CN208565292U - 一种防结垢自冷却轴承瓦 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种防结垢自冷却轴承瓦，包括相互固定连接的上轴承瓦和下轴承瓦；下轴承瓦的内部设置有若干个水冷通孔；每一水冷通孔中均安装有水冷管；水冷管包括外壁与水冷通孔内壁接触且两端延伸至水冷通孔外的的水冷外管、设置于水冷外管内且两端延伸至水冷外管外的水冷内管；水冷外管两端的内壁与水冷内管外壁之间均设置有密封体，以使水冷外管与水冷内管之间紧固密封并形成第一流道；水冷外管的一端部侧壁上设置有进水管，另一端部侧壁上设置有出水管；水冷内管内部设置有第二流道。通过冷却水路径上的套管设计，降低了冷却水的整体温度，削弱了其中金属盐析出的温度条件，实现了水冷管防结垢，进而保证了轴承瓦的冷却效果。

Description

一种防结垢自冷却轴承瓦

技术领域

本实用新型涉及水轮机设备领域，具体涉及一种防结垢自冷却轴承瓦。

背景技术

长久以来，很多卧式水轮发电机组因径向瓦温居高不下，严重威胁到轴承的正常运行。一方面过高的瓦温造成了轴承损耗的增加，能量被白白浪费；另一方面直接对水轮发电机组的安全稳定运行带来威胁，增加了事故隐患，维护工作量增大，因频繁停机维护必将带来电站巨大的经济损失。

中国专利CN201220393669.8(公开号)公开了一种“水冷却轴承瓦”，其通过在下轴承瓦本体中设置“S”型的水循环路，水循环路的两端分别连接进出水口，两个进出水口分别设在下轴承瓦本体的两侧。通过在下轴承瓦本体的背部形成一个“S”型的水循环路来传送热能，使得轴承瓦在使用是我温度明显降低。

中国专利CN201620202749.9(公开好)公开了一种“新型卧式水冷瓦径向滑动轴承”。其中，记载了一种轴承瓦冷却结构，通过在径向轴瓦下半部瓦体设置有一定数量的冷却水孔并在前后两端形冷却水进出的封闭水腔；冷却水进出水管与两端形成的封闭水腔相连接。实现了用冷却水直接冷却径向轴承瓦的目的。

有上述可知，对于卧式水冷发电机组工作过程中径向瓦温度锅过高的问题，可以通过在轴承瓦设置冷却水道的方式，利用冷却水流的携热功能，达到轴承瓦的降温目的，从而实现对轴承保护。

但是，由于水轮机需要长时运转的工作特点，因此在实际工况下，轴承瓦往往具有较高的温度，进而使得冷却水在流经轴承瓦时吸收热量而温度显著升高。随着温度的升高，冷却水中的钙镁离子因高温下溶解度降低而析出，进而形成钙盐、镁盐而逐渐沉积在冷却水道的内壁上，形成水垢。而水垢的形成，会造成冷却水道与冷却水之间的传热能力下降：当水垢大量积累时，还会造成冷却水道的堵塞，导致后者冷去功能的丧失。

实用新型内容

本实用新型提供了一种防结垢自冷却轴承瓦，以解决现有技术中轴承瓦冷却水道易结垢的问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种防结垢自冷却轴承瓦，包括相互固定连接的上轴承瓦和下轴承瓦；所述下轴承瓦的内部设置有若干个水冷通孔；每一所述水冷通孔中均安装有水冷管；所述水冷管包括外壁与水冷通孔内壁接触且两端延伸至水冷通孔外的的水冷外管、设置于水冷外管内且两端延伸至水冷外管外的水冷内管；所述水冷外管两端的内壁与水冷内管外壁之间均设置有密封体，以使水冷外管与水冷内管之间紧固密封并形成第一流道；所述水冷外管的一端部侧壁上设置有与第一流道连通的进水管，另一端部侧壁上设置有与第一流道连通的出水管；所述水冷内管内部设置有第二流道。

本技术方案的工作原理和过程如下：

需要明确的是，本技术方案中所述的一种防结垢自冷却轴承瓦，除有描述材料性质的部件外，其余部件均有易于导热的金属材料制成，这里的金属材料可以是但不限于导热钢、铜、铝等。水冷外管与水冷通孔之间为接触关系，这里的接触关系是指水冷外管的外壁尺寸与水冷通孔内壁尺寸相等，且两者之间的允许公差满足水冷外管安装到水冷通孔中后，即满足与水冷通孔内壁接触，又满足水冷外管能够人力作用下在水冷通孔内插入和拔出。水冷内管本身即为管状结构，其内部是贯通的，这一贯通的内部空间即为第二流道，而由于贯通状态，因此可以选取水冷内管任一端作为进水口，剩余一端作为出水口。密封体为能够实现水冷外管与水冷内管之间空隙密封的环状的橡胶塞、金属块等。

工作过程中，首先通过水冷外管上设置的进水管注入低温冷却水，冷却水沿着第一流道流动。因为水冷外管与轴承瓦上开设的水冷通孔良好接触，所以受益于金属良好的导热性，轴承瓦的热量相水冷外管传递，并使得水冷外管的管壁温度上升。此时，沿着第一流道流动的冷却水在热力学第一定律的作用下，会逐渐吸收从水冷外管所散发出来的热量；水冷外管因热量被吸收而温度下降，使得轴承瓦与水冷外管之间的出现温差或温差扩大；在温度差异的驱动下，轴承瓦中的热量沿温差梯度继续向水冷外管传递；水冷外管吸热升温而拉大了与冷却水之间的温度，使得水冷外管所蕴含的热量相冷却水转移；在冷却水流经第一流道的过程中以上过程不断反复，从而不断拽取吸收轴承瓦在工作过程中所淤积热量，并随着冷却水从排水管的排出而被冷却水携离轴承瓦，最终达到对轴承瓦进行冷却的功能。

当第一流道中的冷却水开始工作并吸收轴承瓦热量以降低轴承瓦温度的时候，通过向第二流道中通入另一股独立供应的冷却水。在相同的热交换原理下，这股冷却水能够吸收第一流道中冷却水所携带的热量，从而使得第一流道中冷却水水温下降，进而减少了第一流道中冷却水因温度过高而析出钙镁离子并在流道壁上形成水垢的现象。这样，本技术方案通过冷却水路径上的套管设计，利于第二流道中的冷却水来实现对第一流道中的冷却水的降温，从而降低冷却水的整体温度，削弱了钙镁离子析出的温度条件，进而实现了冷却水流道的防结垢功能，有效地保证了冷却水的冷却效果。

作为优选的，由于第一流道和第二流道中的冷却水为单独控制的，因此可以通过调整水流速度使得第二流道中冷却水流速大大增加，从而起到第一流道中冷却水的更好的冷却作用，从而提高了本技术方案的防垢效果。但需要注意的是，为了保证第二流道中冷却水的热交换效果，其流速应当控制在使冷却水与第二流道壁接触的部位始终保持层流状态，避免因湍流的产生而使得换热效果减弱。

作为优选的，选取水冷内管靠近水冷外管出水管的一端作为第二流道的进水口，靠近水冷外管进水口的一端作为第二流道的出水口，这样设置的好处在于第二流道中的冷却水在低温的时候首先与第一流道中经吸收轴承瓦热量后的热水先进行换热，这样能够使得第二流道中水温相对较高的部分，即钙镁离子更易析出的部分率先且有效地冷却下来。这样情况下，第一流道中冷却水与第二流道中冷却水之间的换热效率更高，进而使得第一流道中冷却水的被冷却效果更好，水温更低，其产生结构现象的可能性也就越低。

进一步地，所述水冷内管的外壁上均匀分布地设置有至少两个扰流环；所述扰流环与水冷外管之间成间隙配合。通过设置扰流环，使得流经第一流道中的冷却水处于轻微的扰流状态。这种情况下，即使第一流道中冷却水由于局部冷却不足，例如靠近水冷外观内壁的冷却水得到水冷内管的冷却作用要弱于靠近水冷内管外壁的冷却水，而出现少量钙镁离子析出成盐的现象。所形成的无机盐颗粒，在水流的扰动下，不易附着在第一流道壁上，进而随冷却水的裹挟而排出。由此可见，扰流环的加入能够进一步优化第一流道内的防结垢性能。

更近一步地，所述扰流环外壁上镀有金属镁层。由于水冷内管两侧均与水接触且长时间处于加热状态，其极易被腐蚀而在表面形成坑洞。通过在扰流环上增镀金属镁层，其与水冷内管的金属材质之间形成原电池，以镁层的电解替代水冷内管管材的电解，从而防止了水冷内管的腐蚀，避免了表面坑洞的形成，进而减少了高温冷却水中析出的钙镁无机盐着床成核的可能性，避免了水垢的堆积。此外，还能延长管道的使用寿命。

更进一步地，密封体与相邻扰流环之间以及扰流环与相邻扰流环之间的水冷内管外壁上均设置有管刷；所述管刷包括带有轴孔的涡扇轮和沿周向均匀分布于涡扇轮外壁上的若干个刷体；所述管刷通过轴孔套设于水冷内管上且与水冷内管之间成滑动配合，以使管刷绕水冷内管转动；所述刷体包括固定于涡扇轮外壁上的支柱、设置于支柱末端的固定块和设置于固定块远离支柱一端表面的刷头；所述刷头远离支柱一端表面与水冷外管内壁接触。针对可能存在的轻微结垢情况，此处设置带有涡扇轮结垢的管刷，当冷却水流经涡扇扇轮扇页时，冷却水对管刷作用有两种：第一是从扇叶缝隙中流过，从而推动涡扇轮转动，进而代用管刷转动，而在管刷转动的过程中，与水冷外管内壁相接触的刷头扫过内壁，进而将可能形成在水冷外管内壁上的细小水垢刮落，进而随冷却水携带排出；第二是作用在扇叶表面，推动整个管刷沿水流方向前进，使得刷头能够扫过其能够触及到的水冷外管内壁，进而在多个管刷的配合下实现整个水冷外管内壁进行清洁的功能，此外在管刷运动的过程中，通过轴孔内壁与水冷内管外壁的接触还能实现对水冷内管的刮擦清洁的功能。因此，管刷的设置能够起到对第一流道内环境的全面清洁作用，从而进一步避免了第一流道内水垢的形成，进而更有力地保证了第一流道中冷却水对轴承瓦的冷却效果。需要注意的是，第一，刷头的材质可以为但不限于橡胶、尼龙纤维、动物鬃毛等对金属管壁不会造成过渡磨损的材质；第二，通过第一流道中冷却水流向的变换，可以实现对第一流道实现来回往复的清洁作用。

更进一步地，所述固定块的材质为永磁铁。通过将带有磁性的固定块，其在转动中产生变化的磁场，从而使得水中的各种离子在磁场的作用下规律运动而减少了相互碰撞的几率，进而减少了钙镁离子成盐的可能性。这样，就进一步从冷却水本身减少了第一流道中结垢的可能性。

进一步地，所述密封体为轴封；所述轴封包括内侧壁上开设有若干固定槽的密封环和若干个设置于固定槽内的密封圈；所述密封环的外侧壁与水冷外管的内壁之间成过盈配合；每一所述密封圈的内侧与水冷内管的外壁均接触。所述密封环的材质可以为但不限于不锈钢，所述密封圈的材质可以为但不限于橡胶。通过设计轴封件，需要清洗和维修时，仅需要将水冷内管抽出，便可以轻松进行其余各部件的后续分离，这就使得由水冷内管和水冷外管所形成的轴承瓦水冷管便于拆卸清洗和维修，从而大大提高了清洗和维修的操作效率，有效地降低了人工成本，同时还提高了水冷管的使用寿命，节约了使用成本。

综上所述，本实用新型相较于现有技术的有益效果是：

(1)通过冷却水路径上的套管设计，利于第二流道中的冷却水来实现对第一流道中的冷却水的降温，从而降低冷却水的整体温度，削弱了钙镁离子析出的温度条件，进而实现了冷却水流道的防结垢功能，有效地保证了冷却水的冷却效果；

(2)具有多重防结垢设计，一是通过温度调节和磁化作用来降低离子的成盐能力，二是提高管道内壁完整度以减少金属盐被管道内壁吸附成核进而发展为水垢的可能性，三是通过水流扰动和管刷刷除主动清除已经附着的微小水垢；通过上述多重作用，本技术方案的具有极强的水道防结垢能力，且效果稳定可靠；

(3)结构简单，便于拆洗和维修，在维修的过程中不需要对水轮机进行停机操作即可完成，大大延长了水轮机单次工作的持续时间，进而使得水轮机工作的经济效益显著提升。

附图说明

图1是本实用新型中一种防结垢自冷却轴承瓦的主视图

图2是本实用新型中一种防结垢自冷却轴承瓦的剖视图

图3是图2中部位A的局部放大示意图

图4是图2中部位B的局部放大示意图

图5是本实用新型中管刷的结构示意图

图中标记为：1-上轴承瓦，2-水冷通孔，3-下轴承瓦，4-第二流道，5-第一流道，6-进水管，7-水冷内管，8-水冷外管，9-出水管，10-扰流环，11-管刷，12-密封环，13-密封圈，14-轴孔，15-涡扇轮，16-支柱，17-固定块，18-刷头，19-密封体。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合图1～5和具体的实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

实施例1

如图1～4，一种防结垢自冷却轴承瓦，包括相互固定连接的上轴承瓦1和下轴承瓦3；所述下轴承瓦3的内部设置有若干个水冷通孔2；每一所述水冷通孔2中均安装有水冷管；所述水冷管包括外壁与水冷通孔2内壁接触且两端延伸至水冷通孔2外的的水冷外管8、设置于水冷外管8内且两端延伸至水冷外管8外的水冷内管7；所述水冷外管8两端的内壁与水冷内管7外壁之间均设置有密封体19，以使水冷外管8与水冷内管7之间紧固密封并形成第一流道5；所述水冷外管8的一端部侧壁上设置有与第一流道5连通的进水管6，另一端部侧壁上设置有与第一流道5连通的出水管9；所述水冷内管7内部设置有第二流道4。

本技术方案的工作原理和过程如下：

工作过程中，首先通过水冷外管8上设置的进水管6注入低温冷却水，冷却水沿着第一流道5流动。因为水冷外管8与轴承瓦上开设的水冷通孔2良好接触，所以受益于金属良好的导热性，轴承瓦的热量相水冷外管8传递，并使得水冷外管8的管壁温度上升。此时，沿着第一流道5流动的冷却水在热力学第一定律的作用下，会逐渐吸收从水冷外管8所散发出来的热量；水冷外管8因热量被吸收而温度下降，使得轴承瓦与水冷外管8之间的出现温差或温差扩大；在温度差异的驱动下，轴承瓦中的热量沿温差梯度继续向水冷外管8传递；水冷外管8吸热升温而拉大了与冷却水之间的温度，使得水冷外管8所蕴含的热量相冷却水转移；在冷却水流经第一流道5的过程中以上过程不断反复，从而不断拽取吸收轴承瓦在工作过程中所淤积热量，并随着冷却水从排水管的排出而被冷却水携离轴承瓦，最终达到对轴承瓦进行冷却的功能。

当第一流道5中的冷却水开始工作并吸收轴承瓦热量以降低轴承瓦温度的时候，通过向第二流道4中通入另一股独立供应的冷却水。在相同的热交换原理下，这股冷却水能够吸收第一流道5中冷却水所携带的热量，从而使得第一流道5中冷却水水温下降，进而减少了第一流道5中冷却水因温度过高而析出钙镁离子并在流道壁上形成水垢的现象。这样，本技术方案通过冷却水路径上的套管设计，利于第二流道4中的冷却水来实现对第一流道5中的冷却水的降温，从而降低冷却水的整体温度，削弱了钙镁离子析出的温度条件，进而实现了冷却水流道的防结垢功能，有效地保证了冷却水的冷却效果。

作为优选的，由于第一流道5和第二流道4中的冷却水为单独控制的，因此可以通过调整水流速度使得第二流道4中冷却水流速大大增加，从而起到第一流道5中冷却水的更好的冷却作用，从而提高了本技术方案的防垢效果。但需要注意的是，为了保证第二流道4中冷却水的热交换效果，其流速应当控制在使冷却水与第二流道4壁接触的部位始终保持层流状态，避免因湍流的产生而使得换热效果减弱。

作为优选的，选取水冷内管7靠近水冷外管8出水管9的一端作为第二流道4的进水口，靠近水冷外管8进水口的一端作为第二流道4的出水口，这样设置的好处在于第二流道4中的冷却水在低温的时候首先与第一流道5中经吸收轴承瓦热量后的热水先进行换热，这样能够使得第二流道4中水温相对较高的部分，即钙镁离子更易析出的部分率先且有效地冷却下来。这样情况下，第一流道5中冷却水与第二流道4中冷却水之间的换热效率更高，进而使得第一流道5中冷却水的被冷却效果更好，水温更低，其产生结构现象的可能性也就越低。

实施例2

基于实施例1，如图2和3，为了防止可能形成的金属盐在第一流道5壁上吸附沉积，进行了如下改进：所述水冷内管7的外壁上均匀分布地设置有至少两个扰流环10；所述扰流环10与水冷外管8之间成间隙配合。通过设置扰流环10，使得流经第一流道5中的冷却水处于轻微的扰流状态。这种情况下，即使第一流道5中冷却水由于局部冷却不足，例如靠近水冷外观内壁的冷却水得到水冷内管7的冷却作用要弱于靠近水冷内管7外壁的冷却水，而出现少量钙镁离子析出成盐的现象。所形成的无机盐颗粒，在水流的扰动下，不易附着在第一流道5壁上，进而随冷却水的裹挟而排出。由此可见，扰流环10的加入能够进一步优化第一流道5内的防结垢性能。

实施例3

基于实施例2，为了防止第一流道5附近管壁因腐蚀而形成利于金属盐吸附的瑕疵点，进行了如下改进：所述扰流环10外壁上镀有金属镁层。由于水冷内管7两侧均与水接触且长时间处于加热状态，其极易被腐蚀而在表面形成坑洞。通过在扰流环10上增镀金属镁层，其与水冷内管7的金属材质之间形成原电池，以镁层的电解替代水冷内管7管材的电解，从而防止了水冷内管7的腐蚀，避免了表面坑洞的形成，进而减少了高温冷却水中析出的钙镁无机盐着床成核的可能性，避免了水垢的堆积。此外，还能延长管道的使用寿命。

实施例4

基于实施例2，如图1～5，为了实现对第一流道5附近管道内壁的主动清洁功能，进行了如下改进：密封体19与相邻扰流环10之间以及扰流环10与相邻扰流环10之间的水冷内管7外壁上均设置有管刷11；所述管刷11包括带有轴孔14的涡扇轮15和沿周向均匀分布于涡扇轮15外壁上的若干个刷体；所述管刷11通过轴孔14套设于水冷内管7上且与水冷内管7之间成滑动配合，以使管刷11绕水冷内管7转动；所述刷体包括固定于涡扇轮15外壁上的支柱16、设置于支柱16末端的固定块17和设置于固定块17远离支柱16一端表面的刷头18；所述刷头18远离支柱16一端表面与水冷外管8内壁接触。针对可能存在的轻微结垢情况，此处设置带有涡扇轮15结垢的管刷11，当冷却水流经涡扇扇轮扇页时，冷却水对管刷11作用有两种：第一是从扇叶缝隙中流过，从而推动涡扇轮15转动，进而代用管刷11转动，而在管刷11转动的过程中，与水冷外管8内壁相接触的刷头18扫过内壁，进而将可能形成在水冷外管8内壁上的细小水垢刮落，进而随冷却水携带排出；第二是作用在扇叶表面，推动整个管刷11沿水流方向前进，使得刷头18能够扫过其能够触及到的水冷外管8内壁，进而在多个管刷11的配合下实现整个水冷外管8内壁进行清洁的功能，此外在管刷11运动的过程中，通过轴孔14内壁与水冷内管7外壁的接触还能实现对水冷内管7的刮擦清洁的功能。因此，管刷11的设置能够起到对第一流道5内环境的全面清洁作用，从而进一步避免了第一流道5内水垢的形成，进而更有力地保证了第一流道5中冷却水对轴承瓦的冷却效果。需要注意的是，通过第一流道5中冷却水流向的变换，可以实现对第一流道5实现来回往复的清洁作用，建议定期同时变换第一流道5和第二流道4中冷却水的流向。

实施例5

基于实施例4，为了进一步降低冷却水中金属离子的成盐几率，进行了如下改进：所述固定块17的材质为永磁铁。通过将带有磁性的固定块17，其在转动中产生变化的磁场，从而使得水中的各种离子在磁场的作用下规律运动而减少了相互碰撞的几率，进而减少了钙镁离子成盐的可能性。这样，就进一步从冷却水本身减少了第一流道5中结垢的可能性。

实施例6

基于实施例1，如图1和4，为了便于水冷管的清洗和维修，进行了如下改进：所述密封体19为轴封；所述轴封包括内侧壁上开设有若干固定槽的密封环12和若干个设置于固定槽内的密封圈13；所述密封环12的外侧壁与水冷外管8的内壁之间成过盈配合；每一所述密封圈13的内侧与水冷内管7的外壁均接触。通过设计轴封件，需要清洗和维修时，仅需要将水冷内管7抽出，便可以轻松进行其余各部件的后续分离，这就使得由水冷内管7和水冷外管8所形成的轴承瓦水冷管便于拆卸清洗和维修，从而大大提高了清洗和维修的操作效率，有效地降低了人工成本，同时还提高了水冷管的使用寿命，节约了使用成本。

以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (5)

1.一种防结垢自冷却轴承瓦，包括相互固定连接的上轴承瓦(1)和下轴承瓦(3)；所述下轴承瓦(3)的内部设置有若干个水冷通孔(2)；其特征在于：每一所述水冷通孔(2)中均安装有水冷管；所述水冷管包括外壁与水冷通孔(2)内壁接触且两端延伸至水冷通孔(2)外的水冷外管(8)、设置于水冷外管(8)内且两端延伸至水冷外管(8)外的水冷内管(7)；所述水冷外管(8)两端的内壁与水冷内管(7)外壁之间均设置有密封体(19)，以使水冷外管(8)与水冷内管(7)之间紧固密封并形成第一流道(5)；所述水冷外管(8)的一端部侧壁上设置有与第一流道(5)连通的进水管(6)，另一端部侧壁上设置有与第一流道(5)连通的出水管(9)；所述水冷内管(7)内部设置有第二流道(4)；所述水冷内管(7)的外壁上均匀分布地设置有至少两个扰流环(10)；所述扰流环(10)与水冷外管(8)之间成间隙配合。

2.根据权利要求1所述的一种防结垢自冷却轴承瓦，其特征在于：所述扰流环(10)外壁上镀有金属镁层。

3.根据权利要求1所述的一种防结垢自冷却轴承瓦，其特征在于：密封体(19)与相邻扰流环(10)之间以及扰流环(10)与相邻扰流环(10)之间的水冷内管(7)外壁上均设置有管刷(11)；所述管刷(11)包括带有轴孔(14)的涡扇轮(15)和沿周向均匀分布于涡扇轮(15)外壁上的若干个刷体；所述管刷(11)通过轴孔(14)套设于水冷内管(7)上且与水冷内管(7)之间成滑动配合，以使管刷(11)绕水冷内管(7)转动；所述刷体包括固定于涡扇轮(15)外壁上的支柱(16)、设置于支柱(16)末端的固定块(17)和设置于固定块(17)远离支柱(16)一端表面的刷头(18)；所述刷头(18)远离支柱(16)一端表面与水冷外管(8)内壁接触。

4.根据权利要求3所述的一种防结垢自冷却轴承瓦，其特征在于：所述固定块(17)的材质为永磁铁。

5.根据权利要求1所述的一种防结垢自冷却轴承瓦，其特征在于：所述密封体(19)为轴封；所述轴封包括内侧壁上开设有若干固定槽的密封环(12)和若干个设置于固定槽内的密封圈(13)；所述密封环(12)的外侧壁与水冷外管(8)的内壁之间成过盈配合；每一所述密封圈(13)的内侧与水冷内管(7)的外壁均接触。