CN210686177U - 一种水轮机导轴承 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水轮机导轴承，针对现有水轮机导轴承的轴套易脱落而导致其使用寿命减短、停机频繁的问题，而创新研究的一种水轮机导轴承，包括第一本体和第二本体，第一本体包括轴承座、轴承体、轴瓦、固定螺栓，第二本体包括主轴、轴套、榫卯装置；所述榫卯装置包括端盖、扇形钢块、压紧螺栓，在所述主轴端部焊接两个扇形钢块，在两个扇形钢块中间留槽口，所述端盖底部中间有一个与主轴端部槽口对应的凸台，在所述轴套端部与凸台对应处有两个缺口，所述端盖与所述主轴通过压紧螺栓连接，限制所述轴套轴向及绕轴运动。本实用新型实用性强，安装和维护均比较方便，应用这种水轮机导轴承能达到提高导轴承系统的使用寿命、减少停机时间的效果。

Description

一种水轮机导轴承

技术领域

本实用新型属于水轮机部件技术领域，具体而言，涉及一种水轮机导轴承。

背景技术

贯流式、轴流式水轮机内通常设有导轴承，用于支撑水轮机转子的部分重力，承受一部分主轴旋转产生的径向离心力。普通导轴承结构简单，采用水冷却润滑方式，制造和运行成本低，因而在中小容量的贯流式、轴流式水轮机中得到普遍应用。但是，在实际应用中，存在以下问题，影响水轮机组正常运行。

1、轴套易脱落导致主轴磨损

轴套脱落后，主轴在轴套内壁旋转，造成主轴磨损。主轴贯通水轮机，与发电机通过联轴器联接。因此，主轴的拆除维修难度很大，停机时间很长；无论是主轴的修复或更换费用，还是停机损失都很大。因此，必须避免主轴磨损。

实际以现场工艺条件检修后，主轴与轴套的结合力主要靠摩阻力。在冷却水较为清洁时，还能长期运行，但泥沙进入或冷却水流量不足时，轴套与轴瓦内壁摩阻力增大，轴瓦将轴套抱死，造成主轴在轴套内旋转。

2、轴瓦脱落导致轴承体内壁磨损、轴瓦外壁磨损

轴瓦脱落后，主轴连同轴瓦沿轴承体内壁旋转，导致轴承体内壁磨损。

造成这种现象的原因是：轴瓦的二次加工精度、轴瓦与轴承体的安装方式、公差配合没有控制好，还有泥沙问题。

3、轴承体脱落导致轴承座内壁磨损、轴承体外壁磨损

轴承体脱落后，主轴、轴瓦连同轴承体在轴承座内旋转，导致轴承座内壁磨损。轴承座与水轮机本体外壳为一体，磨损后需要整体拆除送修，拆除维修难度大，停机时间长。因此，必须避免轴承座磨损。

轴承座磨损的原因是：轴承体通过4颗螺钉与轴承座上的螺纹孔连接，本来连接就比较薄弱。轴瓦磨损后，间隙增大，又没有及时检修更换，长期震动，造成仅有的4颗螺钉松动，最终导致轴承体与轴承座脱落、产生相对相对运动和振动而引起轴承座内壁磨损；同时，轴承体外壁也会受到磨损。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型公开了一种水轮机导轴承，本实用新型通过在主轴和轴套的端部上设置榫卯装置，限制轴套轴向及绕轴运动而脱落；在轴瓦与轴承体的联接处设有顶角、挡环，阻止轴瓦沿轴承体内壁轴向移动而脱落；在轴瓦外壁设有瓦键，轴承体内壁设有瓦槽，阻止轴瓦在轴承体内旋转脱落；通过一系列装置和结构，以此达到提高导轴承系统的使用寿命、减少停机时间的目的。

为了实现所述发明目的，本实用新型采用如下技术方案；

一种水轮机导轴承，包括第一本体和第二本体，第一本体包括轴承座、轴承体、轴瓦、固定螺栓，第二本体包括主轴、轴套、榫卯装置；

所述轴承体通过固定螺栓与所述轴承座固定连接，所述轴瓦与所述轴承体的连接为过渡配合、固定连接，所述主轴的上游端套有所述轴套，所述轴套与所述主轴之间为过盈配合，与所述主轴固定成为一体在所述轴瓦内旋转，所述轴瓦内壁上设有导水槽；

所述榫卯装置包括端盖、扇形钢块、压紧螺栓，在所述主轴端部焊接两个扇形钢块，所述扇形钢块直径不超过主轴直径，所述主轴及所述扇形钢块中设有螺栓孔，在两个扇形钢块中间留槽口，所述端盖底部中间有一个与主轴端部槽口对应的凸台，所述凸台长度不超过轴套外径，在所述轴套端部与凸台对应处有两个缺口，所述端盖与所述主轴通过压紧螺栓连接，限制所述轴套轴向及绕轴运动。

优选的，所述轴承体尾端设有顶角，所述轴瓦尾端设有与所述顶角相对应的凹角，所述顶角与所述凹角构成顶角结构。

优选的，所述固定螺栓下端紧压挡环，所述挡环覆盖所述轴承体与所述轴瓦，限制所述轴瓦沿所述轴承体内壁轴向移动。

优选的，所述轴瓦外壁设有瓦键，所述轴承体内壁设有与所述瓦键相对应的键槽，限制所述轴瓦在所述轴承体内旋转。

优选的，所述瓦键和所述键槽在对角线位置各设置2个。

优选的，所述固定螺栓为8个，所述压紧螺栓为2个。

优选的，所述固定螺栓和所述压紧螺栓的螺帽上设有孔，通过贯穿螺帽上的铁丝，将同一结构上的螺栓串联锁孔，避免螺栓旋转松动。

优选的，所述轴瓦为酚醛塑料材质，所述轴套为表面镀铬的合金钢材质。

优选的，所述扇形钢块、所述槽口、所述凸台、所述缺口的尺寸，根据不同的水轮机型号和不同的主轴直径进行调整。

优选的，所述扇形钢块的厚度为15-16mm，所述槽口的宽度为40-41mm，所述凸台的宽度为39-40mm、深度为14-15mm；所述缺口的宽度为40-41mm、深度为15-16mm。

由于采用了上述技术方案，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型所述的一种水轮机导轴承，包括第一本体和第二本体，第一本体包括轴承座、轴承体、轴瓦、固定螺栓，第二本体包括主轴、轴套、榫卯装置，在主轴和轴套的端部上设置榫卯装置，限制轴套轴向及绕轴运动而脱落；在轴瓦与轴承体的联接处设有顶角、挡环，阻止轴瓦沿轴承体内壁轴向移动而脱落；在轴瓦外壁设有瓦键，轴承体内壁设有瓦槽，阻止轴瓦在轴承体内旋转脱落。本实用新型实用性强，安装和维护均比较方便，采用此改进方法后，机组运行至今，再没有出现过钢套、轴瓦及轴承体脱落的问题，可以显著提高导轴承系统的使用寿命，适应泥沙质水源条件，杜绝对水轮机主轴和本体的永久伤害，减少停机时间，具有显著的经济效益和实用价值。

附图说明

图1是本实用新型的装配剖面示意图；

图2是本实用新型的装配正视示意图；

图3是本实用新型未装配端盖、挡环、螺栓的正视示意图；

图4是本实用新型的主轴端部剖面示意图；

图5是本实用新型的端盖剖面示意图；

图中：1、轴承座；2、轴承体；3、轴瓦；4、轴套；5、主轴；6、固定螺栓；7、导水槽；8、压紧螺栓；9、端盖；10、扇形钢块；11、凹槽；12、凸台；13、缺口；14、瓦键；15、键槽；16、挡环；17、顶角；18、凹角。

具体实施方式

通过下面的实施例可以详细的解释本实用新型，公开本实用新型的目的旨在保护本实用新型范围内的一切技术改进。

实施例一

导轴承位于水轮机进水端导水锥中的导水室中，导轴承由金属轴承体与酚醛塑料轴瓦构成，轴承体通过螺栓与轴承座固定连接，轴瓦与轴承体的连接为过渡配合、固定连接，导水锥也通过螺栓固定在水轮机本体上，与轴承体构成导水室。

水轮机主轴的上游端套有表面镀铬的合金钢轴套，轴套与主轴之间为过盈配合，轴套紧紧的箍在主轴上，与主轴固定成为一体在轴瓦内旋转。为防止轴套沿轴向移动而脱落，在主轴端部设有端盖，端盖与主轴通过螺栓连接，限制轴套轴向移动。

将端盖、主轴、轴套之间构成了一个榫卯结构，具体方法是：将主轴端部焊接两个厚度为15-16mm的扇形钢块，扇形钢块直径略小于或等于主轴直径。两钢块中间留槽，槽宽40-41mm，槽深即为钢块厚度：15-16mm。每个钢块中间对应主轴原螺纹孔处留孔，以保留原螺纹孔。同时，将端盖底部中间设有一个与主轴端部槽口形状尺寸相同的凸台，凸台长度等于或略小于轴套外径，厚14-15mm，宽度39-40mm。将轴套对应处设两个宽40-41mm，径向深15-16mm的缺口，深15-16mm的缺口。以上扇形钢块、槽口、凸台、缺口的尺寸是根据GD560-WZ-60型号水轮机和主轴直径来设计的，当然，根据不同的水轮机型号和不同的主轴直径，可以对上述尺寸进行调整。端盖、主轴、轴套之间构成了一个榫卯结构。这样端盖不仅能阻止轴套轴向移动，还能阻止轴套绕轴运动，将主轴与轴套牢牢的连接在一起。

主轴与轴瓦之间有很小的间隙，以便主轴在轴瓦内平滑稳定的旋转。轴瓦与主轴的冷却润滑方式为水冷却润滑，经过滤后的清洁冷却水进入导水锥内，充满导水室，然后均匀的进入轴瓦内壁的导水槽，在主轴旋转力和冷却水轴向压力的共同作用下，沿主轴与轴瓦间隙，呈螺旋状向前作径向与轴向的复合运动，对主轴与轴瓦之间的滑动摩擦起润滑冷却作用，不断的带走摩擦所产生的热量，冷却水与下游水流汇合流出。以上即构成了水轮机导轴承的过滤、润滑、冷却、联结、旋转系统。

轴承体与轴承座的连接采用8颗有孔螺栓连接，并用铁丝锁孔，轴瓦磨损出现震动后，及时更换检修，彻底解决了轴承座磨损问题。

将端盖压紧螺栓改为有孔螺钉，通过贯穿螺帽上的铁丝，将压紧螺栓串联锁孔，避免螺栓旋转松动。

轴瓦外壁设有瓦键，轴承体内壁设有与瓦键相对应的键槽，瓦键和键槽在对角线位置各设置2个，避免轴瓦在轴承体内旋转脱落。

轴承体尾端设有顶角，轴瓦尾端设有与顶角相对应的凹角，顶角与凹角构成顶角结构。固定螺栓下端紧压挡环，挡环覆盖轴承体与轴瓦，限制轴瓦沿轴承体内壁轴向移动。

实施本实用新型所述的一种水轮机导轴承，安装和维护均比较方便，采用此改进方法后，机组运行至今，再没有出现过钢套、轴瓦及轴承体脱落的问题，可以显著提高导轴承系统的使用寿命，适应泥沙质水源条件，杜绝对水轮机主轴和本体的永久伤害，减少停机时间，具有显著的经济效益和实用价值。

实施例二：

利用枯水期，对两台机组进行全面检修维护，均更换新的导轴承和轴套。1号水轮机采用改进联接方式的导轴承系统，2号水轮机采用原导轴承系统。机组调试完好后，两台机组同时开始运行，进行对比实验。实验地点：陕西省汉中市南郑区青龙崖水电站，水质为泥沙水。

参与对比实验的两台水轮机除了导轴承联接方式不同外，型号、设计、运行参数，发电水源、冷却水系统等运行条件均相同，以保证在相同的条件和环境下，实验数据具有可比性。

1、2号机组的参数如下：

水轮机型号：GD560-WZ-60

设计水头：11.4米

设计流量：2.1m³/s

额定转速：750r/min

发电机额定功率：160KW

导轴承冷却系统：两台机组采用同一套冷却水系统

导轴承系统：包括主轴、轴套、轴瓦、轴承体及冷却润滑系统，其材料为：

主轴：45号钢

轴套：25号钢、表面镀铬

轴瓦：P23-1酚醛塑料

轴承体：QT450-10

导轴承联接方式：

1号机：改进的联接方式；2号机：厂家原联接方式。

实验周期内，每月以相同的时间间隔对以下参数采集一次。

1、联轴器间隙差

(1)以间隙差描述导轴承磨损程度的可行性

要精确描述导轴承、主轴等的磨损情况，应该在关机停水后，拆除水轮机外壳、导水锥后，测量主轴与导轴承之间的间隙；拆除导轴承后，测量主轴外径、导轴承内径等。但是，水轮机导轴承的拆除、测量和安装停机时间长、停机损失大，要每月拆装测量一次，现实中是不可行的。因此，本实验采用机组联轴器结合面上下端间隙差作为对比数据。

假设发电机侧为左侧，水轮机导轴承侧为右侧。水轮机的主轴从右至左从水轮机导轴承开始、依次贯穿转轮、水轮机密封环，伸出水轮机后贯穿径向推力轴承，直至联轴器，通过两个半联轴器与发电机主轴相联，将原动机的扭矩传递给发电机。联轴器为半钢性联轴器，在一定范围内，不能传递主轴挠度和径向位移。以下称与发电机主轴相连的半联轴器为左联轴器，与水轮机主轴相连的半联轴器为右联轴器。

左侧发电机两端自带的滚动轴承支撑发电机主轴，两支点轴承平衡性较好，运行工况稳定，寿命较长，在整个实验周期内磨损较小；每台发电机各自两端的滚动轴承磨损一致；且两台发电机的两副滚动轴承型号、运行参数相同，磨损也一致；因此，在实验周期内，发电机滚动轴承正常工况对左联轴器无影响，对间隙差等对比数据无影响。

径向推力轴承技术较为成熟，维护方便，运行工况较好，寿命较长，在整个实验周期内磨损较小；且两台机组轴承型号、运行参数相同，磨损一致；因此，在实验周期内，径向推力轴承正常工况对右联轴器无影响，对间隙差等对比数据无影响。

导轴承的磨损，会造成水轮机主轴右端下沉、绕径向推力轴承顺时针旋转，径向推力轴承左侧的水轮机主轴及与其相连的右联轴器旋转上翘；此时，与发电机连接的左联轴器正常运行、保持不变，造成联轴器结合面上端间隙增大，下端间隙减小。因此，在实验周期内，联轴器的间隙差主要是由导轴承的磨损造成的。

综上所述，在两台水轮机其他部件运行工况正常的情况下，对比实验以联轴器间隙差描述两台水轮机导轴承的磨损情况，并结合噪声、轴承温度等参数及有经验的技术人员判断，综合评价导轴承运行状况。经多年实践，结果证明与导轴承实际磨损情况是吻合的。

(2)间隙差的测量方法

在停机状态下，采用精度为0.05mm的塞尺测量联轴器间隙差，分别测量联轴器结合面处上下端间隙，求得间隙差；再手动盘车90°，分别测量上下端间隙，计算间隙差；再以相同方向旋转90°，测算间隙差；再旋转90°，测算间隙差。取四个方向的间隙差的最大值，作为本次测量间隙差。

仅导轴承瓦磨损时，四个方向的间隙差基本一致。但当轴套脱落、主轴磨损不均匀，断面成椭圆状时，不同方向的间隙差不同。

2、机组噪声

机组噪声与水轮机出力、轴承系统磨损、机组其他部件等状况有关。导轴承、主轴的磨损程度越大、间隙越大，则振动噪声越大。测量前，对水轮机除渣排气，排除转动部件非正常噪声干扰，保持两台机组出力相同，尽可能减小机组工况差异引起的噪声差异。在机组轴线方向导轴承处偏上游、距水轮机外壳0.1m处，用声级计测量噪声。

3、径向推力轴承温度

径向推力轴承温度与环境温度、冷却水情况、水轮机出力、导轴承磨损情况、润滑油等有关。两台机组的环境温度相同；共用同一套冷却水系统；实验前同时更换了相同的润滑油；实验周期内，两台水轮机保持基本一致的出力；则径向推力轴承的温度差异仅与导轴承的磨损情况有关。在导轴承磨损的正常范围内，对径向推力轴承温度的影响很小；一旦导轴承磨损严重下沉，间隙增大，振动增大时，径向推力轴承承受的径向荷载增大，引起温度上升。

径向推力轴承自带有温度计，运行人员对其每小时记录一次。通过查阅运行记录表，可以了解每小时间隔的温度，以及异常情况下的温度。以每月固定的时间间隔，取一天中温度的最大值。

4、机组综合运行状况

对于现场运行中的机组，有经验的技术人员通过对其振动、声音、运行参数等进行综合判断，结果与实际相符，在实践中具有很重要的实用价值。

实验要求：

1、实验周期内，每月以相同的时间间隔对相关参数采集一次。

2、如果某台机组导轴承系统因磨损而损坏，该台机组需要更换新的导轴承或轴套，则不再测量其实验数据。另一台机组继续测量实验数据，直到其导轴承系统因磨损而损坏。如果导轴承的损坏原因为冷却水断流等事故造成的，则该次实验无效。如因径向推力轴承故障，且需刮瓦、调整径向瓦间隙，可能影响间隙差，则该次实验无效。如果实验周期内，某台机组因其他部件故障短期停机，经处理后，实验继续进行。

3、丰水期，两台机组均以额定功率发电；平水期，两台机组以相同的有功功率同时发电；枯水期，两台机组按5天的时间间隔轮换交替以相同的有功功率发电。

实验数据见表1《1、2号水轮机导轴承联接方式对比实验表》。

实验结果表明：两台型号、参数均相同的水轮机，在相同的运行条件下，联接方式改进后的1号水轮机导轴承的寿命为18个月，未改进的2号水轮机导轴承的寿命为7个月。如果冷却水源清洁，改进的导轴承寿命将更长。

实验结论：导轴承系统联接方式改进后，可以显著提高导轴承系统的使用寿命，适应泥沙质水源条件，杜绝对水轮机主轴和本体的永久伤害，减少停机时间，具有显著的经济效益和实用价值。

本实用新型未详述部分为现有技术。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种水轮机导轴承，包括第一本体和第二本体，第一本体包括轴承座、轴承体、轴瓦、固定螺栓，第二本体包括主轴、轴套、榫卯装置；

所述轴承体通过固定螺栓与所述轴承座固定连接，所述轴瓦与所述轴承体的连接为过渡配合、固定连接，所述主轴的上游端套有所述轴套，所述轴套与所述主轴之间为过盈配合，与所述主轴固定成为一体在所述轴瓦内旋转，所述轴瓦内壁上设有导水槽；

所述榫卯装置包括端盖、扇形钢块、压紧螺栓，在所述主轴端部焊接两个扇形钢块，所述扇形钢块直径不超过主轴直径，所述主轴及所述扇形钢块中设有螺栓孔，在两个扇形钢块中间留槽口，所述端盖底部中间有一个与主轴端部槽口对应的凸台，所述凸台长度不超过轴套外径，在所述轴套端部与凸台对应处有两个缺口，所述端盖与所述主轴通过压紧螺栓连接，限制所述轴套轴向及绕轴运动。

2.根据权利要求1所述的一种水轮机导轴承，其特征在于：所述轴承体尾端设有顶角，所述轴瓦尾端设有与所述顶角相对应的凹角，所述顶角与所述凹角构成顶角结构，限制所述轴瓦沿所述轴承体内壁轴向移动。

3.根据权利要求1或2所述的一种水轮机导轴承，其特征在于：所述固定螺栓下端紧压挡环，所述挡环覆盖所述轴承体与所述轴瓦，限制所述轴瓦沿所述轴承体内壁轴向移动。

4.根据权利要求1所述的一种水轮机导轴承，其特征在于：所述轴瓦外壁设有瓦键，所述轴承体内壁设有与瓦键相对应的键槽，限制所述轴瓦在所述轴承体内旋转。

5.根据权利要求4所述的一种水轮机导轴承，其特征在于：所述瓦键和所述键槽在对角线位置各设置2个。

6.根据权利要求1所述的一种水轮机导轴承，其特征在于：所述固定螺栓为8个，所述压紧螺栓为2个。

7.根据权利要求1或6所述的一种水轮机导轴承，其特征在于：所述固定螺栓和所述压紧螺栓的螺帽上设有孔，通过贯穿螺帽上的铁丝，将同一结构上的螺栓串联锁孔，避免螺栓旋转松动。

8.根据权利要求1所述的一种水轮机导轴承，其特征在于：所述轴瓦为酚醛塑料材质，所述轴套为表面镀铬的合金钢材质。

9.根据权利要求1所述的一种水轮机导轴承，其特征在于：所述扇形钢块、所述槽口、所述凸台、所述缺口的尺寸，根据不同的水轮机型号和不同的主轴直径进行调整。

10.根据权利要求9所述的一种水轮机导轴承，其特征在于：所述扇形钢块的厚度为15-16mm，所述槽口的宽度为40-41mm，所述凸台的宽度为39-40mm、深度为14-15mm；所述缺口的宽度为40-41mm、深度为15-16mm。

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