太浦河泵站水泵导轴承分析研究.doc

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1、太浦河泵站水泵导轴承分析研究摘要：太浦河泵站的水导轴承具有转速低、承载力大的特点，同时轴承又采用与水平面呈斜150布置的方式，受力复杂。经计算机仿真模拟水泵装置内部流态后，提出承载力要求，比较选用稀油润滑的导轴承，本文对塞德瓦公司的轴承结构和受力要求进行了分析研究。关键词：水导轴承油膜承载力1水泵特点太浦河泵站总流量300m3/s，装6台斜150轴伸泵，泵站设计净扬程1.39m，是国内最大的特低扬程大流量泵站。该水泵叶轮直径4.1m，转速73r/min；水泵与电机采用齿轮减速箱的传动方式，异步电机功率1600kW，转速1000r/min；在齿轮减速箱的两端均有齿

2、式联轴器，各设备的轴向力和径向力分别由本身的轴承承受，除扭矩外各力不相互传递。2水泵轴系受力分析计算2.1水泵轴系受力斜150轴伸泵有两个轴承，近叶轮端的为水导轴承，出水端的为推力径向组合轴承。轴承受力考虑下面几种工况，轴系受力详见图2-1。（1）静水工况：流道内充满了水，但水泵未启动，此时轴承承受水泵转动部分重量（G）、水的浮力（f1）。（2）正常运行工况：水泵运转后，除上述力之外，轴承还要承受水泵装置非稳定流的水动态力(f2)、轴向水推力(fZ)、叶轮静不平衡力(f3)、泵轴挠度引起的离心力(f4)。（3）飞逸工况：水泵断电而且快速闸门、多叶拍门失效，水泵进

3、入水轮机工况，并发生飞逸，此时须考虑导致各部件离心力的增加，出现泵轴的扭振现象，对轴承产生冲击力。其原因是水泵进入水轮机工况，叶轮的叶栅绕流会发生旋转脱流，产生叶轮上较大的水压脉动，致使叶轮压力侧轴对称速度场的破坏而导致很大的径向力，从而轴承也承受较大的脉动力矩。图2-1轴系受力示意图2.2正常工况受力计算6由于斜轴伸泵呈斜式布置，受力状态较卧式和立式水泵要复杂，水泵轴承同时受水平分力和垂直分力。水泵转动部分的重量和浮力、泵叶轮的静不平衡力和泵轴挠度引起的离心力由制造厂根据机械加工的技术要求提出，而因水流引起的不平衡力以及压力脉动则比较复杂，以往因缺乏有力的计算

4、工具，通常按经验进行估算，误差不易分析，也难以分析不平衡力产生的原因。为此太浦河泵站工程建设指挥部、设计院、清华大学共同合作，进行计算机水泵装置整体三维粘性流动模拟分析计算，模拟叶轮转动时，水泵及进出水流道内部不同工况下的流动特性如压力、速度分布规律及泵特性曲线，以及流道内部的旋涡分布和水力损失情况。同时进行了导叶和叶轮水流相互干涉引起的三维不稳定流动分析，得到了叶轮在不同工况下受到的轴向水推力及径向水推力在旋转过程中的变化规律。正常工况运行时，叶轮受到纵向和横向不稳定径向力，约3.253吨,径向力变幅约1.312吨。水压力脉动的频域能量主要集中在转频、3倍转频

5、（叶片数的影响）、5倍转频（导叶数的影响）上，高频的能量相对较小。叶轮端的水导轴承主要承受轴系的径向力，出水端的推力组合径向轴承主要承受轴向水推力和部分径向力。叶轮和泵轴重约17.5t，综合计算和分析，水导轴承受力不小于26t。由于国内多个泵站的斜轴伸泵出现过水导轴承损坏情况，所以对水导轴承的选择做更为仔细的分析研究。3水泵导轴承型式选择水泵导轴承有水润滑、油脂润滑、稀油润滑三种。水润滑轴承通常采用工程塑料或橡胶，油脂润滑和稀油润滑采用巴氏合金比较多。由于水的粘滞系数较低，对低速、重载轴承不容易形成油膜，所以不予选用。太浦河水泵的导轴承承载力大，须选用滑动轴承。

6、油脂和稀油两种润滑方式都可以用于滑动轴承。典型的油脂润滑轴承结构见图3-1，该种型式的轴承在日本的荏原和日立公司生产的斜轴伸式水泵上使用比较多，国内的斜300轴伸泵上也使用，叶轮直径多数在2.0m左右。油脂润滑有许多优点但也有不足一面，概括如下：a.粘附性好，能附着在摩擦表面，不易流失或飞溅。b.特别适合滚动轴承，注油方便，可以长时间运行而不需注油，维护工作量小。c.密封性好，可以防止外界尘土侵入轴承。d.散热性差，不能像稀油那样对摩擦副进行循环冷却，故不适宜高速转动的轴承。e.其流动性差，内摩擦阻力大无法形成动压油膜，对大部分滑动轴承不适用。斜轴伸泵一般使用极

7、压锂基润滑脂，这是以十二羟基硬脂酸高粘度精制矿物油，并加多种添加剂。它具有良好的泵送性，较好的耐极压性，抗水性亦比较好，其它各方面的综合性能都比压延机润滑脂优越。稀油润滑的特点是流动性好，易形成动压油膜；散热性好，可以在高速、重载的轴承中使用。在立式水泵、贯流式水轮机、电动机、发电机的滑动轴承等方面广泛使用。经过比选，业主单位、设计院、无锡水泵厂选择了西班牙塞德瓦公司的船用滑动轴承。4稀油润滑轴承结构和油品滑动轴承对润滑油的要求有以下几点：a.适当的粘度。承载力大、速度低，选用粘度高的润滑油。对于动压润滑轴承，油的粘度要求较严格，因为粘度变化会影响油膜厚度。b.

8、具有较高的散热性，传导轴