汽轮机轴承知识
一、汽轮机的轴承详解
1、分类
根据轴承中摩擦性质的不同，可把轴承分为滑动轴承和滚动轴承两大类，每一类轴承按其所能承受的载荷方向的不同，又可分为支持轴承（承受径向载荷）、止推轴承（承受轴向载荷）和支持止推轴承（同时承受径向载荷和轴向载荷）等。
滑动轴承按其摩擦状态可分为非流体滑动轴承（干摩擦和半干摩擦）和流体润滑轴承（流体摩擦），按照获得流体摩擦状态的方法不同，流体润滑轴承又分为动压轴承和静压轴承两种。
动压轴承就是依靠本身轴颈（或止推盘）的回转，把润滑油带入轴（或止推盘）与轴承之间，建立起油压而把轴支撑起来（或承受转子的轴向推力）的轴承。
静压轴承就是用泵向轴与轴承之间输人压力油，把轴支撑起来的轴承。
对于工业透平机械（汽轮机、离心压缩机），从承受载荷的角度来说，常用的是支持轴承和止推轴承两类。支持轴承的作用是承受转子重量和其他附加径向力，保持转子转动中心与汽缸中心一致，并在一定的转速下正常运行。止推轴承的作用是承受转子的轴向力，限制转于的轴向窜动，保持转子在汽缸中的轴向位置。从轴承的工作原理角度来说，普遍采用动压轴承。
汽轮机、离心压缩机转速很高，它们的支持轴承线速度一般在 50m/s 以上，止推轴承线速度一般在 80m/s 以上，均属于高速滑动轴承，所以对轴承的要求是安全可靠、运行稳定、抗振性好、使用寿命长，尤其突出的是要求高度可靠。与其他轴承相比，动压轴承能够更好地满足这些要求。
2、动压轴承的工作原理
动压轴承在运行过程中，轴承与轴颈之间会形成一层薄薄的油膜，这层油膜可以使轴浮起来。对于止推轴承，在止推轴承和瓦块之间形成楔状间隙，止推盘旋转，由于润滑油有一定的黏性，止推盘把油带进这个间隙中，进油口大，出油口小，便在油楔中形成油模压力，承受转子的轴向推力。同样，在径向轴承运行过程中，由于轴颈不停地回转，轴颈便把润滑油带入轴颈与轴承之间，从而形成了一层薄薄的油膜。由于轴颈与轴承中心并不同心，而是有一个偏心，这种楔形油膜可使沉重的轴浮起来。 概括来说，动压轴承为了获得液体润滑，在结构上必须满足有楔形间隙的要求，使进油口大与出油口小。轴承油膜的形成以及产生油膜压力的大小受轴的转速、润滑油的黏度、轴承间隙和轴承承受的负荷等因素的影响。一般来说，轴的转速越高，油的黏度越大，被带进的油就越多，油膜压力就越大．承受的载荷也就越大．但是，油的黏度过大，会使油分布不均匀，增加摩擦损失，不能保持良好的润滑效果。轴承间隙过大，对油膜形成不利，并增加油的消耗量；轴承间隙过小，又会使油量不足，不能满足轴冷却的要求。一定的轴承结构，在一定的转速下，只能承受相当的负荷，如果负荷过大，油膜形成会很困难，当超过轴承的承载能力时，轴瓦就会被烧坏。
3、常用的径向轴承
在工业汽轮机上常用的径向轴承有圆瓦轴承、椭圆瓦轴承、多油楔固定轴承和可倾瓦轴承，并且以可倾瓦轴承使用为最多。
圆瓦轴承的优点是结构简单，但高速稳定性差，只能用于中、小型和低速汽轮机中。
椭圆瓦轴承同圆瓦轴承相比，其优点一是运行中形成上、下两个油膜，垂直方向稳定性好，二是油量大，轴承散热性好；缺点是功耗稍大，多应用于中型、轴承比压较高的汽轮机。
多油楔固定轴承的优点是轴承的各方向抗振性均好、轴承温升低、不易发生油膜振荡，多用于高速工业汽轮机。
可倾瓦轴承与上述轴承相比，其优点是每一块瓦均能自由摆动，在任何情况下都能形成最佳油楔，高速稳定性好，不易发生油膜振荡（旋转的轴颈在滑动轴承中，带动润滑油高速流动，在一定条件下高速油流反过来激励轴颈，产生一种强烈的自激振动现象）问题。多应用于高速轻载工业汽轮机。近年来在高速透平机械上主要采用了可倾瓦轴承。可倾瓦轴承主要由轴承壳、两侧油封和可以自由摆动的瓦块构成。这种轴承由三个或更多个瓦块所组成，一般是五块瓦。轴瓦可以摆动。
图3－1－19 所示是五块瓦的可倾瓦轴承
沿轴颈的周围均匀分布五个瓦块，各自可以绕自身的一个支点摆动。在轴颈的正下方有一个瓦块，以便停机时支撑轴颈及冷态时用于找正。瓦块与轴颈有正常轴承间隙量，一般取相对间隙的1．2220‰。每块瓦的外径都小于轴承壳体的内径。瓦背圆弧与壳体孔是线接触，它相当于一个支点。当机组转速、负荷等运行条件变化时，瓦块能在壳体的支撑面上自由地摆动，自动调节瓦块位置，形成最佳润滑油楔。为了防止轴瓦随轴颈沿圆周方向一起转动，每个瓦块上都用一个装在壳体上并与轴瓦松配的销钉或螺钉来定位，图3－1－19 中的定位销在瓦块中间，也有不在中间的，进油道至定位销的距离比出口边至定位销的距离大。为了防止轴瓦沿轴向和径向窜动，把瓦块装在壳体内的T 形槽中。瓦块浇注有巴氏合金，巴氏合金厚度为0．8～2．5mm。为了保证巴氏合金与瓦块紧密贴合，在瓦块上预制出沟槽。轴承壳体上下水平剖分，安装在轴承座内，并用螺栓和定位销钉定位以保证对中，为了防止轴承壳体转动，装有一个径向定位销钉。一般情况下，轴承壳体外径紧配在轴承座内。也可以把轴承的外壳做成凸球面，装在轴承座的凹球面的支承上与其相吻合，从而轴孔壳体可以自动调位，以适应轴的弯曲和轴颈不对中时所产生的偏斜。轴承的进油口数各不一样，有的轴承只有一个进油孔，有的轴承采用瓦块与瓦块间都有进油孔，但总是布置在不破坏油膜的地方。润滑油沿轴向排出去。在轴承两端的壳体上有一个凹槽相通的排油孔，润滑油集中到凹槽中，经过排油孔流回油箱，也有的从上方排油孔排出。可倾瓦轴承与其他轴承相比，其特点是由多块瓦组成，每一瓦块可以摆动，因而使可倾瓦轴承在任何情况下有利于形成最佳油膜，不易产生油膜振荡。
4、常用的止推轴承
在工业汽轮机上常用的止推轴承有米楔尔止推轴承和金斯伯雷止推轴承，这些轴承的共同特点是有多个活动的止推瓦块，在瓦块后有承力点，止推瓦块可以绕支点摆动，以形成最佳状态的润滑油膜。米楔尔止推轴承止推块同基环直接接触，是单层的；金斯伯雷止推轴承是止推块下还有上、下水准块，然后才是基环，是三层结构。
米楔尔止推轴承的优点是结构简单，轴向尺寸小；缺点是当瓦块厚度稍有差别或轴承基环同止推盘平行度有误差时，每瓦块间负荷不能调节，会造成部分瓦块过载。米楔尔轴承主要包括轴向剖分的上下轴承壳体以及两个瓦环。若干块可倾瓦组成一个瓦环，瓦环直接通过止推轴承壳体和村环，将透平转子的轴向推力传给轴承壳体。可倾瓦块与转子止推盘接触的一面材有巴氏合金，其厚度应小于汽轮机动、静部分间的最小轴向间隙，目的是一旦巴氏合金熔化后，止推盘尚有钢圈支撑着，短时间内不致引起汽轮机内动、静部分碰伤，一般巴氏合金厚度为1～1．5mm。向旋转方向倾斜，这样，通过转子止推盘和可倾瓦表面的相对运动，止推盘和可倾瓦之间便形成油楔。由于可倾瓦这种布置方式，可出现最佳的润滑间隙。通过安装径向圆销防止了可倾瓦向切线方向移动。止推轴承包括两个相同的、对称安装的可倾瓦环，分别承受两个轴向方向的推力，一个作主推力轴承用，它应迎着转子的轴向推力方向，一个作副推力轴承用，它承受由于启动或甩负荷时可能出现的反向轴向推力。
金斯伯雷止推轴承的优点是瓦块间载荷分布均匀，调节灵活，能自动补偿转子不对中、偏斜；缺点是结构复杂，需要轴向安装尺寸较长。金斯伯雷止推轴承的结构中，止推瓦块下垫有上水准块，下水准块和基环。它们之间用球面支点接触，保证止推瓦块，水准块可以自由摆动，使载荷分布均匀 。
二、汽轮机轴瓦为什么要镀一层钨金？
因为钨金具有减摩特性的锡基巴氏合金和铅基巴氏合金是唯一适合相对于低硬度轴转动的材料，与其它轴承材料相比，具有更好的适应性和压入性。