汽轮机设备及运行讲义(全部)

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汽及其热量都得到回收利用，不仅提高了机组的热效率，而且保护了轴承的正常工作和运行环境；第二，轴封供汽能自动保持稳定，提高了机组运行的安全性和自动化程度。第三,在启动过程中，可以通过改变轴封系统的工况来调整汽轮机的差胀。有关运行方面的问题将如以后详细讨论。

第四节 轴 承

汽轮机的轴承按其受力的方式可分为支持轴承和推力轴承两种。

（1）支持轴承用来支承汽轮机转子的重力，保持动静件中心一致，从而保证动静件之间的辐向间隙在规定范围。

（2）推力轴承用来平衡转子的轴向推力。确立转子膨胀的死点，从而保证动静件之 间的轴向间隙在设计范围内。

为保证轴承正常工作，必须向轴承供润滑油，下面分别讲述轴承的结构及其润滑原理。 一、支持轴承的种类及润滑 1、支持轴承的种类

支持轴承又叫主轴承。根据其结构不同，又可分为圆筒形轴承、椭圆形轴承、多油楔轴承和可倾轴承等。在中小型汽轮机中，多数应用圆筒形轴承和椭圆形轴承。

汽轮机是高速运转的机械，随着功率的增大，转子的重力也在增大，因此支持轴承的荷重也越来越大。轴承的烧损，振幅的增高，是支持轴承频发的事故。

2、支持轴承的润滑原理

支持轴承是采用压力供油方式进行润滑的。对润滑油质及供油温度都有一定的要求。润滑油除了能在轴颈和轴瓦间形成油膜，建立液体摩擦外，还能对轴颈进行冷却，带走因摩擦而产生的热量。同时，对轴承也是一种清洗，能把轴承在半干摩擦中产生的乌金粉末等带走。

轴承在运行中，按其润滑情况可分为干摩擦、半干摩擦、半液体摩擦、液体摩擦等四种情况。

转子在静止状态时，轴颈和轴承间不存在油膜，因而汽轮

机转子刚转动时，轴承与轴颈属于干摩擦状态。 图2－27油膜形成示意图

转子转动后，随着转速的增高，附着在油颈上的油被带到 （a）轮预志止时与轴承的位置 轴颈和轴承之间，这时轴承与轴颈属于半干摩擦状态。 （b）轴预中心防转速变化的轨迹 转子的转速进一步升高，轴颈和轴承表面大部分面积被润滑油层分开，这时轴承与轴颈之间属于半液体摩擦状态。

转速达到一定的转速后，轴颈和轴承间出现了稳定的、具有一定厚度的润滑油膜，这时在轴承内轴颈与轴承表面的摩擦是润滑油层之间的摩擦，属于液体摩擦状态。

研究轴承润滑的目的，就是要避免发生干摩擦和半干摩擦，减少半液体摩擦，使轴承处于良好的液体摩擦状态。

汽轮机的轴颈总是比轴承内径小。轴颈静止时落在轴承的最下方，如图2－27（a）所示，这时轴颈和轴承间形成一个楔形间隙。进入轴承中的润滑油充满了楔形空间，并渗透到轴颈下方，但在这里不形成油压。

当汽轮机转起来之后，由于润滑油有粘性，贴在轴颈上的一层润滑油便和轴一起同速转动，这层油又牵扯下一层油一起旋转，轴承内的润滑油就这样层层带动旋转起来。但由于润

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滑油内层与层间内摩擦阻力的存在，从轴表面算起，由内到外，圆周速度越来越小，贴在轴承内表面上的油，其圆周速度为零。和轴一起转动的润滑油，不断地被从楔形间隙的宽口部分带向楔形的底部，润滑油被聚积在狭窄的楔形间隙中，形成一定的压力，随着汽轮机转速的升高，带入楔形间隙中的油也增多，形成的油压也增高。当油压对轴的浮升力大于该轴颈的荷重时，轴颈被抬起。这时轴颈和轴承便不直接接触——它们之间被一层高压稳定的油膜隔开，轴颈悬浮在油膜上，实现了轴颈和轴承间的液体摩擦。轴的转速越高，油膜的内压力也越大，轴颈也就被抬起得越高，轴心在轴承内便处在较高的偏心位置，当汽轮机转速无穷大时，理论上讲，轴颈中心便与轴承中心重合，如果将轴顿中心位置随转速变化的情况绘制成曲线，其轨迹近似一个半圆曲线，如图2－27（b）所示。

油膜的最小厚度是随轴承负荷的减少、润滑油温度的降低、润滑油粘度的增加和汽轮机转速的提高而增大的。实践证明，圆筒形轴承的承载能力与轴颈的圆周速度及润滑油的粘度系数成正比，且随着油膜厚度Hx的减少而增加。在一定的Hx下，其承载能力随着轴承相对间隙φ的增加而下降，随着轴承宽径比L／d的增大而增大；在一定的L／d时，随着轴承直径的增加而增大。这里说的轴承相对间隙为

φ=（R—r）/r

式中 R—轴承的半径， mm；

r—轴颈的半径， mm。

轴承的宽径比 L／d中，L为轴承的长度，d为轴承的直径。

L／d增大，虽然能增大轴承的承载能力，但L的增大意味着汽轮机轴向尺寸的增加，同时L增加太大，不利于轴承的冷却，反而会降低轴承的承载能力。

3、支持轴承的结构

在中小型汽轮机中，支持轴承最常用的是圆筒形轴承和椭圆形轴承。两者的外观没什大的区别，只是轴承的顶部间隙和两侧间隙不同。设轴颈 直径为D则 对圆筒型轴承：

顶隙为a=2D/1000 側隙为b=D/1000 对椭圆型轴承：

顶隙为a= D/1000 側隙为b=2D/1000

图2－28轴颈和轴瓦的配合

（a）圆筒瓦，（b）椭圆瓦；（c）轴颈与轴承的接触面

椭圆形轴承，在其上部和下部，形成两个对称的油楔，压力油膜相互作用，油膜稳定性

较好，使垂直方向抗振性能增加。

支持轴承，按其瓦胎在轴承座内的支持方式，可分为固定式和自位式（球面）轴承两种。前者瓦胎的外表面为一柱形，后者瓦胎的外表面为球面。球面自位式轴承，可以随转子挠度的变化而自动调整中心，保证轴颈与轴瓦接触良好，从而保证沿轴承全长度的负荷分配均匀。

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轴颈与轴承的接触角度一般为60度左右。轴颈与轴承的接触面配合状况如图2－28（C）所示。它是在电厂中由安装或检修人员精心研合的。一般要求接触面积不小于75％，且成点状均匀接触。

支持轴承的瓦胎，其外表承力面落座在轴承座上的轴承洼窝之中。对球面轴承，在轴承与轴承座之间，还要多一个球面瓦枕，球面轴承调整中心用的垫铁设置在瓦枕上。

支持轴承的外形大同小异。如图2－29所示，它是由上下两部分组成。两部分之间通过左右定位螺栓15及定位销16加以固定。上下轴承的瓦胎由铸铁铸造后加工而成，在与轴接触的内侧挂满乌金。乌金一般采用 ChSnSbl1-6。为了使乌金和瓦胎之间结合牢固，在浇铸乌金的瓦胎内壁上，开有纵横交错的燕尾槽，并在浇乌金的瓦胎表面挂一层焊锡。

为校正汽轮机中心的需要，在轴承上都设有调整垫铁，有的垫铁在轴承上成900布置，左右侧水平接合面处各设一块，在上下部垂直方向也各设一块，如图2－

29所示。B3－3.43／0.49、C6－3.43／0.49型汽轮机的 图2－29支持轴承外形 支持轴承都是这样设置的。也有的汽轮机轴承设有多块 1,上轴瓦；2,下轴瓦；3,乌金； 垫铁，除上下垂直方向设有垫铁外，在上下轴承与水平 4,前油挡，5,后油挡；6,油挡螺栓； 面成某一角度（20o～30o）的左右两处各设一块垫铁。 7,上瓦垫铁；8,垫铁螺钉

为保证润滑油进入轴承，在轴承上开有过油孔13、 9,垫铁定位销；10,油度计插孔 14，在下瓦进油侧和排油侧的乌金表面上都开有油坡。 11,下瓦右侧垫铁；12,下瓦左侧垫铁； 为防止润滑油从轴端漏出，在轴承的前后端面处均设有 13,左侧进油孔；14,右侧进油孔； 油挡4、5。在下轴承、油挡和轴承端部构成排油槽18， 15,轴瓦螺栓；16,轴瓦定位销； 在其下部设有排油孔，将轴承的排油导入轴承箱内。 17,进油坡；18,排油槽

轴承在轴承座上安装要有一定的过盈量，也就是说，在扣上轴承盖后，轴承盖在水平接合面处要一个很小的间隙，当拧紧轴承盖上的螺栓后，这一间隙因轴承盖的弹性变形而消除，以此使轴承盖紧紧地压在轴瓦上。该过盈量一般用压铅丝方法进行测量。对圆筒形轴承过盈量一般为0.07～0.15mm，对球面轴承一般为0.03～0.05mm（最大可到0.08mm），但也有的制造厂要求此为零。

二、推力轴承

1、推力轴承的结构

在单缸汽轮机中，推力轴承和前部主轴承（支持轴承）多制成一体，称为径向止推联合轴承，如图2－30所示。这是在汽轮机中最常见的结构形式。在球面支持轴承1的前半部分为推力轴承。

汽轮机在工作中，轴向推力是通过推力盘3传至推力轴承的工作瓦片4上。另一侧的非工作瓦片5只是承担偶然发生的反向推力。推力瓦的瓦胎，有的用ZQSn13－0．5或ZQA19－2牌号的铜制成，也有的用45号钢制作，在与推力盘接触的推力瓦块接触面处浇有乌金，其厚度一般在1．5mm左右。推力瓦块的块数一般在8～16块。工作瓦块和非工作瓦块的数

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目大多不相等。工作瓦块较大，其块数较非工作瓦块少，在每块瓦块的背面有一条摆动筋，以销柱在瓦块的支持环上定位，如图2－31所示。但也有一些机组的推力瓦块是以摆动棱线或摆动支点支承在支持环上。如果以摆动筋为界，则其进口部分的面积总是要大于出口部分的面积。只有这样，才能在推力的作用下，使推力瓦块与推力盘间形成油膜所需要的油楔。但也有的机组，其推力轴承不是瓦块，而是制成半圆环形推力块。在推力环上制成8～10块下方相连的瓦块，如图2－32所示。

推力环上的瓦块，底部2／3开有沟槽，只有1／3和环体连在一起，这样的构造可保证瓦块有一定的弹性；瓦块悬空部分在推力作用下，可略为倾斜形成一定的角度。这种瓦块乌金面的人口油坡、要比有摆线的活

动瓦块做得大些，以保证推力瓦块工 图2－30径向止推联合轴承

作时所需要的油楔。当推力盘紧贴在 l一支持轴承；2一瓦枕；3一推力盘；4一推力瓦工作 工作瓦块上时，推力盘和非工作瓦块 瓦片；5一推力瓦非工作瓦片；6、7一推力轴承调整垫；之间应有一定的间隙，通常将此间隙 8、9一前后油挡；10一弹簧支板；11一推力瓦进油孔； 称为推力盘窜动间隙，该间隙在中小 12一温度计插孔；13一油封环

型汽轮机中为0．25～0．35mm，大型汽轮机组一般为0．4～0．6mm。窜动间隙过小，会造成推力瓦块温度升高，使润滑不良，乌金面出现磨痕。窜动间隙过大，在汽轮机负荷突然发生变化，特别是骤然甩负荷时会造成推力盘反弹，瞬间冲击非推力瓦块。间隙越大，冲击的动能越大，这对非工作瓦块的工作不利，严重时会造成转子动静摩擦。为保证推力盘有一个合适的窜动间隙，可调整非推力瓦块支持环后边垫片的厚度。图2－30中的推力轴承调整垫6和7，是调整推力轴承轴向位置的，调整它可以改变整个汽轮机转子的动静间隙。

2、推力轴承的润滑 径向止推联合轴承的供油是从下方油孔进入径向轴承的，并通过孔11进入推力轴承中，如图2－30所示。冷却推力瓦块的油从内径方向流入，沿径向流出，润滑油充满推力瓦块的周围。

为减少润滑油的摩擦损失，用半圆形的油封环（图 2－30中的13）从外缘将推 力瓦块罩上，该油封环与推

图2－31推力瓦块 图2－32推力环

1一推力瓦摆动筋；2一销孔 力盘间有一定的轴向间隙，间隙过小，排油不畅，推力轴承温度升高。

推力瓦块的结构如图2－31所示。当推力盘转动时，附在推力盘表面及附近的润滑油便