[发明专利]径向滑动轴承

说明书

技术领域

本发明涉及一款卧式水轮发电机组用径向滑动轴承，尤其是应用于重型载荷和低速机组的径向滑动轴承。 

  

背景技术

径向滑动轴承是一款动压滑动轴承，利用主轴运行时，主轴外表面与轴瓦内表面形成的楔形油膜产生动压力，使动压力的合力与轴承载荷相平衡。此类轴承具有承载能力大、应用范围广等优点，在水轮发电机、汽轮机发电机、船舶等行业中有广泛应用。 

径向滑动轴承的结构型式较多，有圆柱滑动轴承、椭圆滑动轴承、固定多油楔滑动轴承、分块可倾式滑动轴承等。 

卧式水轮发电机组转动部件一般采用两个径向滑动轴承支撑结构，单轴承载荷一般在70t~150t之间、主轴线速度在3m/s～15m/s之间、设计名义面压在2MPa左右，通常采用圆柱径向滑动轴承和椭圆径向滑动轴承，该类轴承加工工艺简单，安装方便。但随着卧式水轮发电机组朝着巨型容量发展，与之相应的径向滑动轴承也朝着重型载荷和低速方向发展，轴承载荷可能会突破200t，最低安全线速度也会下降，原有圆柱式滑动轴承和椭圆轴承在该工况下，都会出现承载区域大幅度减小、油膜峰值压力急剧增大、油膜最小厚度减小等现象，严重危险机组的安全运行。 

业内对于此类巨型机组的径向滑动轴承，目前常采用分块可倾瓦结构滑动轴承，但该类轴承的装配精度要求高，设计难度也大。另外，业内也尝试采用塑料瓦径向滑动轴承，但是由于塑料瓦加工工艺的复杂性，对于大尺寸轴承，制造难度相当高。因此，非常有必要去寻找一种新的径向滑动轴承结构，其制造、装配难度比以上两种结构低，又能保证轴承在重载、低速下长期安全运行。 

  

发明内容

为了克服原有圆柱滑动轴承承载区域小、油膜峰值压力大等缺点及分块可倾式导轴承安装难度高等困难，本发明设计了一款可以大幅度增大滑动轴承承载区域、减小峰值压力、增大油膜厚度、降低最小临界安全转速又能方便安装的新型径向滑动轴承。 

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：原有圆柱径向滑动轴承和椭圆轴承的承载油膜是一条连续的楔形油膜，椭圆滑动轴承油膜厚度的表达公式为： 　　　（１） 

式中ｃ为轴瓦内径与主轴半径之差、ｅ为主轴静平衡时的轴心偏心距、为垂线正向沿主轴转动方向的转角、为主轴静平衡时的偏位角，为轴瓦圆弧与轴承中心的预置偏心距，为轴瓦圆弧圆心与轴承垂线正方向的夹角。

表征油膜压力分布特性的是雷诺方程：　　（２） 

　　式中，为润滑油密度，为润滑油动力黏度，为主轴旋转角速度，为圆周方向坐标，为轴向坐标，Ｐ为油膜动压。

由联合解析雷诺方程和油膜厚度方程可知，圆柱滑动轴承和椭圆轴承油膜的承载范围集中在最小油膜厚度处周围，楔形油膜进油处由于油膜厚度大，承载能力很小。另一方面，楔形油膜是产生动压润滑的必要条件，在油膜最小厚度处沿主轴转动方向下游侧，油膜形状出现反楔形，失去了承载能力，因此，此处的承载能力亦很小。 

理想的径向滑动轴承应具有更大的承载区域，使油膜峰值压力下降，现根据以上理论可知，将油膜楔形处入口的厚度减小且保持楔形，就可以增大该处油膜的承载能力；同时，将油膜最小厚度处沿主轴转动方向下游侧的反楔形修正为沿主轴转动方向的正楔形，也可以提高此处的承载能力，使原有承载区域的承载负荷下降。 

根据上述分析，结合油膜厚度公式可知，为了使第一条油膜在考虑轴承静平衡运行时的厚度与第二、三条油膜相当，则、；第一、三条圆弧圆心应布置于轴承垂线的两侧，与轴承垂线的夹角、可以根据具体的油膜厚度要求，由油膜厚度计算公式推算。待各条圆弧的偏心距和圆心夹角确定之后，可根据几何关系计算各条圆弧的包角。 

综上，本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：径向滑动轴承，其包括主轴、上轴瓦、下轴瓦，径向滑动轴承下轴瓦的内壁采用三条圆弧拼接而成，三条圆弧的半径设置为相等（也可根据实际案例设置为不等），相对于轴承中心，沿主轴旋转方向，第一条圆弧圆心的预置偏心距大于第二、第三条圆弧，第二、第三条圆弧圆心的预置偏心距一致，可以简化加工工艺。 

第二条圆弧的圆心位于轴承垂向上，在明确了设计要求的压力分布特性和厚度分布特性之后，我们可以依据油膜厚度公式(1)和雷诺方程(2)推算出第一、第三段圆弧圆心与轴承中心连线与轴承垂线的夹角、，各段圆弧的夹角确定之后，可以根据厚度计算公式及油膜楔形形状要求计算出圆弧的预置偏心距，，。这样，在运行过程中，三条不同心圆弧形成三个连续的楔形油膜，油膜形状接近，油膜厚度相当，可以实现多油楔承载的效果，从而降低原有椭圆、圆柱滑动轴承。