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改进推力轴瓦结构提高设备运行稳定性

发布时间：2013-03-20 浏览次数：626

何吉欢　林国材　周丽霞

　　推力轴瓦是透平机械中的易损零件，它很大程度上决定了设备的运行稳定性、寿命及其可靠性等。因此如何改进推力轴瓦的结构并对其进行优化设计是Z大限度提高设备效率的Z有效的途径之一。本文以上海电化厂的推力轴瓦为例加以说明。
　　一、原推力轴瓦的结构
　　图1是上海电化厂透平机推力轴瓦的结构示意图，这是一种十分典型的斜面—平面结构。这种结构设计不合理，其运行稳定性很差，寿命也不理想，并且在正常工作状态时润滑油的温度接近Z高报警温度。
　　实践证明该瓦设计存在以下问题：①润滑油在离心力的作用下，很容易泄漏。当润滑油供给不充分时，即有可能发生烧瓦现象；②根本不能承受径向冲击载荷，当设备启动频繁时，或者受到瞬间径向冲击载荷时，即会出现烧瓦现象。
　　二、改进方案
　　为了避免润滑油在离心力作用下泄漏，可按以下方法改进。
　　1.单油封斜面—平面结构(图2)

图1　斜面—平面结构　

图2　单油封斜面—平面结构

　　这种结构其周向油楔形状没有变化，只是在轴瓦Z外端形成一小的平面作为油封边，阻止润滑油的泄漏。也就是说在其径向也可形成一个阶梯结构，因此在离心力的作用下，油膜也能产生一定的压力，但由于油封边的存在，使其周向油楔面减少，因此改进后的轴瓦承载能力可能减小或增大，这取决于轴的转速、油封边的宽度等诸因素，需要进行适当的计算。改进后的轴瓦，由于存在径向阶梯结构，因此油膜可吸收径向的冲击载荷。
　　2.双油封斜面—平面结构
　　上述结构虽然解决了由于离心力作用而产生的泄漏现象，但由于轴瓦内侧空气压力为零，因而在压差的作用下也会产生泄漏现象。如果按图3形式加以改进，则其综合效果并非Z佳。这是因为，在径向产生一个发散和一个收敛的油楔，发散的油楔产生负压，因此在离心力或同一方向的其它作用力的作用下，轴瓦内侧产生负压，轴外侧产生正压，轴将产生一微小的倾斜，其结果是使径向油楔更加发散。同时在内侧将会有大量空气进入润滑油，从而使其粘度大大下降，轴向承载力急剧减小。这种改进的结果会导致烧瓦现象。
　　3.单油封阶梯结构
　　为了优化设备结构，总是希望轴瓦径向尺寸尽量小，这样不仅可使轴的直径减小，减轻轴的重量，而且还可以提高轴的运行稳定性。在设备维修时，还可能因为轴的磨损，使部分油楔发散，或使部分油楔面减少，从而整体上影响轴瓦的承载能力。为此我们按图4形式加以改进。这种结构的轴瓦其轴向和径向都是阶梯结构，因此都能产生较大的承载能力，并且能承受单向冲击载荷。适当设计这种形式的轴瓦可使结构Z优化。

图3　双油封斜面—平面结构　

图4　单油封阶梯结构

　　4.进一步改进
　　以上分析了单一轴瓦的性质，不受径向载荷时，图2、4都是比较理想的。但是，当受到径向载荷时，应该综合考虑各块瓦的运行情况。如果每块瓦都采用外油封结构，如图5所示，则当受到径向冲击载荷时，一侧的三块轴瓦形成收敛径向油楔，而另一侧的三块轴瓦则形成发散的径向油楔，因此有可能因内侧润滑油的大量泄漏而造成烧瓦现象。为此作者通过认真分析后，提出了一种新的结构，如图6所示，即相邻的两块轴瓦，一块是外油封结构，另一块为内油封结构。这种结构型式虽然其内油封结构的轴瓦在离心力的作用下，有一定量的泄漏现象，但稳定性大大提高。当受到任何一方的冲击载荷，如果该方向上的一块轴瓦产生发散的径向油楔，则其旁边的两块轴瓦及相对的那块轴瓦形成收敛的径向油楔，这样就可以吸收该方向的径向冲击载荷；如果作用力方向相反，则原先发散的径向油楔变成了收敛的径向油楔，因此也可以吸收该方向的径向冲击载荷。因此这种结构的推力轴瓦的稳定性可与可倾瓦媲美。

图5

　　图6　Z佳推力轴瓦结构

　　三、结论
　　普通推力轴瓦改进后不开燕尾槽，由浙江省诸暨市登发泵与风机配件厂提供，经上海电化厂使用后表明，图2、4、6轴瓦结构不仅具有较高的运行稳定性，而且其寿命普遍提高。图6结构寿命可提高30%左右，Z高油温可降低5℃左右。
　　作者通联：何吉欢　上海大学应用数学和力学研究所　上海市延长路149号　200072