屏蔽電機(jī)推力軸承攪拌損耗研究

李藏雪，呂向平，吳軍令，武中德，李夢(mèng)啟

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屏蔽電機(jī)推力軸承攪拌損耗研究

李藏雪1，呂向平1，吳軍令2，武中德2，李夢(mèng)啟1

（1. 哈爾濱電氣動(dòng)力裝備有限公司，哈爾濱 150040；哈爾濱大電機(jī)研究所，哈爾濱 150040）

介紹了屏蔽電機(jī)推力軸承攪拌損耗（旋轉(zhuǎn)損耗）計(jì)算的方法。攪拌損耗與速度的3次方成正比，速度越高，攪拌損耗越大。高速推力軸承，攪拌損耗遠(yuǎn)大于軸承的摩擦損耗。對(duì)攪拌損耗的計(jì)算結(jié)果和測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明，計(jì)算結(jié)果和實(shí)測(cè)的結(jié)果吻合。

屏蔽電機(jī)；推力軸承；攪拌損耗

0 前言

立式電機(jī)推力軸承產(chǎn)生的損耗，有摩擦損耗和攪拌損耗（旋轉(zhuǎn)損耗），轉(zhuǎn)速（線速度）越高，攪拌損耗越大[1,2]。

推力軸承的性能和摩擦損耗的研究較多[3~7]，而攪拌（旋轉(zhuǎn)損耗）的研究較少[8]。

低速電機(jī)推力軸承的攪拌損耗占推力軸承總損耗的比例較小，可以采用一般的計(jì)算方法進(jìn)行估算[4~9]。隨著轉(zhuǎn)速增大，估算的攪拌損耗的計(jì)算誤差越來越大。引入摩擦常數(shù)，而摩擦常數(shù)與雷諾數(shù)直接相關(guān)，摩擦常數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系曲線可以通過實(shí)驗(yàn)確定，這樣經(jīng)過完善攪拌損耗（旋轉(zhuǎn)損耗）的計(jì)算方法，才能準(zhǔn)確計(jì)算出推力軸承的攪拌損耗（旋轉(zhuǎn)損耗）[10,11]。

1 推力軸承旋轉(zhuǎn)件

主泵電機(jī)采用兩套推力軸承[12,13]，兩個(gè)推力盤之間為飛輪（圖1）。兩個(gè)推力盤、飛輪和軸為旋轉(zhuǎn)件。攪拌損耗就是由旋轉(zhuǎn)件產(chǎn)生，結(jié)構(gòu)和材料[14,15]也有一定的影響。圖1結(jié)構(gòu)中的攪拌損耗主要產(chǎn)生部位有飛輪和推力盤外徑、推力盤端面的瓦間部分、對(duì)應(yīng)上下推力軸承部位的軸頸等。

圖1 上下推力軸承間的飛輪推力盤

2 攪拌損耗

2.1 攪拌損耗計(jì)算

推力軸承的攪拌損耗主要是兩個(gè)推力盤和飛輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的。

直徑面的攪拌損耗1和介質(zhì)的密度和粘度、摩擦常數(shù)、線速度的立方、半徑、高度等有關(guān)。端面的攪拌損耗2和介質(zhì)的密度和粘度、摩擦常數(shù)、角速度、半徑差Δ的5次方等有關(guān)，摩擦常數(shù)取決于雷諾數(shù)Re。摩擦常數(shù)與雷諾數(shù)之間的關(guān)系示意如圖2所示，由實(shí)驗(yàn)獲得。

直徑面攪拌損耗：

1= π′′′′3

端面攪拌損耗：

2=（1-C）π / 5′′′?5′3

總攪拌損耗:

∑=1+2

圖2 摩擦常數(shù)與雷諾數(shù)之間的關(guān)系示意

2.2 攪拌損耗實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

推力軸承的攪拌損耗主要與軸承的旋轉(zhuǎn)部分浸入潤(rùn)滑介質(zhì)中的面積、旋轉(zhuǎn)表面的速度、介質(zhì)的粘度等有直接的關(guān)系。據(jù)此攪拌損耗實(shí)驗(yàn)，主要測(cè)試在不同轉(zhuǎn)速、不同粘度下攪拌損耗的變化情況，從而歸納出其中的數(shù)學(xué)關(guān)系；或?qū)σ颜莆盏挠?jì)算分析方法進(jìn)行修正，得到比較可靠的攪拌損耗計(jì)算分析方法。

在介質(zhì)及其溫度一定的情況下，根據(jù)試驗(yàn)裝置在不同轉(zhuǎn)速下主軸的輸入扭矩，即可得到不同粘度下各種轉(zhuǎn)速時(shí)旋轉(zhuǎn)環(huán)的攪拌損耗（如圖3所示）。

攪拌損耗實(shí)驗(yàn)可采用水介質(zhì)，也可以采用油介質(zhì)。

3 攪拌損耗測(cè)量

量熱法測(cè)量推力軸承（如圖1所示）的損耗。根據(jù)推力軸承循環(huán)水的流量和溫差確定推力軸承的總損耗（包括實(shí)驗(yàn)裝置中的機(jī)械密封、導(dǎo)軸承等）。

圖3攪拌損耗計(jì)算值與測(cè)量值對(duì)比

采用全套實(shí)驗(yàn)推力軸承和無飛輪推力盤的實(shí)驗(yàn)，以區(qū)分出機(jī)械密封等的損耗。實(shí)驗(yàn)時(shí)初始水溫相同，至運(yùn)行穩(wěn)定且水溫穩(wěn)定，這樣可以區(qū)分出與試驗(yàn)推力軸承無關(guān)的機(jī)械密封損耗和部分?jǐn)嚢钃p耗。

實(shí)驗(yàn)部分的損耗占電機(jī)功率的百分比見表1?？倱p耗和機(jī)械密封等的損耗見表2。

表1 損耗和功率

表2 試驗(yàn)軸承

注：#無飛輪和推力盤。

額定轉(zhuǎn)速下，攪拌損耗為總損耗減去摩擦損耗，再減去試驗(yàn)水槽機(jī)械密封等的損耗。

4 結(jié)論

推力軸承的攪拌損耗（旋轉(zhuǎn)損耗）與線速度、潤(rùn)滑劑粘度和密度、摩擦常數(shù)等有關(guān)。攪拌損耗與速度的3次方成正比，速度越高，攪拌損耗越大。

高速推力軸承，攪拌損耗遠(yuǎn)大于軸承的摩擦損耗。

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Investigation on Rotating Power Loss of Water-lubricated Thrust Bearing with Graphite Layer for the Shielding Motor

LI Cangxue1, LV Xiangping1, WU Junling2, WU Zhongde2, LI Mengqi1

(1. Harbin electric power equipment co., ltd., harbin 150040, China;2. Harbin Institute of Large Electrical Machinery, harbin 150040, China)

This paper presents a method for calculating the rotating power loss of water-lubricated thrust bearing with graphite layer for the shielding motor.The rotating power lossis proportional to the speed of the 3 party, the higher the speed, the greater the rotating power loss. The rotating power loss is much greater than the friction loss for high speed thrust bearing. It has been found that the calculated results of the thrust bearings confirm well to the measured ones.

shielding motor; thrust bearing; rotating power loss

TK730

A

1000-3983(2017)02-0000-00

2016-10-21

李藏雪（1966-），高級(jí)工程師，1988年畢業(yè)于哈爾濱電工學(xué)院，副總工程師，主要從事大型電機(jī)技術(shù)研究。

審稿人：孫玉田