CN106763232A - 一种新型水轮发电机组轴承 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型水轮发电机组轴承，针对传统水轮发电机组轴承的结构及换热冷却方式存在润滑冷却能力不足，冷却系统监测控制复杂、故障率高的技术问题，采用增加副油箱，副油箱之间用连接管路连接，增大轴承油量及散热面积，在轴承油槽内用隔热隔板，将冷热油分开，形成热油区及冷油区，使冷、热油循环工作的路径更加合理，换热冷却效率更高的轴承结构；在换热冷却方式采用空气冷却、风压冷却、水冷却、热管冷却方式中的一种或任意冷却方式的组合对轴承进行换热冷却。使同样结构的轴承使用范围更广，轴承润滑冷却的效率更高；取消了传统冷却系统需要的技术供水系统，降低成本，减少维护工作量。

Description

一种新型水轮发电机组轴承

技术领域

本发明属于水力发电机组的技术领域，具体涉及一种新型水轮发电机组轴承。

背景技术

水力发电是靠水推动水轮发电机组转动发电的，水力发电机组的转动部件由轴承来支撑。目前中小水力发电机组轴承结构及换热冷却的方式是:从结构上看,采用内循环结构的轴承将轴承换热器放在轴承内部,整个轴承油路的换热冷却及润滑工作全部在轴承座内部循环进行。这种结构节省空间，但是油箱小，轴承的润滑冷却能力不足，所以一般只能用于轴颈直径320mm以下的轴承；采用外循环结构的轴承将轴承换热器(稀油站)及油箱(重力油箱)置于轴承外部，通过油泵实现油路循环。这种结构冷却器和油箱的体积大，润滑冷却的能力强，但是成本高，所以一般只用于轴颈直径320mm以上的大型机组。从换热冷却方式上看，采用由轴承换热器泡在油中，再由换热器冷却管内接通流动水带走热量的方式。这种换热冷却方式的缺陷是：效率低，其次，冷却水由一套包括引水管路、滤水器及监测水压、流量等设备及自动化元件的技术供水系统提供，此套系统需要维护监控，工作量大、监测控制复杂、故障率高。所以，如果能从轴承结构及冷却散热方式上进行改进，提供一种成本低、润滑冷却能力强，能独立工作，无需技术供水系统的轴承，将大大减少中小水力发电机组的运行及维护成本。

发明内容

本发明所要解决的问题是，针对目前中小水力发电机组轴承结构及换热冷却方式上存在的不足，提供一种成本低，润滑冷却能力强且无需技术供水系统的中小水力发电机组轴承。

为解决上述问题，本发明一种新型水轮发电机组轴承，采用下述技术方案：

①其轴承结构是：取消轴承换热器、冷却管、稀油站、重力油箱及技术供水系统，轴承增加副油箱，增加散热面积及增大轴承油量，换热冷却效率更高，副油箱之间用连接管路连接，连接管路为薄壁钢管或软管。

②其油路是：在轴承油槽内设置用隔热材料制成的隔板，将冷热油分开，形成热油区及冷油区，使冷、热油循环工作的路径更加合理，换热冷却效率更高。油的循环工作路径是：对轴瓦进行润滑冷却后的热油从排油管出来至热油区，经过左副油箱、连接管路及右副油箱进行冷却，后进入冷油区，再经进油口到达轴瓦内部进行润滑冷却。

③其换热冷却方式是：在副油箱及其连接管路上对油进行换热冷却，换热冷却采用空气冷却、风压冷却、水冷却、热管冷却方式中的一种或任意冷却方式的组合。空气冷却：由空气的自然对流进行换热冷却；风压冷却：安装无源风扇，风扇随转轴同轴转动产生强迫风压，无需电源，通过强制对流的方式将热量传至周围环境；水冷却：引流动的低温水流经副油箱及连接管路表面或将其浸泡带走热量，冷却水水温比油温低即可，对水质、水压、流量等均无要求；热管冷却：利用热管的热传导原理与制冷介质的快速热传递性质带走热量，热管垂直放置插在副油箱、连接管及轴瓦等热源处，热管采用工作温度为0～250℃的常温热管，效率更佳。

本发明有益效果：通过增加副油箱，增大了散热面积及轴承油量；并将冷热油进行分开，改善油循环工作的路径，使换热冷却效率更高；采用空气冷却、风压冷却、水冷却、热管冷却相结合的冷却方式对轴承进行换热冷却，使同样结构的轴承使用范围更广，轴承润滑冷却的效率更高；取消了技术供水系统，降低成本，减少维护工作量。

附图说明

附图1为本发明实施例新型卧式水轮发电机组轴承结构、油路及换热冷却方式主视剖面图；

附图2为本发明实施例新型卧式水轮发电机组轴承结构、油路及换热冷却方式左视剖面图；

附图3为本发明实施例新型卧式水轮发电机组轴承结构、油路及换热冷却方式俯视局部剖面图；

附图4为本发明实施例新型立式水轮发电机组轴承结构、油路及换热冷却方式主视剖面图；

上述附图中标注代号为：管夹组件1、油口2、左副油箱3、压板4、螺钉5、常温热管6、密封条7、轴承油槽8、螺栓9、隔板10、右副油箱11、连接管路12、出油腔13、热油口14、排油管15、冷油口16、进油管17、进油腔18、油盘19、风扇20、转轴21、轴瓦22、水管23、正常油面高度24、轴承盖25、上导轴承座26、热管冷却模块27。

为使本发明的技术方案、创作特征、达成效果易于明了，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

具体实施方式

实施例1：参看附图1、附图2、附图3，图中所示为新型卧式水轮发电机组轴承结构、油路及换热冷却方式，图中箭头指示为油路行走方向。

其轴承结构是：在轴承油槽8的两边分别加左副油箱3及右副油箱11，以增加轴承的散热面积及增大轴承油量。左右副油箱均开有油口2，两油口之间用连接管路12连接并用管夹组件1夹紧；油箱用薄壁钢板焊接而成，以利于散热；油箱顶部高于正常油面高度24，防止油槽内油溢出；左副油箱3及右副油箱11与轴承油槽8用螺栓9上紧连接，连接面垫密封条7，以防漏油。同时，在左副油箱3、右副油箱11、连接管路12、轴承盖25、轴瓦22的顶部开孔，常温热管6穿过开孔插入左右副油箱、连接管路、轴承盖及轴瓦中，同时开孔的孔口处放置密封条7，然后用压板4盖住，上紧螺钉5，防止油从孔口溢出；

其油路是：在轴承油槽8中间加隔板10，将冷、热油隔开，形成热油区及冷油区，使冷、热油循环工作的路径更加合理，换热冷却效率更高。隔板选用隔热材料制成，防止热油区通过隔板向冷油区传热；在轴承油槽8热、冷油区对角的位置开热油口14连通出油腔13，开冷油口16连通进油腔18，油槽8的热、冷油区分别和左副油箱3及右副油箱11连通，副油箱再通过连接管路12形成循环连通油路。

其换热冷却方式是：在左副油箱3及右副油箱11及连接管路12上对油进行换热冷却，换热冷却采用空气冷却、风压冷却、水冷却、热管冷却方式中的一种或任意冷却方式的组合。空气冷却：由于左副油箱3、右副油箱11及连接管路12均为薄钢板制成，完全能够在空气的自然对流下进行换热冷却；风压冷却：在转轴21靠近副油箱的位置安装风扇20，风扇为便于拆装采用分半结构，夹住转轴后用螺栓上紧，风扇20随转轴21同轴旋转产生强迫风压，无需电源，通过强制对流的方式将左副油箱3、右副油箱11及连接管路12的热量传至周围环境；水冷却：从水管23引流动的低温水流经左副油箱3、右副油箱11及连接管路12的表面，也可将副油箱及连接管整体泡在水中，由水带走副油箱及连接管的热量。本发明所用的水只对水温有要求，对水质、水压、流量等均无要求；热管冷却：利用热传导原理与制冷介质的快速热传递性质带走左副油箱3、右副油箱11及连接管路12内热油及轴承内轴瓦22的热量，本发明热管优选采用工作温度为0～250℃的常温热管，且热管垂直放置，效率更佳。热管一端为蒸发段(简称热端)，另外一端为冷凝段(简称冷端)，热管的蒸发段插入副油箱、连接管路及轴承轴瓦热源内部，当热管蒸发段受热时，毛细管中的液体迅速蒸发，蒸气在微小的压力差下流向另外一端，并且释放出热量，热量通过空气冷却、风压冷却、水冷却的方式被带走，然后蒸气重新凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。整个工作过程循环不止，热量由热管一端传至另外一端，而且这种循环是快速进行的，热量可以被源源不断地传导开来并被带走，实现对副油箱及轴承换热冷却。

其工作过程及原理为：水力发电机组工作时，转轴21转动，轴瓦22摩擦产生热量，这时，一方面因为常温热管6直接垂直插入轴瓦22热源内部，利用热管的快速高效导热性能可以直接对轴瓦进行换热冷却；另一方面，在进油腔18，油盘19跟着转轴21转动，油被带起来经进油管17进入轴承内部润滑冷却。润滑冷却后的热油经排油管15排出至出油腔13，经热油口14进入油槽8的热油区，再出来进入左油箱3，左油箱内垂直布置常温热管6，利用热管的快速高效导热性能对热油进行冷却换热。冷却后的油经连接管路12流至右副油箱11，连接管路及右副油箱内同样布置有常温热管6，对油再进一步进行换热冷却，工作过程及原理同上。换热冷却后的油进入油槽8的冷油区，经冷油口16进入进油腔18，被油盘19带起来经进油管17进入轴承内部润滑冷却。油盘19具有油泵的功能，可以迫使整个轴承冷却过程冷热油循环流动进行润滑冷却，只要水力发电机组在转动，轴承在工作，这个过程就会源源不断，周而复始，实现对轴承的换热冷却。

本实施例提供的新型轴承结构，取消了技术供水系统，通过增加副油箱，增大了散热面积及轴承油量，并将冷热油进行分开，改善油循环工作的路径，都使轴承的换热冷却效率更高；采用空气冷却、风压冷却、水冷却、热管冷却相结合的冷却方式对轴承进行换热冷却，不仅完全满足轴承的使用要求，更提高了轴承润滑冷却的效率，使轴承制造成本更低，维护工作量更少。

实施例2：参看附图4，图中所示为新型立式水轮发电机组轴承结构、油路及换热冷却方式。

其轴承结构是：轴承油槽8用钢板焊接而成，以利于散热；油箱顶部高于正常油面高度24，防止油槽内油溢出；在轴承盖25、上导轴承座26、轴瓦22的顶部或侧面开孔，常温热管6穿过开孔插入油槽8及轴瓦22中，同时开孔的孔口处放置密封条7，然后用压板4盖住，上紧螺钉5，防止油从孔口溢出；

其换热冷却方式是：在轴承油槽8内对油进行换热冷却，换热冷却采用空气冷却、风压冷却、热管冷却方式中的一种或任意冷却方式的组合。空气冷却：由于轴承油槽8为钢板焊接，能够在空气的自然对流下进行换热冷却；风压冷却：在转轴21接近热管的位置安装风扇20，风扇为便于拆装采用分半结构，夹住转轴后用螺栓上紧，风扇20随转轴21同轴旋转产生强迫风压，通过强制对流的方式将轴承油槽8的热量传至周围环境；热管冷却：利用热传导原理与制冷介质的快速热传递性质带走轴承油槽8内的热油及轴承内轴瓦22的热量，本发明的热管采用工作温度为0～250℃的常温热管，且热管垂直放置，效率更佳。热管一端为蒸发段(简称热端)，另外一端为冷凝段(简称冷端)，热管的蒸发段插入轴承油槽8及轴承轴瓦22热源内部，当热管蒸发段受热时，毛细管中的液体迅速蒸发，蒸气在微小的压力差下流向另外一端，并且释放出热量，热量通过空气冷却、风压冷却的方式被带走，然后蒸气重新凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。整个工作过程循环不止，热量由热管一端传至另外一端，而且这种循环是快速进行的，热量可以被源源不断地传导开来并被带走，实现对轴承换热冷却。

其工作过程及原理为：机组开机转动，轴承工作，轴瓦22摩擦产生热量，这时，热量通过以下三种途径进行换热冷却。

途径1：因为常温热管6直接插入轴瓦22热源内部，利用热管的快速高效导热性能可以直接对轴瓦进行换热冷却；

途径2：加速轴瓦与润滑油的换热冷却速度。轴瓦22泡在油槽8的油中，在轴瓦最难散热的中间部位开孔，然后热管冷却模块27的L型热管蒸发段插入轴瓦22已开孔的最难散热部位并用螺钉5与轴瓦固定，利用热管的快速高效导热性能将轴瓦22内部热量快速传导至油槽8内的油中。

途径3：常温热管6垂直插入油槽8中，利用热管的快速高效导热性能对油槽内的热油进行换热冷却。

本实施例提供的新型轴承结构，取消了技术供水系统，采用空气冷却、风压冷却、热管冷却相结合的冷却方式对轴承进行换热冷却，满足了轴承的使用要求，提高了轴承润滑冷却的效率，使轴承制造成本更低，维护工作量更少。

本发明的效果

本发明针对轴承结构、油的循环路径及轴承冷却散热方式，加大了轴承油箱的散热面积及储油量；使轴承油循环路径更加合理；运用空气冷却、风压冷却、水冷却、热管冷却相结合的换热冷却方式，大大提高轴承换热冷却效率及润滑能力，当轴颈直径大于320mm时，无需稀油站及重力油箱，无需电源，无需技术供水系统，以很小的成本也能满足轴承的润滑冷却要求，简化机组的主机及自动化系统，大大减少中小水力发电机组的运行及维护成本。

Claims (4)

1.一种新型水轮发电机组轴承，其特征在于，轴承的部件包括：管夹组件(1)、油口(2)、左副油箱(3)、压板(4)、常温热管(6)、轴承油槽(8)、隔板(10)、右副油箱(11)、连接管路(12)、出油腔(13)、热油口(14)、排油管(15)、冷油口(16)、进油管(17)、进油腔(18)、轴承盖(25)、轴瓦(22)；在轴承油槽(8)的两边分别连接左副油箱(3)及右副油箱(11)，左副油箱(3)及右副油箱(11)均开有油口(2)，两个油口(2)之间用连接管路(12)连接并用管夹组件(1)夹紧；油箱顶部高于正常油面高度(24)，防止油槽内油溢出；左副油箱(3)及右副油箱(11)与轴承油槽(8)用螺栓(9)连接，连接面垫密封条(7)；在左副油箱(3)、右副油箱(11)、连接管路(12)、轴承盖(25)、轴瓦(22)的顶部设置开孔，常温热管(6)穿过开孔插入其中，同时开孔的孔口处放置密封条(7)，然后用压板(4)盖住，上紧螺钉(5)，防止油从孔口溢出。

2.根据权利要求1所述的一种新型水轮发电机组轴承，其特征在于，所述的轴承油槽(8)，在其内部设置隔板(10)，将轴承油槽(8)内的冷、热油隔开，形成热油区及冷油区，在轴承油槽(8)的热、冷油区对角的位置开设热油口(14)连通出油腔(13)，开冷油口(16)连通进油腔(18)，油槽(8)的热、冷油区分别和左副油箱(3)及右副油箱(11)连通，副油箱再通过连接管路(12)形成循环连通油路；在轴承内设置排油管(15)和进油管(17)，所述的排油管(15)连通出油腔(13)和轴承内部润滑冷却通道，所述的进油管(17)连通进油腔(18)和轴承内部润滑冷却通道。

3.根据权利要求1或2所述的一种新型水轮发电机组轴承，其特征在于，在水轮发电机组的转轴(21)靠近副油箱的位置安装有风扇(20)，风扇采用分半结构，夹住转轴后用螺栓上紧，风扇(20)随转轴(21)同轴旋转产生强迫风压，对左副油箱(3)、右副油箱(11)及连接管路(12)的热量传至周围环境。

4.根据权利要求1或2所述的一种新型水轮发电机组轴承，其特征在于，在水轮发电机组轴承上方设置水管(23)引流动的低温水流经左副油箱(3)、右副油箱(11)及连接管路(12)的表面，也可将副油箱及连接管整体泡在水中，由水带走副油箱及连接管的热量。