顶轴系统的设计

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1、顶轴系统的设计顶轴系统的设计杨灵陈赤何显富（东方汽轮机厂产品开发处，四川德阳618000）摘要：从轴承弹流润滑的角度出发，指出厂在型汽轮发电机组采用顶轴系统的必要性，对顶轴系统的主要参数（顶轴油压和流量）及各主要元件（如顶轴油囊、节流阀、顶轴油泵等）的选型等设计要点进行分析。图12表2参4关键词：弹流润滑；顶轴系统；膜厚比1　前言为降低汽轮发电机组过大的启动力矩和盘车力矩，防止轴承磨损，其支持轴承常采用“静压升举，动压运转”的工作模式，即在轴承承载区内设置顶轴油囊，在机组启动前，由顶轴油泵向顶轴油囊泵入高压油，将轴“顶起”，然后启动盘车

2、电机盘动转子，待转速升至1200r/min以上，轴承能够在动力润滑下正常运转时，顶轴油源自动切断并退出运行，由低压油循环润滑。机组停机前，待转速降至1200r/min以下时，顶轴系统自动投入运行，向顶轴油囊泵入高压油，以使转轴在静压润滑下惰走、盘车。2　静压顶轴的必要性2.1　转子轴承的弹性流体动压润滑对于弹性变形体之间的流体动压润滑，其润滑机理如下：转子在轴承中滑动时，粘附在表面上的油被带入转子与轴承的接触区，在转子轴承的接触区内接触应力可达几十兆帕，此时油的粘度将迅速增大。因此在一定的速度下能够形成具有足够承载能力的润滑油膜。油膜厚

3、度在绝大部分接触表面上相同，仅在脱离端局部减小。在大部分接触区内，油膜压力分布与赫兹应力分布相接近，在出口端将出现二次压力峰(图1)。2.1.1　线接触弹流润滑最小油膜厚度由学者们提出的各种润滑理论，经K.L.Johasom整理并由G.J.Hooke修订后，给出了比较切合实际的线接触润滑状态图(图2)，横坐标为弹性系数ge，纵坐标为粘性系数gr，其表达式为E－V区，弹性等粘度区，采用道森—希金森公式：式(2)～(5)均采用无量纲参数表达hmin——最小油膜厚度/m；R——当量曲率半径/m；α——润滑油的粘压系数/Pa－1；u——相对线速

4、度/m·s－1；η——润滑油的初始动力粘度/Pa·S；L——轴承宽度/m；E＇——当量弹性模量/N·m－2；Pa以上，因此要求顶轴油泵能承受0.3MPa的进口油压而不能有任何渗漏。3.2.5.3　油泵的工作压力顶轴油泵工作压力可按下式确定式中P1——各轴承顶轴所需最大压力；ΔP——节流阀设计压差；K——系统动态系数3.2.5.4　油泵的流量顶轴油泵的流量可按下式选取：式中∑Qmax——各轴承所需顶轴油流量的最大值；ην——液压泵容积效率，见表2；K——系统溢油流量系数3.2.5.5　油泵的驱动功率N=PPQP/η3·s－15　结论(1)

5、汽轮发电机组盘车时轴承的润滑状态是复杂的。计算表明：当机组采用低速盘车时，为避免轴承的表面损失，降低起动力矩，应投运顶轴系统。(2)适当降低润滑油油温可改善机组盘车时的润滑性能。(3)顶轴油囊的设计是顶轴系统设计的关键，一方面要保证轴承的动力润滑性能，另一方面要兼顾泵送功率最小准则，同时还应避免顶轴油压过高。(4)顶轴油泵的选型是供油系统设计的核心，其工作压力和流量的配置应能满足轴承的顶起高度的要求，同时还应满足顶轴系统的刚性需要。