小水电站油自冷轴承的降温处理

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小水电站油自冷轴承的降温处理

作者：佚名文章来源：不详点击数：更新时间：2008-9-26 20:15:31

在我国小水电站中采用卧式机组的电站较多，其轴承的冷却方式不外乎油自冷和水冷两种。由水冷却的轴承，轴承温度相对稳定，而靠油自冷却的轴承，受环境温度的影响较大。当盛夏酷暑期间，厂房环境温度达到40℃时，轻则使轴温升高，加速润滑油的劣化，缩短轴瓦寿命，重则使轴承过热，烧坏轴瓦，因为当环境温度达到40℃，可使轴承温度在正常运行情况下达到70℃左右。按照电站运行规程，凡轴温达到65℃时应发出警告信号，达到70℃时，必须立即停机，否则将由事故继电器执行跳闸。为了保证机组因轴承过热跳闸，多数电站通常采用排风扇、外接油泵循环冷却或被迫减少机组出力等办法来防止轴承温度升高，但仍有烧坏轴瓦的重大事故发生。

　　1　轴承结构和发热原因

　　一般采用三支点布置机组，其推力轴承由水冷却，前后导轴承靠油自冷却。导轴承为油环带油式径向轴承。其轴瓦分上下两块，下轴瓦水平安放在轴承座上，轴瓦底部设有轴承测温孔，里边插有一支WTZ-288型温度表；上轴瓦两端各有一个径向缺口，两个甩油环就从径口处伸向外面，同时套着主轴和下轴瓦。轴瓦表面镀有一层巴氏合金，轴承使用30号汽轮机油作为润滑剂，甩油环下半部分则泡在润滑油中。当主轴转动时，两个甩油环就跟着在主轴上滚动，不断将轴承座中的润滑油带到主轴上和润滑冷却轴承的摩擦面，此时摩擦面上的热量基本被润滑油吸收。因甩油环的作用，润滑油中的热量又基本被带至轴承座空气中自行冷却，最后使轴承温度稳定在略高于环境温度之中，其值一般不超过60℃。当环境温度升高后，轴承和润滑油的温度跟着升高，加上机组工作时产生的摩擦热量，使得润滑油的温度更加升高；当油温达到60℃以后，氧化速度加快，冷却效果逐渐减小，继而使摩擦面发热量增加又使润滑油温度升高，如此恶性循环，难以保证不发生过热故障或事故，因此，降低轴承温度的关键就是必须降低润滑油的温度。

　　2　降温措施和应用效果

　　(1)　冷却方案和原理：

　　如图1所示为一个轴承降温冷却系统。该系统由进、出水阀，工作阀、试验阀和进、出水管、冷却管、压力表等元件组成。当机组运行时，轴承热量被润滑油吸收，因冷却管直接安泡在润滑油中，故部分热量被冷却管优先吸收和传递，通过流动的冷却水将热量排放到尾水池；另一部分热量则由甩油环的滚动，散发在轴座内的空气中。因这两种作用同时进行，使轴承摩擦面产生的热量基本被吸收排出，达到了冷却轴承的目的。

　　图1　轴承降温冷却系统

　　(2)　确定主要参数和选择元件：

　　①散热面积：散热面积可根据轴承摩擦发热量(即摩擦功率等于油润滑状态下的摩擦系数、轴承载荷和轴颈处的线速度的连乘积)，所选材料的传热系数，油温和水温的温差，可计算出散热面积。经设计计算，得散热面积为0.02m2；因轴座内的空间有限，选紫铜管外径为2 0mm，并弯成U形，其开口距离70～100mm，要求紫铜管泡在润滑油中的长度不小于0.32m。

　　②供水量：通过紫铜管传递的热量，被冷却水带走，所需供水量可通过冷却水出口与进口的温差和需带走的热量、水的热容量来进行计算，可算出供水量为6.67×10-3m3/h ，因供水量不大，故选冷却水的进、出水管内径为15mm。

　　③供水方式和压力：本系统采用自流供水方式，即从机组蜗壳取出压力水，根据冷却水管强度，一般取压力值为0.2MPa。

　　④选压力表0～0.6MPa，选试验阀为ф15mm水龙头，其他各阀为ф15mm小闸阀。

　　(3)　　　技术处理：

　　(4)　　　　

　　单位：mm

　　图2　冷却水管制作图

　　在距轴承最高油位线上50mm处钻ф24mm孔两个，两孔间距为80mm，将紫铜管热弯成图2中形式，使冷却管在润滑油中的有效长度大于0.32m(实际已达0.7m)，具体位置要尽量靠近上部润滑油，以距最高油位线50～80mm为宜，安装时要保证甩油环能在U形冷却管中正常滚动，且与冷却管两边的间隙必须大于20mm。为了防止产生轴电流，冷却管必须与轴座保持绝缘，其两端从新钻的孔中伸出，并通过软胶管与进、出水管相连，然后按图1接通冷却水系统。如有条件，还可在回路中装设滤水器和示流器，使轴承降温冷却系统更加完善。

　　在使用本系统时，先关闭试验阀和出水阀，然后开启工作阀和进水阀，降温系统开始充水，待压力表指示达0.2MPa时，开启出水阀，并适时调节，使系统压力保持在0.18～0.2MPa 之间；随着环境温度的变化，可通过进、出水阀适时增大或减小进水量，使导轴承温度稳定在50℃左右；为了检验冷却水管的畅通情况，可利用试验阀进行试验。

　　(4)　应用效果：

　　通过对电站的机组导轴承的油自冷方式的改造，获得了以下效果：

　　①冷却可靠。轴承增加了水冷却装置后，冷却效果大为改善，在炎热酷暑时节的轴承温度能稳定在50℃以下，从而保证了机组的运行安全。

　　②成本低廉。采用冷却水的降温措施，每台机组仅需花200多元的材料费，就能满足机组在盛夏连续满载运行要求，每年可为电站挽回过去被迫降荷运行的经济损失，减少轴瓦维修和停机损失，从而创造了较大的经济效益。

　　另外，该系统简单适用，所需元件很少，且操作方便，安全可靠，调节直观，在一般电站都能自行安装，具有较好的推广价值。

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