CN115574004A - 一种轴领式轴承冷却系统 - Google Patents

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何涛
王建明
罗定旗
陈柱
卢贵川
黄贵斌
唐杰天
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Abstract

本申请涉及水轮机轴承的油路润滑冷却技术领域，公开了一种轴领式轴承冷却系统，包括轴瓦，所述轴瓦套设在轴领上，所述轴领浸于油池中，所述轴瓦上设有多条冷油循环油路和热油循环油路，所述热油循环油路连接冷却器，其特征在于：所述轴领底部设有油嘴，所述油嘴连通所述热油循环油路，所述油嘴将冷油泵入所述热油循环油路中，所述热油循环油路将热油通入冷却器，冷却后通入所述冷油循环油路，所述冷油循环油路连通所述油嘴，控制轴承的工作温度至60℃以下，热油循环和交换效率高，延长轴承使用寿命，能避免轴承烧瓦甚至紧急停机。

Description

一种轴领式轴承冷却系统
技术领域
本发明涉及水轮机轴承的油路润滑冷却技术领域，具体为一种轴领式轴承冷却系统。
背景技术
轴领式轴承是一种径向自润滑滑动轴承，主要包括筒形瓦自润滑轴承和分块瓦滋润轴承两种结构，其主要功能是承载机组在高速旋转过程中产生的径向不平衡力，减小机组径向摆度，确保机组能长期稳定运行。
轴领式轴承的工作转速较高，通常在300r/min—750r/min之间，受机组转动部分不平衡载荷的影响，运行时轴领与轴瓦会发生摩擦接触，在轴瓦表面聚集产生大量的热量，这些热量若不及时被冷却系统带走，将会导致润滑系统内的油温快速上升，当超过轴承工作的允许温升后，将会引发轴承烧瓦甚至紧急停机的安全事故。
中国专利文献CN207513733U公开了一种混流式水轮机水导轴承冷却装置，包括油循环冷却系统及与冷却系统连通的喷油管，油循环冷却系统是外置式换热器，将水导油槽中的热油抽出降温，再通过喷油管喷射进水导油槽对轴瓦进行降温，从而降低水导轴承温度，水导油槽内设有隔板，将冷油和热油分离。
该现有技术具有以下不足：轴承降温效率低，无法有效控制轴承的工作温度，导致工作温度过高，易引发轴承烧瓦甚至紧急停机的安全事故。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轴领式轴承冷却系统，以解决轴承工作温度过高而引发轴承烧瓦甚至紧急停机的问题。
为了达到上述目的，本发明提供了一种轴领式轴承冷却系统，包括轴瓦，所述轴瓦套设在轴领上，所述轴领浸于油池中，所述轴瓦上设有多条冷油循环油路和热油循环油路，所述热油循环油路连接冷却器，其特征在于：所述轴领底部设有油嘴，所述油嘴连通所述热油循环油路，所述油嘴将冷油泵入所述热油循环油路中，所述热油循环油路将热油通入冷却器，冷却后通入所述冷油循环油路，所述冷油循环油路连通所述油嘴。
为了便于泵油，所述冷却器位于所述油池外侧，所述油嘴位于所述油池内侧。
为了提高油池内外侧润滑油的压强差，所述油嘴的范围为0.05m—0.12m。
进一步的，所述油嘴与轴领径向夹角的角度为0—90°。
为了提高冷却效率，所述轴瓦底部设有隔油板，所述隔油板将所述冷油循环油路和热油循环的底部油路间隔设置。
进一步的，所述隔油板呈环状，所述隔油板上设有多个冷油孔和热油孔，所述冷油循环油路和热油循环油路分别与所述冷油孔和热油孔连通，所述热油孔连通所述油嘴一端，所述冷油孔连通所述油嘴的另一端，冷热油的流通路径独立，流动顺畅，限制热油进入油池内侧。
为了快速的引导热油沿所述热油循环油路流向冷却器，所述热油循环油路包括沿所述轴瓦基体轴向和径向的油路，所述径向油路通过管路连通所述冷却器，所述轴向油路顶部设有螺塞进行堵塞轴向油路，以防止上方漏油。
进一步的，所述冷油循环油路的进油口低于所述油池的最高油位。
本发明的有益效果：提高轴承油路润滑冷却系统的泵油能力，有效控制轴承的工作温度，延长轴承使用寿命，通过增设油嘴提高油池内外侧润滑油的压强差，保证热量交换稳定顺畅快速，考虑轴承油池内润滑油的热量全部来自轴领和轴瓦之间的机械摩擦，轴领搅拌润滑油的转速大小恒定，由能守恒原理可知：
Figure BDA0003858812400000021
作转速ω，轴领内径D，重力加速度g，若要提高其油路的油位高度，需增加轴领径向油嘴的长度S，油位高度越大压强差越大，泵油效果越好，热油循环和交换效率更高，有效避免轴承工作温度过高而引发轴承烧瓦甚至紧急停机的问题，相比于现有技术中仅通过隔板间隔，本发明的在轴领式轴领的冷、热油循环油路整体互相独立互不干涉，限制热油进入油池内侧，热油循环路径顺畅，使其与冷却器的热量交换稳定，油池外侧充分冷却热油，冷油充分吸收轴瓦与轴领产生的热量，确保轴承部位的油温低于60℃的标准值。
附图说明
图1为本实施例1的结构示意图；
图2为图1的局部结构示意图；
图3为图1中N-N的结构示意图；
图4为隔油板的结构示意图：
图5为润滑油的静压分布云图。
附图标记：1、主轴；2、轴领；3、轴瓦；4、冷却器；5、油池；6、冷油循环油路；7、热油循环油路；8、油嘴；9、隔油板；901、冷油孔；902、热油孔；10、螺塞。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，在不脱离本发明原理的前提下，针对本发明进行的改进也落入本发明权利要求的保护范围内。
实施例1
如图1-4所示，一种轴领式轴承冷却系统，包括轴领2、轴瓦3和冷却器4，所述轴领2位于主轴1上，并跟随所述主轴1旋转，所述轴瓦3套设在所述轴领2上，所述轴领2浸于油池5中，所述轴瓦3的轴向方向上间隔设有多条相互独立的冷油循环油路6和热油循环油路7，所述热油循环油路7连通所述冷却器4，所述冷却器4位于所述油池5外侧的平台上，所述轴领2底部设有油嘴8，所述油嘴8位于所述油池5内侧，所述油嘴8连通所述热油循环油路7，所述油嘴8将冷油泵入所述热油循环油路7中，所述热油循环油路7将热油通入冷却器4进行冷却后排进所述油池5内，所述油池5连通所述冷油循环油路6顶部的进油口，所述冷油循环油路6的出油口位于所述油池5内侧，冷油通过所述油池5内侧进入所述油嘴8实现润滑油的循环冷却，所述冷油循环油路6的进油口低于所述油池5的最高油位，所述轴瓦3旋转过程，将所述油池5内侧的润滑油压入所述油嘴8并通过所述热油循环油路7吸热后泵入所述油池5外侧，实现与轴领2和轴瓦3热量的交换。
所述轴瓦3底部设有隔油板9，所述隔油板9将所述冷油循环油路6和热油循环油路7的底部油路间隔设置，使其不直接连通，所述隔油板9呈环状，所述隔油板9上设有6个冷油孔901和6个热油孔902，所述冷油循环油路6和热油循环油路7分别与所述冷油孔901和热油孔902连通，所述热油孔902连通所述油嘴8一端，所述冷油孔901连通所述油嘴8的另一端。
所述热油循环油路7包括沿所述轴瓦基体轴向和径向的油路，所述径向油路通过管路连通所述冷却器4，所述轴向油路顶部设有螺塞10进行堵塞防止上方漏油。
所述油嘴8内润滑油的质量为m，所受离心力为F，进入所述油嘴8内的润滑油受离心力所做的功为Wc，润滑油在所述油嘴8内增加的动能为ΔEk，通过增加所述油嘴8，理论上能提高的油位高度为Δh，因为轴承在工作中，所述主轴1的轴领2承受一定大小的径向不平衡力，导致轴瓦3与轴领2发生接触摩擦产生热量。
考虑所述油池5内润滑油的热量全部来自轴领2和轴瓦3之间的机械摩擦，所述轴领2搅拌润滑油的转速大小恒定，由能守恒原理可知：
Wc＝F·Scosθ
Figure BDA0003858812400000031
F＝mω2r＝mω2×(0.5D)
Figure BDA0003858812400000041
Figure BDA0003858812400000042
根据上述公式可知，对于运行参数确定的轴领式轴承，工作转速ω，轴领内径D，重力加速度g，若要提高其油路的油位高度，需增加所述轴领2径向上所述油嘴8的长度S。
轴领式轴承参数主要有：转速为300r/min，所述轴瓦3的高度H为0.3m，所述轴领2的内径D为0.6m，所述油嘴8的长度S为0.1m(含油孔)，所述油嘴8与轴领2径向的夹角为45°，重力加速度为9.81m/s2，参考压力为1.01×105Pa。采用上述公式计算得，增加的油位理论净高度Δh为2.134m，考虑油路中的局部损失和沿程损失，油位高度增加高度为1.28m，此数值远大于所述轴瓦3的高度H＝0.3m，润滑油能够持续顺畅通过油路实现冷热油之间的热量交换；另外采用CFD数值计算方法进行比较，获得所述热油循环油路7中润滑油的静压分布云图如图5所示，图示油管内油压最大值位置位于所述喷嘴的入口处，最大值为1.33×105Pa，油管出口位置油压约为1.22×105Pa，均大于参考压力，油管入口和出口的净压差为0.11×105Pa，等效油位高度差为1.1m，大于轴瓦3高度0.3m，表明油管内润滑油流动顺畅，其中，所选轴承工作转速300r/min，取值为此类轴承工作转速范围内最小值，其余参数取值为合理的平均水平。

Claims (9)

1.一种轴领式轴承冷却系统，包括轴瓦（3），所述轴瓦（3）套设在轴领（2）上，所述轴领（2）浸于油池（5）中，所述轴瓦（3）上设有多条冷油循环油路（6）和热油循环油路（7），所述热油循环油路（7）连接冷却器（4），其特征在于：所述轴领（2）底部设有油嘴（8），所述油嘴（8）连通所述热油循环油路（7），所述油嘴（8）将冷油泵入所述热油循环油路（7）中，所述热油循环油路（7）将热油通入冷却器（4），冷却后通入所述冷油循环油路（6），所述冷油循环油路（6）连通所述油嘴（8）。
2.根据权利要求1所述的轴领式轴承冷却系统，其特征在于：所述冷却器（4）位于所述油池（5）外侧，所述油嘴（8）位于所述油池（5）内侧。
3.根据权利要求1或2所述的轴领式轴承冷却系统，其特征在于：所述油嘴（8）的范围为0.05m—0.12m。
4.根据权利要求1或2所述的轴领式轴承冷却系统，其特征在于：所述油嘴（8）与轴领（2）径向夹角的角度为0—90°。
5.根据权利要求3所述的轴领式轴承冷却系统，其特征在于：所述油嘴（8）与轴领（2）径向夹角的角度为0—90°。
6.根据权利要求1、2和5中任一所述的轴领式轴承冷却系统，其特征在于：所述轴瓦（3）底部设有隔油板（9），所述隔油板（9）将所述冷油循环油路（6）和热油循环油路（7）的底部油路间隔设置。
7.根据权利要求6所述的轴领式轴承冷却系统，其特征在于：所述隔油板（9）呈环状，所述隔油板（9）上设有多个冷油孔（901）和热油孔（902），所述冷油循环油路（6）和热油循环油路（7）分别与所述冷油孔（901）和热油孔（902）连通，所述热油孔（902）连通所述油嘴（8）一端，所述冷油孔（901）连通所述油嘴（8）的另一端。
8.根据权利要求7所述的轴领式轴承冷却系统，其特征在于：所述热油循环油路（7）包括沿所述轴瓦（3）基体轴向和径向的油路，所述径向油路通过管路连通所述冷却器（4），所述轴向油路顶部设有螺塞（10）。
9.根据权利要求7或8所述的轴领式轴承冷却系统，其特征在于：所述冷油循环油路（6）的进油口低于所述油池（5）的最高油位。
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