水润滑推力轴承推力瓦应力场分析

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大型立式水泵推力轴承磨损润滑的分析与对策

大型立式水泵推力轴承磨损润滑的分析与对策[摘要] 本文主要针对大型水泵推力轴承中的重要部件的磨损、变形以及由此而引发的润滑、调整问题，运用理论分析和探讨的方法，结合多年来对实际设备所出现问题的探讨及经验积累，进行综合分析。

在分析论证的基础上，汇总如下结果，即：推力瓦、镜板磨损变形与其检修质量、调整、润滑、运行工况密切相关。

因此，针对问题得出这样一个结论，必须提高推力瓦、镜板检修质量；改善润滑性能，改善冷却器冷却效果，降低油温；避免水轮机运行；防止轴电流对镜板、推力瓦的侵蚀等。

并提出一些综合治理的方法和新的工序工艺，解决大型立式水泵普遍存在的推力瓦轴承磨损问题，以便提高设备健康水平，保证设备的运行稳定性和可靠性。

[关键词] 轴电流；磨损；变形；润滑一、概述：1、大型立式水泵的推力轴承，是应用液体润滑承载原理的机械结构部件，主要由推力瓦、镜板、推力头、冷却器等部件组成。

推力瓦是推力轴承中的重要部件，它是整个机组转动部分和固定部分的摩擦面，并且承受整个机组转动部分的重量和轴向水推力。

轴承运转时，要求各轴瓦均匀地承受推力负荷，如果各轴瓦受力不均，将产生较大温差，造成个别轴瓦温度增高，瓦面变形磨损增大，影响机组安全运行。

在额定工况下，推力瓦温度不得超过70℃，但如能使各推力瓦受力均匀，则可提高推力轴承的承载能力，减缓推力瓦磨损及热变形，同时也防止镜板的磨损，提高设备运行的稳定性，所以，除设计和制造上必须保证其必要的条件外，安装、检修、维护调试对机组综合性能起着重要的作用。

2、推力轴承要保证在油润滑条件下运行，必须使出油边的最小油膜厚度，符合设计值（如：大型机组推力轴承油膜厚度一般在0.03∽0.07mm之间）。

这就要求镜板有较高的精度和较低的粗糙度，如果镜板的粗糙度高，则轴承摩擦损耗增大。

镜面如有伤痕或锈蚀等缺陷，则可能破坏油膜，甚至造成烧瓦事故。

所以，镜板研磨、推力瓦刮削以及对镜板、推力瓦的检修调整工作就显得十分重要。

水润滑卧式橡胶滑动轴承和推力轴承设计计算

水润滑卧式橡胶滑动轴承和推力轴承设计计算
设计计算水润滑卧式橡胶滑动轴承和推力轴承需要考虑以下几个因素：
1. 轴承承载能力: 根据实际应用情况确定轴承的承载能力，包括径向承载和推力承载。

2. 轴承尺寸选择: 根据轴承承载能力和工作条件，选择合适的轴承尺寸。

通过计算轴承上的压应力和摩擦力，来确定轴承的尺寸。

3. 润滑剂选择: 根据工作条件选择合适的润滑剂。

润滑剂的选择会影响轴承的摩擦系数和摩擦功耗。

4. 轴承摩擦力计算: 根据轴承材料和润滑剂的摩擦系数，计算轴承摩擦力。

5. 轴承寿命估算: 根据轴承的使用寿命要求和实际工作条件，估算轴承的寿命。

以上是一般设计计算水润滑卧式橡胶滑动轴承和推力轴承的一些关键要素，具体设计计算方法需要根据实际情况进行详细分析和计算。

建议根据具体的工程要求和技术条件，进行轴承的选型和设计计算。

凝结水泵推力轴承磨损原因分析及改进措施

凝结水泵推力轴承磨损原因分析及改进措施发布时间：2022-02-15T08:46:42.988Z 来源：《电力设备》2021年第12期作者：杜书谋[导读] 针对NLT500--570凝结水泵轴承室进水，油质恶化，造成推力瓦块磨损，对轴承室进水原因进行分析并解决，对行业内凝结水泵存在共性问题解决具有借鉴作用，消除隐患提高设备运行可靠性。

（商洛发电责任公司陕西省商洛市 726000）摘要：针对NLT500--570凝结水泵轴承室进水，油质恶化，造成推力瓦块磨损，对轴承室进水原因进行分析并解决，对行业内凝结水泵存在共性问题解决具有借鉴作用，消除隐患提高设备运行可靠性。

关键词：凝结水泵推力轴承、油质乳化机械密封改造效果分析一、概述凝结水泵在火电、核电发电机组中作为重要辅机，从高度真空的条件下将凝汽器的热井中的凝结水抽出，输送接近于凝汽器压力下饱和温度的水，出口压力达3MPa，经凝结水精处理系统、低压加热器系统送入除氧器。

凝汽器是一个高度真空的容器，进出口压差大，产生的轴向力很大，因此凝结水泵采用承受轴向力大的推力滑动轴承。

推力滑动轴承主要包括：推力瓦（带碟形弹簧及附件）、导瓦、推力头、承板（推力瓦支承用）、油冷却器、大端盖、壳体、底板等几大部分；润滑方式采用自润滑，其冷却通过安装在轴承内的冷却器通水进行冷却，为了监控轴承运行时的温度，在导瓦及推力瓦中均各预留了二个用于安装测温元件的孔。

二、推力轴承磨损原因分析 2021年9月9日18时30分，机组负荷482MW，凝结水系统B凝结水泵变频运行，转速1244rpm，凝结水泵出口压力2.2MPa，凝结水流量1023t，B凝泵各参数正常。

18时55分，定期工频试转A凝结水泵，推力轴承瓦块温度快速升高，19时02分A凝结水泵导轴承温度最高达86.2℃（凝泵导轴承跳泵值为80℃），引发A凝结水泵停运。

检修人员到现场后对轴承室外观检查发现外观检查轴承承油位计内有水，热控人员检查测温元件正常，经过商议后决定拆开轴承室端盖检查，轴承室内润滑油水分较多，油质已乳化。

水轮发电机组推力轴承故障分析及处理

水轮发电机组推力轴承故障分析及处理摘要：随着我国生产进程的不断加快，在生产过程中，水轮发电机组推力轴承在运行过程中容易出现温度过高和烧损现象,严重影响了发电机轴系的正常旋转和机组的稳定安全运行。

对水轮发电机组推力轴承因机组振动、设计结构、加工安装和润滑油冷却系统等因素,导致推力轴承的轴瓦温度过高而引发的故障进行了分析,并将相关改进方法进行汇总,旨在避免因推力轴承故障损坏为水电站的安全埋下隐患,为水电站对类似的故障处理提供了参考。

关键词：水轮发电机组；推力轴承；故障分析；处理引言推力轴承工作状况的好坏直接影响机组能否正常运行，统计发现，电站机组设备故障中，约60%机械设备故障源于推力轴承。

查找、分析推力轴承事故的原因，解决设计、制造、安装及运行中发生的问题，已成为电站管理运行的一项重要工作。

1推力系统概况水轮发电机组推力轴承通常由推力头、镜板、推力瓦、支撑弹簧、油冷却器、高压油顶起装置、油槽等组成。

推力头与机组主轴采用过盈配合方式连接为一体；镜板一般采用45号锻钢制作，具有较高的精度和粗糙度，推力头与镜板通过绝缘杆和绝缘销钉固定，二者在机组运转过程中随转动部分转动，并与推力瓦面滑动摩擦，进而将机组转动部分的重量传递到推力瓦上，为了降低摩擦损耗，与轴瓦相接触的表面加工粗糙度要求达到0.2μm以上。

推力瓦采用扇形分块式结构。

推力轴承按支撑形式为刚性支柱式。

冷却系统采用体内自循环水冷方式，即推力油冷却器安装在推力油槽内部，2水轮发电机组轴承故障诊断系统设计2.1系统构成及其功能在水轮发电机轴承故障诊断监测报警系统中主要是由数据在线采集、故障报警、数据分析处理三个部分组成的，通过这一系统可以实现对发电机工作状况数据的有效监测，简单来说，这一系统设计的总体流程主要包括传感器感应、信号调理、数据分析等，经过数据分析之后，一方面是对将数据分析结果传入数据库，再根据数据分析情况进行打印分析，另一方面是通过数据分析发现故障，则系统会输出警报提示，这一过程中的数据也会再次存入数据库。

论水电厂发电机推力轴承结构特点及运行分析

中国科技期刊数据库工业C2015年14期 117论水电厂发电机推力轴承结构特点及运行分析孙学利辽宁省丹东市太平湾发电厂发电部,辽宁丹东 118000摘要：对于大型发电机，推力轴承是最重要的组成部分之一，它的设计和制造技术是非常重要的，其是否合理将直接影响水轮发电机组的可靠运行。

关键词：水电站；；推力轴承；结构；运行特点中图分类号：TV734 文献标识码：A 文章编号：1671-5810(2015)14-0117-011 推力轴承的结构及运行特点1.1 平衡块支承式推力轴承平衡块支承结构由上平衡块，下平衡块，垫块以及支顶螺栓组成。

上下平衡块互相搭接组成一个整体系统。

上，下平衡块接触面和下平衡块与支承垫板接触均为圆弧面，与平面的线接触。

当承载推力载荷时。

上，下平衡块利用杠杆平衡的机械原理互相动作。

连续自动调整每块推力瓦的受力。

此结构推力轴承轴瓦载荷均衡性和推力瓦的倾斜灵活性均较好。

1.2 液压弹性油箱支承式推力轴承液压弹性油箱支承结构由弹性油箱和托盘式支柱螺钉组成。

每块瓦下的弹性油箱相互连通，内部充满一定压力的液压油，当各瓦间载荷不均衡时，弹性油箱作为一个整体连通器，通过弹性油箱的轴向变形使各推力瓦间载荷均匀。

弹性油箱目前有四波纹，三波纹和单波纹结构等，其中多波纹结构较单波纹结构性能好。

托盘的设计有效减小了托瓦的变形，保障了大型水轮发电机组推力轴承的安全运行。

亦有可采用无支柱螺栓结构，即将推力瓦直接置于弹性油箱上方，可适当减小推力轴承整体高度，并改善推力瓦机械变形。

但因无可调节的支柱螺钉，推力轴承现场安装及受力调整受到一定限制。

对于大型水轮发电机组。

液压弹性油箱支承推力轴承的弹性油箱尺寸较大。

且油箱需预充一定压力的液压油，因此为确保弹性油箱在长期运行期间的安全可靠性。

在结构设计，加工制造，安装工艺等各方面均有较严格的工艺要求。

1.3 弹簧簇支承式推力轴承结构弹簧簇支承推力轴承采用双层瓦结构，一簇具有一定刚性，高度相等的支承弹簧簇布置在推力瓦和托瓦之间，在弹簧簇浮动支承下，推力轴承合理作用点可随载荷，线速度的不同而不同，支承弹簧除承受推力载荷外，还能吸收震动，并且能够在一定程度上平衡各块瓦间的载荷。

考虑粗糙度的水润滑复合微织构推力轴承性能分析

表面技术第52卷第6期考虑粗糙度的水润滑复合微织构推力轴承性能分析王丽丽，段敬东，李龙超，刘迎澳，包云龙（山东科技大学机械电子工程学院，山东青岛 266590）摘要：目的改善摩擦副润滑性能，研究考虑表面粗糙度时复合微织构参数对推力轴承性能的影响，同时通过实验进一步说明复合微织构的减摩作用机理。

方法建立表面粗糙度模型、复合微织构的水膜厚度方程和推力轴承的广义雷诺方程，研究不同复合微织构形状和排列方式推力轴承的性能。

通过摩擦磨损实验验证复合微织构形状对轴承润滑性能的影响。

结果复合微织构有效改善了摩擦副的摩擦学性能，在15种复合微织构和2种单一织构中，复合微织构的承载性能均优于单一鱼形和圆形织构，圆形复合鱼形微织构具有较好的润滑性能；当不同微织构沿周向排列时获得了较好的润滑参数，相较于径向排列，其承载力提升了45.45%；考虑表面粗糙度时，轴承的润滑性能得到提高，当尺度系数为0.002 2、分维系数为2.6时，轴承获得了较好的润滑性能，相较于未考虑粗糙度时其承载力得到提高。

结论实验得出与理论相同的结论，圆形复合鱼形微织构具有较好的承载力和减摩性能，合适的复合微织构参数可以有效提高水润滑推力轴承的润滑性能，降低摩擦因数。

关键词：粗糙度；复合微织构；推力轴承；微织构参数；摩擦实验中图分类号：TH117 文献标识码：A 文章编号：1001-3660(2023)06-0256-10DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2023.06.022Performance of Water-lubricated Composite Micro-textureThrust Bearing Considering RoughnessWANG Li-li, DUAN Jing-dong, LI Long-chao, LIU Ying-ao, BAO Yun-long(College of Mechanical and Electronic Engineering, Shandong University of Science andTechnology, Shandong Qingdao 266590, China)ABSTRACT: Surface micro texture technology is a technology to improve the surface lubrication performance of friction pairs. The research on the micro texture thrust bearing mainly focuses on the effect of roughness on the lubrication performance of bearings or the effect of single micro texture on the lubrication performance of bearings. To improve the lubrication performance of friction pairs, the effect of different composite micro-texture parameters on the performance of收稿日期：2022−05−11；修订日期：2022−08−26Received：2022-05-11；Revised：2022-08-26基金项目：山东省矿山机械工程重点实验室校企联合基金（2022KLMM304）；山东省博士后创新项目专项资金（201701016）Fund：Shandong Province Key Laboratory of Mine Mechanical Engineering, Shandong University of Science and Technology (2022KLMM304); Shandong Provincial Postdoctoral Innovation Foundation (201701016)作者简介：王丽丽（1979—），女，博士，副教授，主要研究方向为摩擦学。

石墨水润滑动压推力轴承的起飞转速及磨损的量化研究

第３２卷第３期中国机械工程V o l ．３２㊀N o ．３２０２１年２月C H I N A M E C HA N I C A LE N G I N E E R I N Gp p．２６９Ｇ２７４石墨水润滑动压推力轴承的起飞转速及磨损的量化研究王㊀瑞１㊀贾㊀谦１,２㊀袁小阳１１．西安交通大学现代设计及转子轴承系统教育部重点实验室,西安,７１００４９２．西安交通大学城市学院机械工程学院,西安,７１００１８摘要:针对极端工况下石墨水润滑动压推力轴承的起飞转速及磨损难以量化的问题,利用核主泵半尺寸轴承对量化方法展开研究.建立了石墨水润滑可倾瓦推力轴承模型,采用摩擦副粗糙度作为衡量指标计算了理论起飞转速,并与起飞转速台架试验结果进行了对比;使用质量磨损率作为衡量磨损量化标准,进行了小试样试验和启停台架试验,二者结合对石墨不锈钢摩擦副进行了研究.研究结果表明:理论计算的起飞转速与起飞台架试验结果的误差为２０％,证明理论计算方法具有一定的可行性;小试样试验与启停台架试验的误差为３９．２％,小试样试验可对台架试验的结果进行预估或评价,二者的试验结果可以进行综合分析以指导理论计算.关键词:石墨;推力轴承;起飞转速;磨损;量化中图分类号:T H １３３．３D O I :１０．３９６９/j．i s s n ．１００４１３２X．２０２１．０３．００３开放科学(资源服务)标识码(O S I D ):Q u a n t i t a t i v eR e s e a r c ho fT a k e Ｇo f f S p e e d s a n d W e a r o fG r a ph i t e W a t e r Ｇl u b r i c a t e dH y d r o d y n a m i cT h r u s t B e a r i n gs WA N G R u i １㊀J I A Q i a n １,２㊀Y U A N X i a o y a n g１１．K e y L a b o r a t o r y o fM o d e r nD e s i g na n dR o t o rB e a r i n g S y s t e m ,M i n i s t r y ofE d u c a t i o n ,X i a n J i a o t o n g U n i v e r s i t y,X i a n ,７１００４９２．D e p a r t m e n t o fM e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ,X i a n J i a o t o n g U n i v e r s i t y C i t y C o l l e ge ,X i a n ,７１００１８A b s t r a c t :A i m i n g a t t h e p r o b l e m s t h a t i tw a s d if f i c u l t t o q u a n t i f y t h e t a k e Ｇo f f s pe e d s a n dw e a r ofg r a phi t ew a t e r Ｇl u b r i c a t e d h y d r o d y n a m i c t h r u s t b e a r i n gs u n d e r t h e e x t r e m e c o n d i t i o n s ,t h e q u a n t i t a t i v e m e t h o dw a s s t u d i e db y u s i n g t h eh a l f Ｇs i z eb e a r i n g o f an u c l e a r r e a c t o r c o o l a n t p u m p ．T h em o d e l o f a g r a p h i t ew a t e r Ｇl u b r i c a t e dt i l t i n g Ｇp a dt h r u s tb e a r i n g sw a se s t a b l i s h e d ．T h et h e o r e t i c a l t a k e Ｇo f fs p e e d w a s c a l c u l a t e d b y u s i n g t h e s u r f a c e r o u g h n e s s o f f r i c t i o n p a i r s a s t h em e a s u r e m e n t i n d e x a n d c o m p a r e d w i t h t h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s b y a b e n c h t e s t ．U s i n g t h em a s sw e a r r a t e a s t h e s t a n d a r d f o rm e a s u r i n gt h ew e a r ,t h e s m a l l s a m p l e t e s t a n d t h e s t a r t Ｇs t o p b e n c h t e s tw e r eb o t hc a r r i e do u t t o i n v e s t i ga t e t h e g r a p h i t e Ｇs t a i n l e s s s t e e l f r i c t i o n p a i r s ．T h e r e s u l t s s h o wt h a t t h e e r r o r s o f t a k e Ｇo f f s p e e d sb e t w e e n t h e t h e o r e t ic a l a nde x p e r i m e n t a l r e s u l t s a r e a s ２０％,w h i c h p r o v e s t h ef e a s i b i l i t y o f t h e t h e o r e t i c a l c a l c u l a Ｇt i o nm e t h o d ．T h e e r r o r sb e t w e e nt h es m a l l s a m p l e t e s t a n dt h es t a r t Ｇs t o p be n c ht e s t a r ea s３９．２％．T h e s m a l l s a m p l e t e s tm a y beu s e d t o p r e d i c t o r e v a l u a t e t h eb e n c h t e s t r e s u l t s ,a n db o t ho f t h e t w o t e s t r e s u l t s a r e c o m p r e h e n s i v e l y a n a l yz e d t o g u i d e t h e t h e o r e t i c a l c a l c u l a t i o n ．K e y wo r d s :g r a p h i t e ;t h r u s t b e a r i n g ;t a k e Ｇo f f s p e e d ;w e a r ;q u a n t i f y 收稿日期:２０２００１０６基金项目:国家自然科学基金(５１７７５４１２)０㊀引言石墨轴承是在金属轴承的基础上开发并发展起来的炭质轴承,炭质轴承有着不同于金属轴承的特性,如自润滑㊁耐高温㊁耐腐蚀㊁质量小等[１Ｇ２].某核主泵中使用石墨可倾瓦推力轴承承载轴向载荷,但其轴系在高温高压㊁强腐蚀强辐射的液体等极其恶劣的工况下工作,该推力轴承的磨损将直接影响主泵的寿命[３Ｇ５].由此,本文研究的石墨水润滑推力轴承对主泵的工作性能起决定性作用.轴承的性能一般通过额定工况下的润滑性能来衡量,但本文研究的核主泵可倾瓦推力轴承在服役期间需要经历多次启停,由于主泵系统的特殊性不能采用高压顶起系统,因此对启停阶段低黏介质润滑轴承的润滑性能和摩擦学性能要求较高[６Ｇ７].对于推力轴承,当转速达到某临界值时,摩擦副完全脱开形成完整的液膜,该界限转速称为起飞转速 ,对应的膜厚称为起飞膜厚[８].在转速未到达起飞转速时液膜并未完全形成,轴９６２ Copyright©博看网 . All Rights Reserved.承处于边界摩擦和混合摩擦状态,在这种状态下轴承的摩擦副将会剧烈磨损,这对轴承及整机的可靠性和寿命有极其严重的影响[９].当最小油膜厚度小于连续流体动压润滑相关尺寸要求时,推力轴承会发生磨损,惰转曲线将大幅度下移,长时间低速惰转运行,可能导致推力轴承烧瓦,核主泵无法再次启动[１０].因此,水润滑轴承起飞转速及磨损的量化研究对提高起飞性能㊁减小轴承的磨损有着重要意义[１１].本文以核主泵半尺寸立式轴承为研究对象,建立石墨水润滑可倾瓦推力轴承的模型,采用摩擦副粗糙度作为衡量指标,理论计算起飞转速,进行起飞台架试验;进行小试样试验与启停台架试验,通过质量磨损率K m来量化磨损结果,二者试验结果相互对比讨论.１㊀石墨水润滑推力轴承起飞转速的量化某核主泵轴系为立式转子结构,含两个径向轴承和一个双向推力轴承,为动压轴承.图１是主泵轴系的结构图,主泵轴系由转子㊁叶轮㊁上飞轮㊁下飞轮㊁径向石墨轴承及推力石墨轴承等几部分组成.针对轴系中的推力轴承,设计制备了半尺寸试验推力轴承,试验推力轴承参数如表１所示.计算时,载荷取全载W１㊁半载W２和四分之一载荷W３三组进行对比分析.图１㊀某核主泵立式轴系结构图F i g．１㊀V e r t i c a l s h a f t i n g d i a g r a mo f a n u c l e a rm a i n p u m p表１㊀试验推力轴承参数T a b．１㊀T e s t t h r u s tb e a r i n gp a r a m e t e r s参数名称值参数名称值瓦块内径d１(mm)２４０径向偏支系数０．５６瓦块宽度d２(mm)１６０周向偏支系数０．５０瓦块数６额定转速(r/m i n)１８００瓦块包角θ(ʎ)５０额定载荷W(k N)１８０１．１㊀起飞转速的理论仿真对于该屏蔽泵的立式转子系统,在启动过程中,当转子升速到一定转速时,推力盘与瓦面完全脱开并形成完整水膜,进行有效的润滑和支撑,此转速即为起飞转速,该转速下对应的膜厚即为起飞膜厚.为了说明转速㊁载荷和膜厚三者的关系,以推力轴承承载力方程为例[１２],最小膜厚h m i n＝μωB４W－/W(１)式中,μ为润滑剂动力黏度,N s/m２;ω为角速度,r a d/s; B为轴瓦宽度,mm;W－为量纲一承载系数(由轴承结构参数决定);W为载荷,N.起飞膜厚一般与轴承和轴瓦接触面的摩擦副有关,完整水膜必须保证膜厚大于两个表面的粗糙度之和[１２],即h m i nȡh f＝S(μ１＋μ２)(２)式中,h f为起飞膜厚,μm;S为安全裕度;μ１㊁μ２为摩擦副表面粗糙度,μm.使用MA T L A B程序计算可倾瓦推力轴承膜厚,该程序的功能为:在输入轴承的基本参数后,选择载荷和转速,即可求解轴承当前工况下的受力及膜厚情况(最小膜厚㊁支点膜厚和瓦块受力情况等),程序的基本流程见图２.图２㊀推力轴承计算流程图F i g．２㊀T h r u s tb e a r i n g c a l c u l a t i o n f l o w c h a r t输入试验轴承的基本参数(表１),分别计算转速从０到额定转速１８００r/m i n的三种载荷下最小膜厚曲线,结果如图３所示.三条最小膜厚曲线大致走势相同,随着载荷的增大,最小膜厚逐渐减小,此规律与文献[１３]的研究结果相近.在０~３００r/m i n内最小膜厚增加较快,可推断起飞膜厚可能处于３００r/m i n 以内.为验证软件的正确性,计算文献[１４]中受力轴承的最小膜厚,与其对比发现最小膜厚误差０７２中国机械工程第３２卷第３期２０２１年２月上半月Copyright©博看网 . All Rights Reserved.图３㊀三种载荷下轴承最小膜厚图F i g．３㊀M i n i m u mf i l mt h i c k n e s s o fb e a r i n g u n d e rt h r e e l o a d s在５％以内,可基本认为软件计算结果正确.初定起飞膜厚处于３００r/m i n以内,对０~３００r/m i n的转速进行较为细小的划分,可得到尽可能多的最小膜厚与支点膜厚的数据,对数据进行拟合分析,结果如图４所示.图４㊀三种载荷下的膜厚曲线F i g．４㊀F i l mt h i c k n e s s c u r v e u n d e r t h r e e l o a d s为了保证拟合曲线的精度,令表示数据离散程度的R２在０．９９９以上,得到了三条最小膜厚的拟合曲线以及三个膜厚关于转速的三阶多项式方程.试验轴承的推力盘与石墨瓦的表面粗糙度分别为０．８μm和１．６μm,根据式(１),取安全裕度S 为１．５,得到最小膜厚h m i nȡh f＝３．６μm.代入方程反求出膜厚为３．６μm时的转速:n１＝２１６r/m i n㊁n２＝１２０r/m i n和n３＝７６r/m i n(图４). n１㊁n２㊁n３分别为全载W１㊁半载W２与四分之一载荷W３的理论起飞转速,h z１是全载W１最小膜厚为３．６μm时所对应的支点膜厚,h z１＝４．５μm.１．２㊀起飞转速的试验模拟改造已有的半尺寸立式轴承试验台进行试验,见图５.试验台主要分为试验台主体㊁变频电机驱动系统㊁加载装置㊁高压油站和润滑与冷却系统５个部分,采用静压加载方式,为配合水润滑低速启停试验,将原有的大转速低扭矩电机更换为额定转速为１０００r/m i n的大扭矩变频调速电机以保证启动力矩,并对试验台内部进行防锈处理.图５㊀半尺寸立式轴承试验台F i g．５㊀H a l fＧs i z e v e r t i c a l b e a r i n g t e s tb e n c h在测量水膜厚度时,采用美国B E N T L Y ３３００X L８mm电涡流传感器系统进行电涡流位移测量.图６所示为起飞膜厚测试的传感器布置方案,传感器布置在两个瓦块之间并固定在推力轴承座上,径向按照径向偏支系数固定在６片瓦块支点形成的圆上,以保证测得的膜厚为支点处的膜厚(此处未考虑推力盘的倾斜情况).传感器端面在静态下与推力盘表面距离为１．２mm,转子转动时推力盘由于液膜的作用而上浮,传感器可测得支点处的上浮情况,即为支点膜厚.为了保证支点膜厚测量的精度和准确度,采用三个测点相互间隔１２０ʎ来进行测量,试验结果如图７所示.图６㊀起飞膜厚测试原理图F i g．６㊀T a k eＧo f f f i l mt h i c k n e s s t e s t s c h e m a t i c d i a g r a m １．３㊀理论与试验结果的对比与讨论由于传感器测得的膜厚为全载W１时支点处的膜厚,因此需与全载W１理论支点处的膜厚进行对比分析,得出如下结论.(１)试验测得的支点膜厚走势与理论支点膜厚大体趋势相同.(２)在转速较低时(０~８０r/m i n),试验支点膜厚与理论出入较大(试验结果较为稳定,而理论结果则保持均匀上升),分析原因可能是转速较低时,由于推力盘和轴瓦的粗糙度导致试验未生成完整水膜,而理论膜厚采取全膜润滑的计算方法.(３)随着转速的增加(９０~１８０r/m i n),试验１７２石墨水润滑动压推力轴承的起飞转速及磨损的量化研究王㊀瑞㊀贾㊀谦㊀袁小阳Copyright©博看网 . All Rights Reserved.图７㊀起飞台架试验数据曲线F i g．７㊀T a k eＧo f fb e n c h t e s t d a t a c u r v e曲线与理论曲线愈发接近,可认为已逐渐形成完整的润滑水膜.在转速为１８０r/m i n时,理论曲线与试验结果第一次相交,并随着转速的增大二者曲线逐渐缠绕,因此认为试验转速n s＝１８０r/m i n时,试验已经产生完整水膜进行润滑.试验测得的起飞转速(n s＝１８０r/m i n)与理论计算结果(n１＝２１６r/m i n)的误差为２０％,这可能与试验所采用推力盘与轴瓦的粗糙度有关,另一方面安全裕度S的取值也将影响二者的误差.２㊀石墨水润滑推力轴承磨损的量化从推力轴承启动到到达稳定工作状态,整个瓦块与推力盘的润滑过程可分为边界润滑阶段㊁不连续流体动压润滑阶段和流体动压润滑阶段.瓦块磨损的主要原因是在未达到起飞转速时与推力盘接触产生的干摩擦与边界摩擦,多次的启停会加剧瓦块的磨损,严重影响核主泵推力轴承的寿命[１５].因此有必要对启停阶段瓦块的磨损情况进行研究,便于找出应对措施和改造办法.２．１㊀石墨不锈钢摩擦副的小试样试验石墨不锈钢摩擦副小试样试验是为模拟台架启停试验中石墨瓦块与不锈钢推力盘摩擦的过程.(１)试验仪器.用于小试样试验的试验仪器一般为各种型号的摩擦磨损试验机.在试验室里做试验,试验样品是材料加工成的小件.基于以上条件,选择UMTＧ２摩擦磨损试验机进行试验.摩擦因数通过力传感器感受载荷力N和水平摩擦力F并转化成信号输出,然后由计算机利用公式μf＝F/N求出.磨损量用质量磨损率K m 来代表,质量磨损率是单位滑动距离上每单位面积摩擦表面质量的减少量,单位为k g/m３,即K m＝m s Aα(３)式中,m为材料磨损质量,g;s为相对滑动距离,m;Aα为接触表面积,m２.(２)试样制备.为了研究核主泵瓦块的磨损情况,采用了一种新型石墨材料,材料性能参数见表２.小试样试验采用石墨试验销不锈钢(１C r１８N i９T i)试验盘的面面接触形式进行摩擦.将该新型石墨材料制成ϕ６ˑ１５mm的石墨试验销和ϕ４０ˑ５mm的不锈试验盘,见图８.表２㊀石墨试样物理性能参数T a b．２㊀P h y s i c a l p r o p e r t i e s o f g r a p h i t e s a m p l e s参数名称数值肖氏硬度H S９１．５抗压强度(mm)２０５．４５抗折强度(M P a)７６．４６０~５００ħ热导率λ(W/(m K))５０．３３表面气孔率θs０．２８６％石墨化度范围(ʎ)４０~４４㊀㊀(a)石墨试验销㊀㊀㊀㊀(b)不锈钢试验盘图８㊀基本摩擦学试验试样F i g．８㊀B a s i c t r i b o l o g y t e s t s p e c i m e n㊀㊀(３)试验参数的设定.小试样试验主要模拟轴承实际工作时候的P V值(P为轴承工作时比压,V为工作时转速),具体试验参数设定描述如下:主泵的全载W１㊁n１＝２１６r/m i n,半载W２㊁n２＝１２０r/m i n,四分之一载荷W３㊁n３＝７６r/m i n.根据表１计算可知轴承在达到起飞转速时三种载荷的P V值分别为４．８６M P a m/s㊁１．３５M P a m/s和０．４３M P a m/s.因此试验分别在相同的P V值下进行,试验的压力值设定为５M P a,石墨销的直径为６mm,由F＝pπr２换算为机器施加的载荷:Q１＝１３７N㊁Q２＝３８N和Q３＝１２N,试验机的试验速度均设为１m/s.(４)试验结果.摩擦因数试验时间为１０m i n,磨损量测试时间为２４h.得到了该石墨材料的摩擦因数平均值μf＝０．２０３,称重采用B S A１２４S电子天平(１２０g/０．１m g),称量三种工况下的材料磨损质量m(全载工况㊁半载工况和四分之一载荷工况的材料磨损质量分别为m１㊁m２和m３),试验结果见表３.将磨损的质量代入式(３),可计算出该新型石墨材料在三种工况下的质量磨损率:K m１＝１．７４ˑ１０－３g/m３㊁K m２＝０．９５ˑ１０－３g/m３和K m３＝０．６２ˑ１０－３g/m３.２７２中国机械工程第３２卷第３期２０２１年２月上半月Copyright©博看网 . All Rights Reserved.表３㊀三种工况下试验磨损的质量T a b ．３㊀Q u a l i t y of t e s tw e a r u n d e r t h r e e o p e r a t i ng co n d i t i o n s 载荷(k N )１８０９０４５磨损的质量m (m g)４．２２．３１．５２．２㊀台架启停试验(１)试验准备.台架启停试验中轴承的材料是性能参数如表２所示的石墨,以表１试验推力轴承参数制作石墨可倾瓦推力轴承,试验在上述半尺寸立式轴系试验台上进行.(２)试验过程.启停工况是水润滑石墨轴承磨损的主要因素之一,本文在半尺寸立式轴承试验台上对全载工况下主泵的水润滑石墨推力轴承进行启停试验,主要模拟核主泵低速启停.试验过程为:①试验台上电,润滑回路开启,测试系统待机;②驱动电机启动转速,试验转速在５m i n 内由０慢慢启动到起飞转速n １＝２１６r /m i n ,启动过程监测轴承的运行情况及轴瓦的温升;③运行３０m i n 后电机减速,减速５m i n 后转速降为０.(３)试验结果.本文将石墨推力轴承磨损的测试原理称为称重计算质量磨损率,即在试验前后对推力瓦块进行超声波清洗烘干称重,将试验前后的质量差代入式(３)计算出全载工况下的质量磨损率.试验结束后使用精度为１０００g /０．０１g 的L T １００２E 电子天平测量石墨瓦块的磨损情况,其中磨损量是从经过了８次重复启停过程的轴瓦上测得的.试验前后推力瓦块对比如图９所示,轴瓦在试验后有明显的划痕磨损,说明在启停阶段轴瓦与推力盘并非产生全膜润滑,其摩擦性质可能以边界摩擦为主.主泵启停试验需要重复启停２０００余次,本文只进行了８次启停,表４为推力轴承瓦块磨损测量数据,磨损的质量取６块瓦块的平均质量差.图９㊀２号瓦块试验前后对比图F i g ．９㊀C o m pa r i s o n c h a r tb e f o r e a n da f t e rN o ．２t i l e t e s t ㊀㊀将试验计算得到的平均质量损失m s ＝０．３８g代入式(３),计算出全载１８０k N 试验质量磨损率K m s ＝１．２５ˑ１０－３g/m ３.试验结论如下.(１)所选新型石墨材料的性能优良,在台架表４㊀推力轴承瓦块磨损测量数据T a b ．４㊀W e a rm e a s u r e m e n t d a t a f o r t h r u s tb e a r i n gpa d s g 瓦块编号试验前净重试验后净重质量损失１号瓦块８８２．１９８８１．７６０．４３２号瓦块８９６．４４８９６．０４０．４０３号瓦块８９２．９２８９２．６１０．３１４号瓦块８６９．５１８６９．１５０．３６５号瓦块８９８．２９８９７．８８０．４１６号瓦块９０２．７６９０２．３９０．３７平均损失０．３８试验中磨损极小,磨损质量在０．３１~０．４３g 之间,质量磨损率K m s ＝１．２５ˑ１０－３g/m ３,适宜在极端工况长期使用.(２)试验后有明显划痕,说明在转子启停阶段确实有边界摩擦接触.２．３㊀小试样试验与台架试验的对比与讨论在上文中,对全载１８０k N ㊁起飞转速２１６r /m i n 的工况进行了２４h 的磨损试验,分析计算得到K m １＝１．７４ˑ１０－３g/m ３.而在台架启停试验中对全载工况进行了８次启停试验,分析计算得到K m s ＝１．２５ˑ１０－３g/m ３,二者的误差为３９．２％.原因可能为以下三点.(１)由于磨损的时间较短,得到的磨损质量较小,导致称重测量不够精确,可能存在一定误差.(２)小试样试验环境为恒定的,而台架启停试验则是启停的变化工况,虽然采取了等P V 值的模拟办法,但结果还是会有一定误差.(３)小试样试件与台架启停试验试件尺寸差距过大,这可能也会导致磨损的实际过程发生一些变化.虽然小试样试验与台架启停试验二者结果有一定误差,但小试样试验依旧能对大型台架试验的结果进行有效的预估.这可以显著降低台架试验的成本,并对台架试验的结果进行一定的评价.３㊀结论(１)利用摩擦副粗糙度对起飞转速进行了量化,与起飞台架试验的结果进行对比,误差为２０％,证明利用摩擦副的粗糙度来衡量计算起飞转速具有一定的可行性.(２)利用质量磨损率对小试样试验与启停台架试验结果进行了量化,二者的结果误差为３９．２％.小试样试验可以对台架试验的结果进行预估或者试验评价,但不能完全替代.(３)本文起飞转速和磨损的量化方法可为水润滑轴承其他参数的量化提供一定参考.参考文献:[１]㊀陈锐．石墨材料与石墨轴承[J ]．炭素,２００１(４):３２Ｇ３５．３７２石墨水润滑动压推力轴承的起飞转速及磨损的量化研究王㊀瑞㊀贾㊀谦㊀袁小阳Copyright©博看网 . All Rights Reserved.C H E N R u i．G r a p h i t eＧm a t e r i a l a n d G r a p h i t eＧb e a r i n g[J]．C a r b o n,２００１(４):３２Ｇ３５．[２]㊀J I A Q i a n,Y U A N X i a o y a n g,Z HA N G G u o y u a n,e ta l．D r y F r i c t i o n a n dW e a r C h a r a c t e r i s t i c s o f I m p r e gＧn a t e dG r a p h i t e i n aC o r r o s i v eE n v i r o n m e n t[J]．C h iＧn e s eJ o u r n a lo f M e c h a n i c a lE n g i n e e r i n g,２０１４,２７(５):９６５Ｇ９７１．[３]㊀Z HA N GF a n,G U A N Y o n g s h e n g,Y U A N X i a o yＧa n g,e t a l．E x p e r i m e n t a l S t u d y o nP a dT e m p e r a t u r ea n dF i l m T h i c k n e s so fT i l t i n gＧp a dJ o u r n a lB e a r i n g sw i t ha nE l a s t i cＧp i v o t P a d[J]．T r i b o l o g y I n t e r n a t i o nＧa l,２０１５,８８:２２８Ｇ２３５．[４]㊀陈飞,金英泽,袁小阳．载荷方向对立式转子导轴承润滑性能的影响[J]．西安交通大学学报,２０１９,５３(１２):２５Ｇ３０．C H E N F e i,J I N Y i n g z e,Y U A N X i a o y a n g．E f f e c to f L o a dD i r e c t i o n o nL u b r i c a t i o nP e r f o r m a n c e o f t h eF o u rＧp a dW a t e rＧl u b r i c a t e dT i l t i n gG u i d eB e a r i n g f o rV e r t i c a lR o t o r[J]．J o u r n a l o fX i a n J i a o t o n g U n i v e rＧs i t y,２０１９,５３(１２):２５Ｇ３０．[５]㊀贾谦,董光能,赵伟刚,等．腐蚀下浸渍石墨材料的摩擦磨损特性研究[J]．徐州工程学院学报(自然科学版),２０１３,２８(３):２１Ｇ２６．J I A Q i a n,D O N G G u a n g n e n g,Z HA O W e i g a n g,e ta l．F r i c t i o n a n dW e a r C h a r a c t e r i s t i c s o f I m p r e g n a t e dG r a p h i t e M a t e r i a l su n d e r C o r r o s i o n E n v i r o n m e n t s[J]．J o u r n a l o f X u z h o u I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y(N a t u r a l S c i e n c eE d i t i o n),２０１３,２８(３):２１Ｇ２６．[６]㊀王祥,张帆,史朝阳,等．多瓦预载荷调整对核主泵轴系临界特性的影响[J]．轴承,２０１８(９):３８Ｇ４４．WA N G X i a n g,Z HA N GF a n,S H I Z h a o y a n g,e t a l．I n f l u e n c e o fM u l t iＧp a d s P r e l o a dA d j u s t m e n t o nC r i tＧi c a l P r o p e r t i e s o fN u c l e a r M a i nP u m p S h a f t i n g[J]．B e a r i n g,２０１８(９):３８Ｇ４４．[７]㊀贾谦,欧阳武,张帆,等．水润滑轴承磨损寿命预测校正试验载荷的磁力模拟研究[J]．中国电机工程学报,２０１４,３４(１７):２８３６Ｇ２８４２．J 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n.袁小阳(通信作者),男,１９６３年生,教授㊁博士研究生导师.研究方向为轴承转子系统动力学㊁润滑理论及轴承技术与摩擦学系统的系统工程等.EＧm a i l:x y y u a n＠m a i l．x j t u．e d u．c n.４７２中国机械工程第３２卷第３期２０２１年２月上半月Copyright©博看网 . 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拉西瓦2F、5F机组推力轴承问题分析及处理

．
ｓａｅｔｒｓｅｒｎｕｈｏｈａｉｆａｔａｏｄｔｎｕｈａｈｉｔｄｍａｎｅａｃｉｐｈｔｂａｉｇｂｓｎｔｅｂｓｓｏｃｕｃｎｉｏｓｓｃｓｔｅｌｒｕｌｉｍｉｅｉｔｎｎｅｔｍｅ
院水电站动力设备及其自动化专业，现从事水轮机工艺
工作．
析，特别是对设备进行合理的规划，使设备合理利用，增加了工件工地现场加工的精度，降低了工地
收稿日期：０２０．２１－１９２
５３
ｐｅｓｒｉｌｔｇｊｃｔｉｋｅｓｏｉｆｍｒｓｕｅｏｌｉｉａｋ；ｃｎｓｆｌｌｆｎｈｏｉ
Ｏ引言
拉西瓦水电站位于青海省贵德县与贵南县交界的黄河干流上，电站设计共建６台７００ＭＷ水轮发电机，电机采用上下导轴承立轴半伞式、发由水
合紧急到现场处理及后期机组运行情况，特作如下分析。
１现象及产生的后果
拉西瓦２、ＦＦ５机组运行过程中，推力轴承瓦温正常、稳定。例行停机检修时发现了以下问题
（）１镜板划伤严重，感不明显，甲能感到手指
轮机驱动的同步发电机，采用全空冷（即定子绕组、定子铁心和转子绕组均为空气冷却）方式，是黄河流域装机容量最大、电量最多、发单位干瓦造价最低的水电站。电站建成后主要承担西北电网
ｓｓｍｏｍｏｕｉｙｔｆｕｂｎｔｅｊ．
ＫｙｗｒｓＴｒｓｂａｎ；ｒｓｂａｎｕｈｍｎｒｐａ；ｉｉｅｔｎｐｅｈｈｅｏｄｈｔｅｒｇｔｕｔｅｒｇｂｓ；ｉｏｌｅｏｎｃｏｉ；ｉ－ｕｉｈｉｔｌｊｉｐｇ

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３２．
厚增加，摩擦因数减小，滚动体表面温度下降，而随着载荷的增加，最小膜厚减小，摩擦因数增大，滚动体表面温度上升。（）对于陶瓷滚动轴承而言，轴承的热效应不２
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以斜面平台水润滑推力轴承推力瓦为研究对象，基于ＡＳＳＮＹ软件平台，建立了水润滑推力轴承斜面平台固定推力瓦危险截面有限元分析模型，对推力瓦危险界面的变形和应力场进行分析研究，结论表明，推力瓦的最大变形和最大ＶｎＭｓｓｏｉｅ应力均出现在离ｓ
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ＣｈｎＺｎｕｅｈｅｙ．Ａｎｌｓｓｏｈｙａｃｐｒｍｅｅｆｃｒｍｉａｙｉｎｔｅｄｎｍｉａａｔｒｏｅａｃｓ
（）在相同的工况参数下，陶瓷球轴承的油膜３压力低于普通轴承，而膜厚高于普通轴承，不论是轴承内圈、滚动体还是中层油膜，陶瓷球轴承的温升都要小于钢质轴承的温升。因而实际工作过程中，陶瓷轴承的润滑性能更好，使用寿命更长。
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ＬｕｎｅＡｃｅａａｉｇｌｅｔｓａｄｓｕ —ｆｏｌｌｂｃｔｎｏｉａｋ．ｃｌｒｔｉｅｔｎｈｔｉｕｒａｉｆＹｎｆｏｉｏ
（）转速与载荷会对陶瓷轴承的接触区的压力、１
膜厚、温度产生影响，其中随着转速的增加，最小膜
ＧｕＹａｈｏｇ，ａｎ，ｅＷｅｅ１Ｅｆｃｆａｃｒｔａｄ— ｎｎＴｉｎＢｉＹｕｎ，ｔａ．ｆｔｏｅｍｅｄｉｅｔｅｏｈａｅａｉｒｏｔｅ１・ｔｅｒｃｉｎｐｉｎｅ－ｉｎｔｅｗｅｒｂｈｖｏｆｓｅｌＯ－ｅｌｆｔａｒａｄｆｒ・ｖ－ｑｓｉｏ
能忽略。
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育出版社，９６１８．
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ｔｅｍａｒｐｒｉｓｏｅｅｏａｃｏｔｌｎ — ａｔｒｓｈｒｌｐｏｅｅｎｔｐｒｒｎｅｆａｉｔｇｐｄｈｕｔｔｈｆｍｉ
燕山大学学报，０，８１：２９．２４２（）９ — ４０
ＷａｇＪｎＥｐｒｎａｓａｃｎｏｌｉｌｂｃｔｎａｄｐｅｎｕ．ｘｅｍｅｔｌｅｅｒｈｏｉａｒｕｒａｉｎｒ— ｉｒ — ｉｏ
ｂｈｖｕｏｃｒｉｃａｕｄｒｉｍｅｔｅＪ．ｕｒａｅａｉｒｆｅａｃｏｔｎｅｈｈｔｐｒｕ［］Ｌｂｃ— ｏｍｇｅａｒｉ
２１０２年第６期来自黄海等：陶瓷球轴承的热弹流润滑分析
ｌ６．２
５１
对于外圈与球接触时陶瓷轴承与钢质轴承润滑特性的比较，得出的结论与内圈与球接触时的一致，这
里就不再论述了。
４结论
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数值分析［］润滑与密封，００３（）５６．Ｊ．２１，５８：９— ２
ＨｅＣｕｙｎ．ｉｈｎｌ．ｕＺｕｉ．ｍｅｃｌａａｙｉｏｈｎｏｇＬｕＺｅｇｉＷｈｘｎＮｕｒａｎｌｓｆｎｉｓ
（上接第５９页）
６结论
弹性变形的影响［］润滑与密封，１，５１）６６．Ｊ．２０３（１：２— ４０
ＬｕＹｕ，ｕＺｅｇｉＷｕＺｕｉｅ１Ｅｆｃｆｓｒｃｕｒａｉ “ ｈｎｌｎ，ｈｘｎ，ｔａ．ｆｔｏｔｔｅｐ — ｅｕｒｍｅｅｓｏｌｓｉｅｏｍａｉｎｏｌｐ — ｌｔｏｍｈｕｓｂａｎａｔｒｎｅａｔｃｄｆｒｔｆｓｏｅｐａｆｒｔｒｔｅｒｇｏｉ
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Ｕｉｒｔ，０，８１：２９．ｎｖｓｙ２４２（）９ — ４ｅｉ０
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