CN104009578B - 立式异步电机大推力推导一体轴承结构 - Google Patents
立式异步电机大推力推导一体轴承结构 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种立式异步电机大推力推导一体轴承结构，由推力轴承部分、导轴承部分、油冷却部分、高压油顶起部分、辅助部分五部分构成。本发明增加了高压油顶起油功能，使立式异步电机的推力提升至280吨；可正反转，并首次用于国内三代核电站循环水泵用三十六极立式异步电机。本发明在油冷却器断水15分钟内轴瓦及汽轮机油温度不会超过80℃，提高了推力系统可靠性。在设置通气过滤装置同时，还使密封等级达到IP55，并且在轴承室设有油混水探测装置，解决了传统油冷却器水管漏水不能及时发现处理的问题。本发明适用于三代核电大推力循环水泵立式异步电机的推力系统结构要求，可广泛用于核电、石化、海水淡化行业。
Description
技术领域
本发明涉及一种立式异步电机大推力推导一体轴承结构。
背景技术
立式异步电机一般推力小于50吨，极数不大于24极，电机起动时，推力轴承一般无高压油顶起功能。随着三代核电技术的发展，大型循环水泵用立式异步电机要求总推力280吨，极数三十六极，功率7700kW，可正反转，起停时有高压油顶起功能，推力平台在最大推力时轴向变形量小于0.15mm。要求轴承在冷却水停止供应15分钟的时间内，轴瓦及汽轮机油不超过温升限制。轴承油冷却器的冷却管材质为白铜，以满足潮湿、盐雾的运行环境。轴承设有油混水探测装置，以便检测油冷却器是否漏水。设置通气过滤器，保持轴承室内部气压与外界大气压一致，以满足电机密封等级为IP55的技术要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种可承受280吨大推力的推导一体轴承，轴承包含高压油顶起功能，并达到IP55的密封等级，特别在轴承油冷却器停止供水的15分钟内轴瓦及汽轮机油不超过安全的限定运行温度。本发明的技术方案：一种立式异步电机大推力推导一体轴承结构，由推力轴承部分、导轴承部分、油冷却部分、高压油顶起部分、辅助部分五部分构成，上机架(1)为下探式结构，由六根立筋(21)分别于上环板(22)、中环板(23)、下环板(24)和外环板(25)构成，同时外层圆形侧板(26)构成轴承室(29)侧壁边界，上导轴承座(2)放置在上机架(1)的上环板(22)止口处，油混水探测装置(3)、通气过滤器(4)分别把合在上导轴承座(2)的小环板(27)螺孔上，接触式绝缘型双层油挡(5)安装在上导轴承座(2)上部，使轴承达到要求的IP55密封等级，上导轴瓦(8)放置在球面支柱(9)前面，球面支柱(9)放置在上导轴承座(2)内面完成定位，油冷却器(17)固定在上机架(1)的中环板(23)之上，油液位计(20)通过外层圆形侧板(26)的连接法兰(28)与轴承室(29)相通，高压油顶起(18)一端连接轴承室(29)内取油，轴承室(29)连通高压油泵(30)及分流管(32)，分流管(32)另一端连通推力瓦(11)，外层圆形侧板(26)连接取样接头(31)。
本发明推力轴承部分负责整体泵组的推力支持功能；导轴承部分负责泵组轴系的水平限位功能；油冷却器部分负责将推力轴承和导轴承摩擦生成的热损耗导出系统，以保障系统工作在安全温度范围内；高压油顶起部分负责在循泵机组启停机时顶起推力部分，以保障推力部分的油膜可靠建立；辅助部分负责检测油冷却器是否在轴承室内漏水，保证高密封等级的情况下保障轴承内外气压平衡，同时还要设有提取轴承室底部油品试样的油管阀门，以便定期检测轴承室内汽轮机油的品质。
推力轴承部分主要负责系统刚度支撑。上机架(1)的特殊六腿下探立筋结构，使得系统的轴向形变得到有效控制。环键(6)具有轴向锁定限位功能，同时可以通过磨环键(6)面来找轴系的摆度。推力头(7)通过推力油膜将系统的推力及转子自重传最终传给上机架(1)，推力头侧面开径向孔，下部孔具有油泵的功能使得冷却油获得推力以形成油路，上部孔具有连通推力头内外部大气压的作用，可以抑制推力头(7)内部的汽轮机油上爬，推力头(7)侧面兼作导轴承滑转子功能。镜板(10)主要负责承接推力头(7)传来的推力负荷，同时在与推力头(7)接触面设立4道密封条(34)，以防止汽轮机油渗入镜板(10)与推力头(7)之间，通过控制镜板(10)厚度，使其在最大负荷时的形变小于油膜厚度，防止产生局部干磨。推力瓦(11)为巴氏合金瓦结构，Q235钢坯上覆盖巴氏合金(ZSnSb11Cu6)；通过计算控制推力瓦(11)内外圆的最大轴向变形，以保证油膜顺利建立；此外还要考虑在冷却水断掉15分钟内推力瓦(11)和上导轴瓦(8)温升控制在80℃，保证巴氏合金(ZSnSb11Cu6)正常工作。限位螺钉(12)和限位块(13)分别在推力瓦(11)内圆和外圆对推力瓦(11)进行径向限位，托盘(14)对推力瓦(11)进行轴向限位，在推力头(7)抬起10mm时，仅仅拆掉限位块(13)，即可方便地将推力瓦(11)抽出检修。托盘(14)的形变在强度合理范围内可以尽量放大，通过降低托盘(14)的刚度，以保证推力瓦(11)的形变尽量小。支柱螺钉(15)承担推力的传递及各个推力瓦(11)水平高度的调整功能，其顶部设有半径为SR1000mm的球面结构，使其与托盘(14)在接触时，允许微小的自调整。推力轴承座(16)主要负责固定支柱螺钉(15)，使推力负荷进一步传递至上机架(1)。锁定板(19)可以固定支柱螺钉(15)的高度，锁定支柱螺钉(15)，使其无法轴向窜动。
导轴承部分主要负责轴系的径向定位，承担转子残余不平衡引起的径向力和磁拉力作用。上导轴承座(2)负责固定上导轴瓦(8)与球面支柱(9)，同时提供接触式绝缘型双层油挡(5)把合空间。上导轴瓦(8)也是巴氏合金瓦结构，钢坯上覆盖4mm厚巴氏合金(ZSnSb11Cu6)。球面支柱(9)主要完成上导轴瓦(8)固定，在装配调整时，在导轴瓦(8)与球面支柱(9)之间可以增加调整薄片，进而改变径向的限位值。
油冷却部分主要负责推力轴承与导轴承的摩擦损耗导出功能，此部还要满足冷却水停止供应15分钟中，轴承室(29)内的汽轮机油温升不超过上导轴瓦(8)和推力瓦(11)表面巴氏合金(ZSnSb11Cu6)80℃的稳定运行温度；油冷却器(17)水管使用白铜材质，以适合临海的湿热盐环境的防护要求；油冷却器(17)设双层稳油板，即可隔离冷热油区域，又可平抑油面的上爬，对漏油有一定的抑制作用。
高压油顶起部分主要负责启停机时推力系统的油膜顺利建立。通过高压油取油回路从轴承室提取汽轮机油，经高压油泵(30)送往高压油管，高压油管在轴承室(29)内分为8路，分别进入对应的推力瓦(11)，以形成4MPa至8MPa的顶起油压，系统最大工作油压14MPa。
辅助部分主要负责漏水检测、气压平衡、油品品质检测的作用。在轴承室(29)上盖处设有油混水探测装置(3)，可以在油冷器(17)漏水时发出警报，以触发停机保护，改变以往仅仅通过溢油管流出量判断漏水。在上导轴承座(2)的小环板(27)处开有气孔，同时加设了通气过滤器(4)，以保障整个轴承内部与外部的大气压相通，抑制油面因气压不平衡上爬，通气过滤器(4)和接触式绝缘型双层油挡(5)使得轴承室(29)满足IP55的密封等级，降低了轴承运行对环境的污染，提高轴承系统的可靠性。油液位计(20)可以实时检测汽轮机油面是否处于上导轴瓦(9)的中间，并带有汽轮机油液面高度的电信号输出功能。
本发明提供的立式异步电机大推力推导一体轴承结构，可以保证在大推力、大转矩情况下，推力平台具有良好的刚度和小于0.15mm微小的轴向变形，导轴承可以完成径向的限位及轴系摆度调整，在启停机时提供4MPa至8MPa高压油顶起功能，以便顺利建立推力油膜，同时，在保证轴承室的密封IP55密封等级的同时下，还要保持轴承室内外的气压保持平衡，油冷却器设置两层稳油板，可以进一步抑制油面的波动，降低漏油风险。本发明突破了以往小推力无高压油循泵电机推力支撑结构，降低了轴向跨距，开拓了大型立式异步电机承受280T推力及14MPa高压油顶起的新构架。
大推力立式异步电机需要尽量压缩轴两端台阶间距离，所以本发明上机架(1)支撑部分使用下探式结构提高支撑部分刚度，以保证推力平台轴向变量尽量小；同时，为了进一步压缩上下导轴承台阶间距，采用推力轴承与导轴承合二为一的结构，推力头(7)外侧可作为上导轴承的滑转子使用。大型循环水泵电机采用异步电机，相比同步电机额外励磁系统，提高了系统可靠性，并降低了机组的维护难度与频率。推导一体轴承结构，降低总装配时调整轴系摆度的复杂度，减少了工时；调整时，通过磨推力轴承上的环键(6)完成，改变以往磨推力头(7)与镜板(10)间绝缘板的繁琐方式。本发明油冷却器冷却管材质采用白铜，具备耐潮湿、盐雾能力，上机架(1)采用下探结构提高了推力平台支撑刚度。
附图说明
图1本发明的立式异步电机大推力推导一体轴承结构图
图2是图1的Ⅰ放大视图
图3是图1的Ⅱ放大视图
具体实施方式
图1为适用于三代核电的立式异步电机大推力推导一体轴承结构，上导轴承与推力轴承一体化设计，共用冷却油槽，提高了布置难度。该电机型号为YLKS7700-36，额定功率7700kW，额定电压10kV，额定转速164r/min，额定频率50Hz。
立式异步电机大推力推导一体轴承结构，由推力轴承部分、导轴承部分、油冷却部分、高压油顶起部分、辅助部分五部分构成，如图1所示，上机架1为下探式结构，由六根立筋21分别于上环板22、中环板23、下环板24和外环板25构成，同时外层圆形侧板26构成轴承室29侧壁边界，上导轴承座2放置在上机架1的上环板22止口处，油混水探测装置3、通气过滤器4分别把合在上导轴承座2的小环板27螺孔上，接触式绝缘型双层油挡5安装在上导轴承座2上部，使轴承达到要求的IP55密封等级，上导轴瓦8放置在球面支柱9前面，球面支柱9放置在上导轴承座2内面完成定位，油冷却器17固定在上机架1的中环板23之上，油液位计20通过外层圆形侧板26的连接法兰28与轴承室29相通，高压油顶起18一端连接轴承室29内取油，轴承室29连通高压油泵30及分流管32，分流管32另一端连通推力瓦11，外层圆形侧板26连接取样接头31。
环键6为两件半圆弧键构成，推力头7被环键6轴向锁定，推力头7径向带有两排螺孔，推力头7内部设有防止爬油的凹槽分流管道33，推力头7与镜板10间带有4道密封条34，推力瓦11的钢坯上覆盖一层巴氏合金，如图3所示，推力瓦11中开有高压油油孔35及过渡圆形油槽36，限位螺钉12把合在推力轴承座16里侧，限位块13则被限位固定在推力轴承座16外侧，如图2所示，限位螺钉12和限位块13分别在推力瓦11内圆和外圆对推力瓦11进行径向限位，托盘14对推力瓦11进行轴向限位，推力瓦11下部与支柱螺钉15上部圆面配装，锁定板19对支柱螺钉15进行轴向限位，支柱螺钉15被固定在推力轴承座16上，上导轴瓦8与推力头7侧面间隙调整控制在0.15mm，相邻的两个上导轴瓦8之间内圆处间距比上导轴承座2中导油孔37直径略大，在上导轴承座2的小环板27处开有气孔，同时在小环板27加设了通气过滤器4。
上机架1由六块立筋21与上环板板22、中环板23、下环板24和外环板25焊接而成，其下环板24下探定子机座内。环键6由两块半圆环构成，经螺栓将其与推力头7把紧，环键6通过电机轴的凹槽完成了限位锁定。推力头7与电机轴采用微量过盈配合，同时通过圆键与轴完成传递扭矩的配合，推力头7侧面保持较高的光洁度以达到滑转子的作用，同时径向开两排孔，下部周向设有12个螺孔，以便使其与镜板10通过螺栓把紧，内部设有防止爬油的凹槽。镜板10与推力头7接触面开四个密封凹槽，凹槽内放入4道密封条34，以阻止汽轮机油进入两者接触面。如图2所示，限位螺钉12和限位块13分别在推力瓦11内圆和外圆对推力瓦11进行径向限位，托盘14对推力瓦11进行轴向限位。推力瓦11上面为巴氏合金(ZSnSb11Cu6)层，以便建立润滑油膜。推力瓦11下侧放置托盘14，通过合理选择托盘14的厚度及凹形尺寸，以保证其刚度值小于推力瓦11，减少推力瓦11的形变；托盘14下面开凹槽，并作硬化处理。支柱螺钉15顶部为SR1000mm的球面，并作硬化处理，以便与托盘14下面开凹槽配合，其硬度值要比托盘14略大。推力轴承座16负责固定支柱螺钉15完成径向限位，通过锁定板19完成对支柱螺钉15轴向限位，经过推力轴承座16将系统的推力进一步传递给上机架1。
如图1所示，导轴承部分是上导轴承座2、接触式绝缘型双层油挡5、上导轴瓦8、球面支柱9构成。上导轴承座2由六根三角立筋与轴承座圈焊接而成，上导轴承座2小环板27周向开四个通气孔，使轴承内气压与接触式绝缘型双层油挡5以内的气压保持平衡，同时在小环板27与上机架1接触处增设两道密封条。球面支柱9放置在上导轴承座2的上导托块上，并用四个螺栓将其把紧。上导轴瓦8根据球面支柱9位置放置，以限定轴径向位置。接触式绝缘型双层油挡5分别安装在上导轴承座2上，并在接合面处放置密封条。
油冷却部分主要由油冷却器17及其辅助管道构成。在上机架1的中环板23上点焊十六块垫块，垫块上设有两道环形角钢支架，支架轴向布置白铜管，在支架端部设有汇流板，最后经汇流板分别引出进水管和出水管。在油冷却器17的中部和顶部设有两道稳油板，油冷却器17的两侧汇流板之间的空档区设计了插入式档油板，以防止汽轮机油未经冷却器换热直接流走。
高压油顶起部分主要由高压油顶起18以及附属管道构成。在上机架1中环板处引出取油管道，经外部高压油泵，高压油送入进油管，进油管经过环流管道分别并联输入推力瓦11的高压油孔。
辅助部分主要由油混水探测装置3、通气过滤器4、油液位计20构成。在上导轴承座2的小环板27上开三个密封螺纹孔，一个用于把合油混水探测装置3，两个用于把合通气过滤器4。混水探测装置3的探测端深入轴承室内汽轮机油中底部，以检测汽轮机油是否含有冷却水。通气过滤器4内部设置两侧过滤网，以保证固体、液体污染轴承室，同时可以打开过滤器盖，直接加入汽轮机油，降低维护难度，在上机架1的外层圆形侧板26上设有连接法兰28，油液位计20与连接法兰28连接，保证液位计20中线与上导轴瓦8中线一致。
Claims (2)
1.一种立式异步电机大推力推导一体轴承结构，其特征是：由推力轴承部分、导轴承部分、油冷却部分、高压油顶起部分、辅助部分五部分构成，上机架(1)为下探式结构，由六根立筋(21)分别于上环板(22)、中环板(23)、下环板(24)和外环板(25)构成，同时外层圆形侧板(26)构成轴承室(29)侧壁边界，上导轴承座(2)放置在上机架(1)的上环板(22)止口处，油混水探测装置(3)、通气过滤器(4)分别把合在上导轴承座(2)的小环板(27)螺孔上，接触式绝缘型双层油挡(5)安装在上导轴承座(2)上部，使轴承达到要求的IP55密封等级，上导轴瓦(8)放置在球面支柱(9)前面，球面支柱(9)放置在上导轴承座(2)内面完成定位，油冷却器(17)固定在上机架(1)的中环板(23)之上，油液位计(20)通过外层圆形侧板(26)的连接法兰(28)与轴承室(29)相通，高压油顶起(18)一端连接轴承室(29)内取油，轴承室(29)连通高压油泵(30)及分流管(32)，分流管(32)另一端连通推力瓦(11)，外层圆形侧板(26)连接取样接头(31)。
2.根据权利要求1所述的一种立式异步电机大推力推导一体轴承结构，其特征是：环键(6)为两件半圆弧键构成，推力头(7)被环键(6)轴向锁定，推力头(7)径向带有两排螺孔，推力头(7)内部设有防止爬油的凹槽分流管道(33)，推力头(7)与镜板(10)间带有4道密封条(34)，推力瓦(11)的钢坯上覆盖一层巴氏合金，推力瓦(11)中开有高压油油孔(35)及过渡圆形油槽(36)，限位螺钉(12)把合在推力轴承座(16)里侧，限位块(13)则被限位固定在推力轴承座(16)外侧，限位螺钉(12)和限位块(13)分别在推力瓦(11)内圆和外圆对推力瓦(11)进行径向限位，托盘(14)对推力瓦(11)进行轴向限位，推力瓦(11)下部与支柱螺钉(15)上部圆面配装，锁定板(19)对支柱螺钉(15)进行轴向限位，支柱螺钉(15)被固定在推力轴承座(16)上，上导轴瓦(8)与推力头(7)侧面间隙调整控制在0.15mm，相邻的两个上导轴瓦(8)之间内圆处间距比上导轴承座(2)中导油孔(37)直径略大，在上导轴承座(2)的小环板(27)处开有气孔，同时在小环板(27)加设了通气过滤器(4)。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |