某船用大功率电机轴承润滑系统的改进-长沙市佳信机电有限公司

某船用大功率电机轴承润滑系统的改进

2015-10-10

冯智海

（七o四研究所，上海　200031）

　　摘　要：针对柴油发电机轴承润滑系统体积大、可靠性差的状况，提出采用柴油机油代替汽轮机油润滑的方法，并分析了影响轴承润滑的主要因素，在此基础上确定润滑轴承的柴油机油的温度控制范围。试验结果表明，采用柴油机油代替汽轮机油润滑轴承是切实可行的。

　　关键词：柴油发电机；轴承润滑；改进

　　1　引言

　　滑动轴承具有噪声小，摩擦损失少，寿命长的优点。目前，大功率电机多采用滑动轴承。滑动轴承有以下几种润滑方式：固体润滑、气体润滑、自润滑及强迫润滑。目前，大功率的发电机轴承主要采用强迫润滑方式。本文研究的大功率柴油发电机同样采用强迫润滑方式，但原润滑系统附件多、体积大、可靠性较差，本文提出采用柴油机油代替汽轮机油润滑的方式，并分析说明油的黏度是影响润滑的主要因素，在此基础上得出在45~55℃下采用柴油润滑是完全可能的，Z后通过试验验证结论。

　　2　原润滑系统组成及缺点

　　本文研究的电机为大功率柴油发电机，轴承的润滑油主要采用汽轮机油，因而电机需配备稀油站，为轴承提供润滑冷却油。为完成此功能，电机需增加两个附件：稀油站和控制柜。稀油站为电机提供轴承所需的汽轮机油，控制柜完成油从油箱抽出进入轴承的电气控制过程。图1为某船用电机的油路系统图。油通过油泵从油箱中抽出，通过过滤器过滤，再通过冷却器冷却，由电机的两个轴承的进油口进入轴承，对轴承进行润滑及冷却后，吸收热量的高温油再流回油箱进行下一循环。由于采用稀油站及控制柜，整个系统存在以下缺点：整个电机的质量增加，3000kW的电机重量约增加1000kg；电机的可靠度降低，由于电控柜内有几十个元件，整个系统的零部件增加，其中任何一个元件失效都影响电机的可靠度；占用空间增大。因而有必要采取措施精简润滑系统。参照汽轮发电机工作时轴承冷却油由汽轮机油箱提供，回油直接流回油箱，考虑能否采用相同的结构用柴油机油对轴承直接冷却。这就有必要研究影响轴承润滑的主要因素。

　　3　轴承润滑研究及润滑系统方式改进

　　轴承在运转过程中，由于存在负荷及摩擦，轴承运转会产生的一定损耗，损耗的计算公式如下：

　　式中：υ为轴承的转速；μ为摩擦系数；F为轴承负荷。

　　对正常运转的轴承，在轴承的上下轴瓦及轴间应有足够厚度的油膜，使上下轴瓦与轴分开，降低摩擦损耗。因此，轴承需要一定量的润滑油。所需润滑油的供量为：

　　式中：b为轴承承载区宽度；h₀为轴承所需的Z小粘膜厚度。

　　式中：ψ为相对间隙；s为轴承Z小间隙；d为轴承直径。

　　对于采用油冷却的轴承，需增大油的供量，多余的油沿轴瓦两边的凹槽流过轴承表面。带走摩擦产生的热量。冷却油的供量为：

　　式中：θ₂为轴承出油温度；θ₁为轴承进油温度。

　　选用润滑油时，要求有一定的承载能力，轴承承载能力系数：

　　式中：η为动力黏度。

　　由式（1）、（2）和（3）看出，对于一定转速的轴承，摩擦系数L是影响供油的主要因素。油黏度越大，摩擦系数越大，损耗也越大，轴承所需的油量越大。又由公式（4）知油黏度越大，所承受的载荷越大。实际上，在完全流体润滑轴承中，润滑剂是载荷的实际承担者，动力黏度η是它的决定作用物质。因此，设计时应当保证合适的油黏度范围。使在此范围内油有足够的承载能力且损耗较小。因为油的黏度随温度变化的关系很大，与压力关系却很小，因此计算时可忽略压力对黏度的影响。

　　上面分析得出，油的黏度是影响轴承工作的主要因素。油的黏度主要受温度的影响，因此，对于已有的以汽轮机油润滑冷却的轴承，由于其它参数已确定，只要选择合适的温度范围，使得在此范围内柴油机油的黏度与汽轮机油的黏度相同，即可满足轴承正常工作的需要。另外制造公司一般用运动黏度T标志油的特征，本文以油的运动黏度作分析。

　　式中：ρ为油的密度，一般为900kg/m³。

　　汽轮机油与柴油机油的黏度随温度变化曲线如图2所示。一般轴承都选定合适的工作温度范围，使在此范围内轴承损耗小，且能够承受足够的负荷。采用汽轮机油润滑时轴承的适宜工作温度范围30~45℃，对应的运动粘度为13918~44mm²/s。要达到此黏度，柴油机油需工作在43~61℃。由此得出，只要控制柴油的温度在43~61℃，轴承润滑系统能正常工作。因而，系统可简化为图3所示结构，电机不必自带稀油站，仅需在柴油机油箱旁加小型冷却器，油温过高时通过冷却器冷却。润滑油由柴油机油箱提供，直接由轴承进油口进入，出油流回到油箱。为保证可靠工作，通过计算，控制柴油机油的温度在45~55℃之间。