jī)制造有限公司提出新理念,采用內(nèi)循環(huán)油的循環(huán)動力和外循環(huán)冷卻器的密封循環(huán)原理,推出推力軸承強(qiáng)迫內(nèi)循環(huán)全新結(jié)構(gòu),見圖一水輪發(fā)電機(jī)推力軸承強(qiáng)迫內(nèi)循環(huán)冷卻。

圖一 推力軸承強(qiáng)迫內(nèi)循環(huán)冷卻結(jié)構(gòu)
在推力頭和鏡板油浸部分外圓裝密封腔體,與推力頭接觸為接觸式密封,在鏡板外圓下端部安裝葉輪泵,葉輪泵下邊緣和鏡板下邊緣平齊,不影響檢修抽瓦,葉輪泵將鏡板與推力瓦摩擦產(chǎn)生的熱油甩出時(shí)吸入密封腔,加上推力頭和鏡板油浸部分粘滯泵離心作用,密封腔形成內(nèi)圓為負(fù)壓外圓為正壓離心泵腔體,壓力油通過管路進(jìn)入密封的冷卻器上端,油流經(jīng)過兩道或多道折流板被冷卻,冷油從冷卻器下端經(jīng)管路排入擋油管,再進(jìn)入推力瓦間,構(gòu)成清晰完整冷卻循環(huán)系統(tǒng)。
推力軸承強(qiáng)迫內(nèi)循環(huán)兼顧了有效利用內(nèi)循環(huán)油循環(huán)動力,外循環(huán)冷卻器熱交換高效率的優(yōu)點(diǎn)。由于油循環(huán)動力被限定在密封壓力腔,減少油流攪拌碰撞,減少軸承損耗。平靜的油槽也減少擋油管甩油和油霧產(chǎn)生。
推力軸承強(qiáng)迫內(nèi)循環(huán)冷卻結(jié)構(gòu)即適合新機(jī)組設(shè)計(jì)也適用老機(jī)組改造,內(nèi)循環(huán)冷卻老機(jī)組推力油槽都很大,強(qiáng)迫循環(huán)油冷卻器比自然循環(huán)油冷卻器體積要小,有足夠空間布置增加的油管路。
推力軸承強(qiáng)迫內(nèi)循環(huán)也可以改為葉輪泵外循環(huán)結(jié)構(gòu),類似于鏡板泵外循環(huán),而冷卻效果要好于鏡板泵,鏡板泵循環(huán)動力油取自擋油管處,為冷熱油混合,葉輪泵取自鏡板摩擦產(chǎn)生的熱油,冷卻系統(tǒng)的熱交換效率高。