油膜止推軸承
2020-10-21除了徑向軸頸軸承,大多數工業機器包含某種類型的止推軸承,以抑制軸的軸向運動。正如軸頸軸承支持靜態轉子重量加上動態載荷—推力軸承必須承受恒定的推力載荷加上各種軸向動態力。恒推力載荷主要是由于流體處理機械(渦輪和壓縮機)中跨葉輪的壓差,或齒輪接觸力的軸向分量造成的。附加的動態軸向力是由葉輪翹起、轉子彎曲或軸不對中造成的。應該注意的是,電動機或發電機等電機不含止推軸承,分布于氣隙的磁力使轉子處于定子的中心位置。
除了抑制軸向力,推力軸承還必須使轉子相對于靜止的殼體保持在一個固定的軸向位置。從機器效率的角度來看,這是必要的。例如,在汽輪機中,級輪和噴嘴塊之間的臨界間隙是由推力軸承維持的。在離心壓縮機中類似,葉輪和隔膜之間的軸向位置是由推力軸承總成維護的。應該認識到,大多數機器的軸向間隙相對較小,推力軸承需要保持軸向位置,防止旋轉部件和靜止部件發生災難性接觸。
在所有情況下,止推軸承總成必須滿足這一要求,以保持軸向位置,以及在止推軸承內的軸向浮動。這兩個基本要求要求對推力軸承總成進行兩次調整。在許多機器中,固體墊片安裝在推力鞋的后面,以確定這些關鍵軸向尺寸。這些墊片是精確地研磨到緊密的公差,他們通常被分割成兩個180度的部分。通常,軸向位置墊片位于主動推力鞋的后面,研磨以建立轉子的軸向位置。然后在被動的鞋后面的墊片,研磨以建立軸承內的總推力浮動。推力墊片的典型安裝如圖1和圖2所示。還應該提到的是,在過程機械上也采用其他機械結構,然而,在幾乎所有的應用中,必須有一個用于調整轉子位置,必須有第二個調整用于推力浮動。
在軸頸軸承上,Z大軸表面速度通常限制在60-75米/秒,相比之下,更大直徑的推力環邊緣速度達到在135-150米/秒附近。這些較高的速度需要適當的潤滑,以冷卻與表面速度增加相關的較高溫度。在大多數機器中,推力軸承由分段浮動墊組成,通常配合在墊之間有定向潤滑(如Kingsbury式軸承)。靜止止推軸瓦以圓形排列,在靜止止推瓦與旋轉止推環之間有一油膜。如圖1所示,一臺機器通常由一組主動推力瓦和一組被動推力瓦組成。在正常工作條件下,機器在主動止推瓦上運行。在過程中或機械故障時,轉子可能會撞向被動的推力瓦。為了在這種過渡期間保護機器,被動推力軸承往往與主動推力軸承在機械結構和承載能力方面相同。
圖1:臥式機器典型單止推環組件
圖1所示代表了大多數離心壓縮機、許多大型泵和小型透平中推力軸承的布置。這種結構包括一個可拆卸的止推環,該止推環安裝在軸上,以干涉(收縮)和一個鍵配合,如果止推環損壞,可以用備用止推環更換。主動和被動止推瓦組件被卷進單個止推環兩側的殼體上,在瓦的后面安裝了精密的研磨墊片,以確定轉子相對于定子的正確軸向位置,并建立如圖所示的推力浮動。對于油膜止推軸承,推力或軸向浮動通常在15Mils附近,油膜止推軸承上很少遇到小于10mils或大于20mils的推力浮動。
由于轉子推力位置的關鍵特性,采用渦流探頭系統通過探頭直流間隙電壓的變化來監測轉子相對軸向位置,如圖1所示,用軸向探頭觀察軸的端部。在軸承裝配和安裝期間,百分表也測量軸向定位,探頭間隙讀數的變化與百分表測量的軸向運動進行比較。為了在運行期間實現系統冗余,通常安裝兩個軸向渦流探頭,并將兩個探頭的讀數與百分表進行比較。幾乎在所有情況下,所有三種讀數(2個探頭及1個百分表指示)必須在 ±1.0 Mil之內;雖然這可能看起來是一個嚴格的容差,但它幾乎是正常浮動區的7%。因此,這是一種必須在靜態條件下精確校準和設置的精密測量,如果做不正確,那么在機器運行時從渦流探頭獲得的信息將總是可疑的。
圖2 臥式機器典型雙止推環組件
通常用于大型蒸汽和燃氣輪機的推力軸承配置如圖2所示,在這種布置中,采用了雙止推環,這些止推環通常與軸鍛件是一體的,因此,如果這些止推環損壞了,轉子或短軸可能不得不被廢棄和更換。圖2中軸頸軸承安裝在推力瓦之間,固定殼體支撐著軸承?及安裝在每組推力瓦后面的墊?。同樣,一個或多個軸向渦流探頭用于測量轉子的止推位置。
由于推力軸承結構的不同,圖2所示的軸向探頭將顯示,在正常推力載荷下,隨著主動推力瓦墊厚度的減小間隙電壓將增加。然而,如圖1所示的推力軸承將顯示軸?探頭間隙電壓的減小,因為在負載下主動瓦墊的厚度減小。根據止推軸承的結構,正常推力載荷的方向,和軸向渦流探頭的位置 — 由于止推軸承磨損發生探頭間隙電壓可能增加或減少。這兩種情況都可能發生,振動分析師必須有機械設置的完整文檔,以便對在線監測的DC間隙信息有把握。大型臥式機械的止推軸承標稱含有40至80Mils的巴氏合金,在大多數情況下,巴氏合金是犧牲元件。在止推失效時,機器應該在可用的巴氏合金基礎上停機,并且不允許轉子與機殼的其他部分接觸。
(來源:普迪美狀態監測)