运行中润滑油是怎样将汽轮机转子托起来的?为什么正常运行时顶轴油还有3~4MPa的压力?
有很多人有疑问,汽轮机在盘车时需要用顶轴油泵出口的高压油将转子顶起,以利于盘车,避免摩擦损坏,但是冲转到一定转速后即可停止顶轴油泵运行,而主机各瓦润滑油压力并不高,是怎样将转子顶起的呢?这里就要先学习一下汽轮机轴承和油膜的相关知识由轴承学习可知,轴瓦的孔径较轴颈稍微大一些,当汽轮机大轴处于静止状态时轴颈位于轴瓦下部直接与轴瓦内表面接触,在轴瓦与轴颈之间形成了楔形间隙。如图一所示:
当转子开始转动时,轴颈与轴瓦之间会出现直接摩擦(有顶轴油的的话不会)。但是,随着轴颈的转动,连续地向轴承供给一定压力和粘度的润滑油之后,粘附在轴颈上的油层随轴颈一起转动,并带动相邻各层转动,进入轴颈与轴瓦之间形成的上部大、下部小的楔形间隙,向旋转方向和轴承端部流动。随着转速的升高,被带入的油量增多,且楔形面积逐渐减小,带入其中的润滑油由于具有不可压缩性,润滑油被聚集到狭小的间隙中而产生油压。随着转速的升高,当这个压力增大到足以平衡转子对轴瓦的全部作用力时,轴颈被油膜托起,悬浮在油膜上转动,从而避免了金属直接摩擦,建立了液体摩擦。
根据上述所说,润滑油将大轴托起来,即形成油膜需要以下三个条件:2、轴颈与轴瓦之间应具有足够的润滑油量,且润滑油应具有合适的粘度3、轴颈与轴瓦之间应有足够的相对运动速度,以便在油楔中产生所需要的内部压力。大轴转速3000转(大轴的转速给油的能量,一般停顶轴油泵时的转速),带动油一起运动。油有很大的动能(油的速度很快),因为是椭圆形瓦或者是可倾瓦有个渐缩(油的通道越来越窄)的过程。这时候油的动能转化为他它的静压能(油的速度减慢)。油的压力很高就可以把大轴顶起来了。也就是形成了油膜了。流体力学里的伯努利方程(告诉我们流体就三个能力动能,静压能,势能。大轴给油了动能(因为油有粘性),能量不会消失只能转化,因为瓦的构造特点,油的速度降低动能减少。减少的动能转化到静压能,就是压力升高了。)可以解释能量的转化。
为什么正常运行时顶轴油还有3~4MPa的压力?
首先了解一下顶轴油油腔(又叫顶轴油油囊)是什么?如下图所示:
每个轴瓦的顶轴油进油口附近都有一个菱形的或其他形状的沟槽,而此沟槽即是顶轴油的油囊,一般瓦块底部设置2个油囊,在轴向上对称分布。油囊设置这么小的原因是:顶轴油的支撑面积越大,顶轴油外溢消耗流量就越大,所以设置小的顶轴油囊,可以大幅度降低每个轴瓦的顶轴油消耗流量同时提高顶轴油压力。减小顶轴油泵的设计。再看一下顶轴油系统布置,各瓦的顶轴油从顶轴油母管出来后,经过一个截止阀、一个逆止阀供至相应的轴瓦,在逆止门后设置一个压力表及压力开关,如下图所示:平常所看到的各瓦顶轴油管路压力即是此压力表显示的压力,此压力表与轴瓦相连,因此显示的该轴瓦处的顶轴油油囊的压力。那么问题又来了,既然轴瓦油膜压力这么高,而润滑油压仅0.12MPa左右,润滑油又是怎么进入轴瓦的?
中学习过当转子开始转动时,连续地向轴承供给一定压力和粘度的润滑油之后,粘附在轴颈上的油层随轴颈一起转动,并带动相邻各层转动,进入轴颈与轴瓦之间形成的上部大、下部小的楔形间隙,向旋转方向和轴承端部流动这个楔形间隙在油囊附近形成高压区,并向周围逐渐减小,即轴承的顶轴油压力从顶轴油油囊向周围逐渐减小,直到在边界外减小至零。所以较低的润滑油压力也能够不断的向轴瓦供油,对轴瓦进行冷却、润滑。各轴瓦顶轴油管都有逆止阀,在逆止阀严密的情况下油膜压力不会传递给顶轴油母管,这样顶轴油母管就会没有油压显示,如果顶轴油母管都有油压的话那就说明某轴瓦的顶轴油管上的逆止门存在不严的情况。
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