CN104009578B - 立式异步电机大推力推导一体轴承结构 - Google Patents

立式异步电机大推力推导一体轴承结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种立式异步电机大推力推导一体轴承结构,由推力轴承部分、导轴承部分、油冷却部分、高压油顶起部分、辅助部分五部分构成。本发明增加了高压油顶起油功能,使立式异步电机的推力提升至280吨;可正反转,并首次用于国内三代核电站循环水泵用三十六极立式异步电机。本发明在油冷却器断水15分钟内轴瓦及汽轮机油温度不会超过80℃,提高了推力***可靠性。在设置通气过滤装置同时,还使密封等级达到IP55,并且在轴承室设有油混水探测装置,解决了传统油冷却器水管漏水不能及时发现处理的问题。本发明适用于三代核电大推力循环水泵立式异步电机的推力***结构要求,可广泛用于核电、石化、海水淡化行业。

Description

立式异步电机大推力推导一体轴承结构
技术领域
本发明涉及一种立式异步电机大推力推导一体轴承结构。
背景技术
立式异步电机一般推力小于50吨,极数不大于24极,电机起动时,推力轴承一般无高压油顶起功能。随着三代核电技术的发展,大型循环水泵用立式异步电机要求总推力280吨,极数三十六极,功率7700kW,可正反转,起停时有高压油顶起功能,推力平台在最大推力时轴向变形量小于0.15mm。要求轴承在冷却水停止供应15分钟的时间内,轴瓦及汽轮机油不超过温升限制。轴承油冷却器的冷却管材质为白铜,以满足潮湿、盐雾的运行环境。轴承设有油混水探测装置,以便检测油冷却器是否漏水。设置通气过滤器,保持轴承室内部气压与外界大气压一致,以满足电机密封等级为IP55的技术要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种可承受280吨大推力的推导一体轴承,轴承包含高压油顶起功能,并达到IP55的密封等级,特别在轴承油冷却器停止供水的15分钟内轴瓦及汽轮机油不超过安全的限定运行温度。本发明的技术方案:一种立式异步电机大推力推导一体轴承结构,由推力轴承部分、导轴承部分、油冷却部分、高压油顶起部分、辅助部分五部分构成,上机架(1)为下探式结构,由六根立筋(21)分别于上环板(22)、中环板(23)、下环板(24)和外环板(25)构成,同时外层圆形侧板(26)构成轴承室(29)侧壁边界,上导轴承座(2)放置在上机架(1)的上环板(22)止口处,油混水探测装置(3)、通气过滤器(4)分别把合在上导轴承座(2)的小环板(27)螺孔上,接触式绝缘型双层油挡(5)安装在上导轴承座(2)上部,使轴承达到要求的IP55密封等级,上导轴瓦(8)放置在球面支柱(9)前面,球面支柱(9)放置在上导轴承座(2)内面完成定位,油冷却器(17)固定在上机架(1)的中环板(23)之上,油液位计(20)通过外层圆形侧板(26)的连接法兰(28)与轴承室(29)相通,高压油顶起(18)一端连接轴承室(29)内取油,轴承室(29)连通高压油泵(30)及分流管(32),分流管(32)另一端连通推力瓦(11),外层圆形侧板(26)连接取样接头(31)。
本发明推力轴承部分负责整体泵组的推力支持功能;导轴承部分负责泵组轴系的水平限位功能;油冷却器部分负责将推力轴承和导轴承摩擦生成的热损耗导出***,以保障***工作在安全温度范围内;高压油顶起部分负责在循泵机组启停机时顶起推力部分,以保障推力部分的油膜可靠建立;辅助部分负责检测油冷却器是否在轴承室内漏水,保证高密封等级的情况下保障轴承内外气压平衡,同时还要设有提取轴承室底部油品试样的油管阀门,以便定期检测轴承室内汽轮机油的品质。
推力轴承部分主要负责***刚度支撑。上机架(1)的特殊六腿下探立筋结构,使得***的轴向形变得到有效控制。环键(6)具有轴向锁定限位功能,同时可以通过磨环键(6)面来找轴系的摆度。推力头(7)通过推力油膜将***的推力及转子自重传最终传给上机架(1),推力头侧面开径向孔,下部孔具有油泵的功能使得冷却油获得推力以形成油路,上部孔具有连通推力头内外部大气压的作用,可以抑制推力头(7)内部的汽轮机油上爬,推力头(7)侧面兼作导轴承滑转子功能。镜板(10)主要负责承接推力头(7)传来的推力负荷,同时在与推力头(7)接触面设立4道密封条(34),以防止汽轮机油渗入镜板(10)与推力头(7)之间,通过控制镜板(10)厚度,使其在最大负荷时的形变小于油膜厚度,防止产生局部干磨。推力瓦(11)为巴氏合金瓦结构,Q235钢坯上覆盖巴氏合金(ZSnSb11Cu6);通过计算控制推力瓦(11)内外圆的最大轴向变形,以保证油膜顺利建立;此外还要考虑在冷却水断掉15分钟内推力瓦(11)和上导轴瓦(8)温升控制在80℃,保证巴氏合金(ZSnSb11Cu6)正常工作。限位螺钉(12)和限位块(13)分别在推力瓦(11)内圆和外圆对推力瓦(11)进行径向限位,托盘(14)对推力瓦(11)进行轴向限位,在推力头(7)抬起10mm时,仅仅拆掉限位块(13),即可方便地将推力瓦(11)抽出检修。托盘(14)的形变在强度合理范围内可以尽量放大,通过降低托盘(14)的刚度,以保证推力瓦(11)的形变尽量小。支柱螺钉(15)承担推力的传递及各个推力瓦(11)水平高度的调整功能,其顶部设有半径为SR1000mm的球面结构,使其与托盘(14)在接触时,允许微小的自调整。推力轴承座(16)主要负责固定支柱螺钉(15),使推力负荷进一步传递至上机架(1)。锁定板(19)可以固定支柱螺钉(15)的高度,锁定支柱螺钉(15),使其无法轴向窜动。
导轴承部分主要负责轴系的径向定位,承担转子残余不平衡引起的径向力和磁拉力作用。上导轴承座(2)负责固定上导轴瓦(8)与球面支柱(9),同时提供接触式绝缘型双层油挡(5)把合空间。上导轴瓦(8)也是巴氏合金瓦结构,钢坯上覆盖4mm厚巴氏合金(ZSnSb11Cu6)。球面支柱(9)主要完成上导轴瓦(8)固定,在装配调整时,在导轴瓦(8)与球面支柱(9)之间可以增加调整薄片,进而改变径向的限位值。
油冷却部分主要负责推力轴承与导轴承的摩擦损耗导出功能,此部还要满足冷却水停止供应15分钟中,轴承室(29)内的汽轮机油温升不超过上导轴瓦(8)和推力瓦(11)表面巴氏合金(ZSnSb11Cu6)80℃的稳定运行温度;油冷却器(17)水管使用白铜材质,以适合临海的湿热盐环境的防护要求;油冷却器(17)设双层稳油板,即可隔离冷热油区域,又可平抑油面的上爬,对漏油有一定的抑制作用。
高压油顶起部分主要负责启停机时推力***的油膜顺利建立。通过高压油取油回路从轴承室提取汽轮机油,经高压油泵(30)送往高压油管,高压油管在轴承室(29)内分为8路,分别进入对应的推力瓦(11),以形成4MPa至8MPa的顶起油压,***最大工作油压14MPa。
辅助部分主要负责漏水检测、气压平衡、油品品质检测的作用。在轴承室(29)上盖处设有油混水探测装置(3),可以在油冷器(17)漏水时发出警报,以触发停机保护,改变以往仅仅通过溢油管流出量判断漏水。在上导轴承座(2)的小环板(27)处开有气孔,同时加设了通气过滤器(4),以保障整个轴承内部与外部的大气压相通,抑制油面因气压不平衡上爬,通气过滤器(4)和接触式绝缘型双层油挡(5)使得轴承室(29)满足IP55的密封等级,降低了轴承运行对环境的污染,提高轴承***的可靠性。油液位计(20)可以实时检测汽轮机油面是否处于上导轴瓦(9)的中间,并带有汽轮机油液面高度的电信号输出功能。
本发明提供的立式异步电机大推力推导一体轴承结构,可以保证在大推力、大转矩情况下,推力平台具有良好的刚度和小于0.15mm微小的轴向变形,导轴承可以完成径向的限位及轴系摆度调整,在启停机时提供4MPa至8MPa高压油顶起功能,以便顺利建立推力油膜,同时,在保证轴承室的密封IP55密封等级的同时下,还要保持轴承室内外的气压保持平衡,油冷却器设置两层稳油板,可以进一步抑制油面的波动,降低漏油风险。本发明突破了以往小推力无高压油循泵电机推力支撑结构,降低了轴向跨距,开拓了大型立式异步电机承受280T推力及14MPa高压油顶起的新构架。
大推力立式异步电机需要尽量压缩轴两端台阶间距离,所以本发明上机架(1)支撑部分使用下探式结构提高支撑部分刚度,以保证推力平台轴向变量尽量小;同时,为了进一步压缩上下导轴承台阶间距,采用推力轴承与导轴承合二为一的结构,推力头(7)外侧可作为上导轴承的滑转子使用。大型循环水泵电机采用异步电机,相比同步电机额外励磁***,提高了***可靠性,并降低了机组的维护难度与频率。推导一体轴承结构,降低总装配时调整轴系摆度的复杂度,减少了工时;调整时,通过磨推力轴承上的环键(6)完成,改变以往磨推力头(7)与镜板(10)间绝缘板的繁琐方式。本发明油冷却器冷却管材质采用白铜,具备耐潮湿、盐雾能力,上机架(1)采用下探结构提高了推力平台支撑刚度。
附图说明
图1本发明的立式异步电机大推力推导一体轴承结构图
图2是图1的Ⅰ放大视图
图3是图1的Ⅱ放大视图
具体实施方式
图1为适用于三代核电的立式异步电机大推力推导一体轴承结构,上导轴承与推力轴承一体化设计,共用冷却油槽,提高了布置难度。该电机型号为YLKS7700-36,额定功率7700kW,额定电压10kV,额定转速164r/min,额定频率50Hz。
立式异步电机大推力推导一体轴承结构,由推力轴承部分、导轴承部分、油冷却部分、高压油顶起部分、辅助部分五部分构成,如图1所示,上机架1为下探式结构,由六根立筋21分别于上环板22、中环板23、下环板24和外环板25构成,同时外层圆形侧板26构成轴承室29侧壁边界,上导轴承座2放置在上机架1的上环板22止口处,油混水探测装置3、通气过滤器4分别把合在上导轴承座2的小环板27螺孔上,接触式绝缘型双层油挡5安装在上导轴承座2上部,使轴承达到要求的IP55密封等级,上导轴瓦8放置在球面支柱9前面,球面支柱9放置在上导轴承座2内面完成定位,油冷却器17固定在上机架1的中环板23之上,油液位计20通过外层圆形侧板26的连接法兰28与轴承室29相通,高压油顶起18一端连接轴承室29内取油,轴承室29连通高压油泵30及分流管32,分流管32另一端连通推力瓦11,外层圆形侧板26连接取样接头31。
环键6为两件半圆弧键构成,推力头7被环键6轴向锁定,推力头7径向带有两排螺孔,推力头7内部设有防止爬油的凹槽分流管道33,推力头7与镜板10间带有4道密封条34,推力瓦11的钢坯上覆盖一层巴氏合金,如图3所示,推力瓦11中开有高压油油孔35及过渡圆形油槽36,限位螺钉12把合在推力轴承座16里侧,限位块13则被限位固定在推力轴承座16外侧,如图2所示,限位螺钉12和限位块13分别在推力瓦11内圆和外圆对推力瓦11进行径向限位,托盘14对推力瓦11进行轴向限位,推力瓦11下部与支柱螺钉15上部圆面配装,锁定板19对支柱螺钉15进行轴向限位,支柱螺钉15被固定在推力轴承座16上,上导轴瓦8与推力头7侧面间隙调整控制在0.15mm,相邻的两个上导轴瓦8之间内圆处间距比上导轴承座2中导油孔37直径略大,在上导轴承座2的小环板27处开有气孔,同时在小环板27加设了通气过滤器4。
上机架1由六块立筋21与上环板板22、中环板23、下环板24和外环板25焊接而成,其下环板24下探定子机座内。环键6由两块半圆环构成,经螺栓将其与推力头7把紧,环键6通过电机轴的凹槽完成了限位锁定。推力头7与电机轴采用微量过盈配合,同时通过圆键与轴完成传递扭矩的配合,推力头7侧面保持较高的光洁度以达到滑转子的作用,同时径向开两排孔,下部周向设有12个螺孔,以便使其与镜板10通过螺栓把紧,内部设有防止爬油的凹槽。镜板10与推力头7接触面开四个密封凹槽,凹槽内放入4道密封条34,以阻止汽轮机油进入两者接触面。如图2所示,限位螺钉12和限位块13分别在推力瓦11内圆和外圆对推力瓦11进行径向限位,托盘14对推力瓦11进行轴向限位。推力瓦11上面为巴氏合金(ZSnSb11Cu6)层,以便建立润滑油膜。推力瓦11下侧放置托盘14,通过合理选择托盘14的厚度及凹形尺寸,以保证其刚度值小于推力瓦11,减少推力瓦11的形变;托盘14下面开凹槽,并作硬化处理。支柱螺钉15顶部为SR1000mm的球面,并作硬化处理,以便与托盘14下面开凹槽配合,其硬度值要比托盘14略大。推力轴承座16负责固定支柱螺钉15完成径向限位,通过锁定板19完成对支柱螺钉15轴向限位,经过推力轴承座16将***的推力进一步传递给上机架1。
如图1所示,导轴承部分是上导轴承座2、接触式绝缘型双层油挡5、上导轴瓦8、球面支柱9构成。上导轴承座2由六根三角立筋与轴承座圈焊接而成,上导轴承座2小环板27周向开四个通气孔,使轴承内气压与接触式绝缘型双层油挡5以内的气压保持平衡,同时在小环板27与上机架1接触处增设两道密封条。球面支柱9放置在上导轴承座2的上导托块上,并用四个螺栓将其把紧。上导轴瓦8根据球面支柱9位置放置,以限定轴径向位置。接触式绝缘型双层油挡5分别安装在上导轴承座2上,并在接合面处放置密封条。
油冷却部分主要由油冷却器17及其辅助管道构成。在上机架1的中环板23上点焊十六块垫块,垫块上设有两道环形角钢支架,支架轴向布置白铜管,在支架端部设有汇流板,最后经汇流板分别引出进水管和出水管。在油冷却器17的中部和顶部设有两道稳油板,油冷却器17的两侧汇流板之间的空档区设计了***式档油板,以防止汽轮机油未经冷却器换热直接流走。
高压油顶起部分主要由高压油顶起18以及附属管道构成。在上机架1中环板处引出取油管道,经外部高压油泵,高压油送入进油管,进油管经过环流管道分别并联输入推力瓦11的高压油孔。
辅助部分主要由油混水探测装置3、通气过滤器4、油液位计20构成。在上导轴承座2的小环板27上开三个密封螺纹孔,一个用于把合油混水探测装置3,两个用于把合通气过滤器4。混水探测装置3的探测端深入轴承室内汽轮机油中底部,以检测汽轮机油是否含有冷却水。通气过滤器4内部设置两侧过滤网,以保证固体、液体污染轴承室,同时可以打开过滤器盖,直接加入汽轮机油,降低维护难度,在上机架1的外层圆形侧板26上设有连接法兰28,油液位计20与连接法兰28连接,保证液位计20中线与上导轴瓦8中线一致。

Claims (2)

1.一种立式异步电机大推力推导一体轴承结构,其特征是:由推力轴承部分、导轴承部分、油冷却部分、高压油顶起部分、辅助部分五部分构成,上机架(1)为下探式结构,由六根立筋(21)分别于上环板(22)、中环板(23)、下环板(24)和外环板(25)构成,同时外层圆形侧板(26)构成轴承室(29)侧壁边界,上导轴承座(2)放置在上机架(1)的上环板(22)止口处,油混水探测装置(3)、通气过滤器(4)分别把合在上导轴承座(2)的小环板(27)螺孔上,接触式绝缘型双层油挡(5)安装在上导轴承座(2)上部,使轴承达到要求的IP55密封等级,上导轴瓦(8)放置在球面支柱(9)前面,球面支柱(9)放置在上导轴承座(2)内面完成定位,油冷却器(17)固定在上机架(1)的中环板(23)之上,油液位计(20)通过外层圆形侧板(26)的连接法兰(28)与轴承室(29)相通,高压油顶起(18)一端连接轴承室(29)内取油,轴承室(29)连通高压油泵(30)及分流管(32),分流管(32)另一端连通推力瓦(11),外层圆形侧板(26)连接取样接头(31)。
2.根据权利要求1所述的一种立式异步电机大推力推导一体轴承结构,其特征是:环键(6)为两件半圆弧键构成,推力头(7)被环键(6)轴向锁定,推力头(7)径向带有两排螺孔,推力头(7)内部设有防止爬油的凹槽分流管道(33),推力头(7)与镜板(10)间带有4道密封条(34),推力瓦(11)的钢坯上覆盖一层巴氏合金,推力瓦(11)中开有高压油油孔(35)及过渡圆形油槽(36),限位螺钉(12)把合在推力轴承座(16)里侧,限位块(13)则被限位固定在推力轴承座(16)外侧,限位螺钉(12)和限位块(13)分别在推力瓦(11)内圆和外圆对推力瓦(11)进行径向限位,托盘(14)对推力瓦(11)进行轴向限位,推力瓦(11)下部与支柱螺钉(15)上部圆面配装,锁定板(19)对支柱螺钉(15)进行轴向限位,支柱螺钉(15)被固定在推力轴承座(16)上,上导轴瓦(8)与推力头(7)侧面间隙调整控制在0.15mm,相邻的两个上导轴瓦(8)之间内圆处间距比上导轴承座(2)中导油孔(37)直径略大,在上导轴承座(2)的小环板(27)处开有气孔,同时在小环板(27)加设了通气过滤器(4)。
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