專利名稱：多支撐彈性金屬塑料推力軸承的制作方法
多支撐彈性金屬塑料推力軸承屬于機械類軸承分類。
滑動推力軸承是大型立式施轉設備的重要組件之一。它是由基座、支撐結構、推力軸瓦、油循環冷卻結構、測溫結構組成的。根據支撐結構的不同可分為兩大類，即單支撐和多支撐結構。單支撐結構有剛性支柱螺栓支撐、碟式彈簧支撐；平衡塊支撐和彈性油箱支撐。剛性螺栓支撐和碟式彈簧支撐只在小負載情況下來用。其典型結構是德國的蘭德公司產品。平衡塊支撐是美克什拜爾公司的傳統產品。而支拄螺栓和彈性油箱支撐則是蘇聯的系列。我國沿用蘇聯的設計體系，小負荷多采用剛性支拄螺栓支撐，而大負荷則采用彈性油箱支撐方式。例如我國自行設計的葛州壩水輪發電機組3800噸推力軸承就是彈性油箱支撐結構的范例。單支撐結構的最大特點是支撐區受力大產生機械變形，瓦面油膜區受壓不均勻，呈拋物線單峰曲線，最大壓力可達17至21MPa。傳統采用的巴氏合金推力軸瓦呈剛性瓦面，在變形和局部高壓的作用下，油膜很容易被破壞而產生干磨擦。巴氏合金的干摩性能極差，因而會很快發熱以至產生燒瓦事故。原蘇聯單支撐巴氏合金推力軸瓦事故，據統計大、中水電站1955至1975年為330起之多。我國大、中電站巴氏合金推瓦事故率在每年15～20起。為了解決單支撐這個難題以使推力軸承向大型化發展，近二十年來形成二大方向獲得成功。第一個方向是改進瓦面材料--蘇聯發明了彈性金屬塑料推力軸瓦，用氟塑料替代了傳統使用了近百年的巴氏合金做為瓦面磨擦材料獲得了成功。由于這一改進原蘇1974至1987年的十四年里塑料瓦的事故僅發生三起。1990年我國從俄羅斯引進了這利彈性金屬塑料推力瓦裝機葛州壩、白山、大化等一大批大、中型水輪發電機組的推力軸承中。獲得了良好地運行效果。這種軸瓦是氟塑料做為表面磨擦層。彈性金屬絲繞成螺旋鋪壓成絲餅，鑲嵌進氟塑料一部份。另一面釬焊在金屬的瓦體上。由于單支撐瓦面機械變形凸起，而彈性金屬塑料推力軸瓦在運行時因溫度變化產生的熱脹系數比金屬大6至9倍、雖然有彈性金屬絲層吸收一部份、但仍使瓦面產生變形周邊凸起，中間凹下。這種變形正好與單支撐的機械變形相抵消。所以塑料表面不用特別處理，僅僅導個進油導角便可以正常工作了。專利文件CN2086220詳細地記敘了這種塑料推力軸承的結構。我們經過消化吸收又發展為利用原有的巴氏合金軸瓦只除掉巴氏合金，再換上彈性金屬塑料層便成了彈性金屬塑料瓦了。這樣既省錢、方便又快捷。見專利文件CN1088869A。該技術被迅速實施后使我國大部份的大、中水電站單支撐推力軸承巴氏合金瓦都更換成塑料推力軸瓦取得了良好的運行效果。充分地顯示出新材料所發揮出無可比擬的優越性。現在塑料瓦技術已經發展到園弧型的導軸承上，專利文件CN1119708A和專利ZL96202262.4提供了這種技術。并且在世界上首次應用到200MW的福建水口電廠1號發電機的導軸承上。其技術可見專利中請96220576.1。在這樣大型機組的導軸承上的運行成功是連俄羅斯都望塵莫及的。由于我國塑料瓦技術的發展和應用普及，已經成了除俄羅斯以外的塑料瓦技術和生產應用大國。
第二個成功的方向是日、歐、美的多支撐結構的推力軸承。多支撐推力軸承有兩種結構。一種是日立公司的雙支撐結構；另一種是瑞典、美、加聯合的BBC公司的多彈簧支撐結構。多支撐結構的推力瓦是巴氏合金軸瓦，由于支撐點多，所以受力均勻，變形小，特別適合于大負荷狀態下運行的推力軸承系統。我國一直不能生產這種結構。直到1993年為福建水口電廠200MW水輪發電機的4100噸推力軸承配套時才首次從日本日立公司引進了三套雙支撐推力軸承和導軸承。1995年我國仿制的雙支撐結構推力軸承和導軸承在福建水口的4、5、6、7號機上運行成功。這使我國大型推力軸承制造又前進了一步。雙支撐的瓦面最大壓力僅15.3MPa，是雙峰駝曲線，比單支撐的最大壓力降低35％，因此油溫、瓦溫、摩損均大大下降。這種效果是結構本身帶來的進步。由于三峽電站的水輪發電機組的推力負荷將要達到6800噸，雙支撐結構也解決不了。因此選擇了目前最先進的BBC公司的多彈簧支撐結構。84年我國首次從BBC進口過45MW水輪發電機組裝機在甘肅八盤峽4、5號位。該機組配套的推力軸承670噸。每塊推力瓦由于多點支撐，瓦表面幾平沒有形，平面度為每米0.02毫米，中心區的最大壓力只有12.45MPa。后來又有隔河巖水電站引進的300MW水輪發電機組也是BBC多彈簧支撐結構。上海大學曾對隔河巖推力軸承所做的計算機摸擬分析指出它的瓦面受力比較均勻，最大受力僅11.3MPa，這個壓力還不能使瓦面產生變形。通過這兩個多支撐實例證實了這結構實具有技術先進性。由于多支撐瓦面幾平不存在變形，所以油膜自然形成不良。特別是彈性金屬塑料推力軸瓦受力變形量又比巴氏合金大很多；塑料本身的熱彭脹系數是金屬6～9倍，受熱后變形會產生邊緣凸起將阻礙油膜的形成，所以最先進的結構暫時還不能應用最先進的材料。如果能將這種先進的支撐結構和彈性金屬塑料推力瓦相結合，即最先進的結構和最先進的材料結合起來一定會創造出更新穎的更先進的產品來。智者共識。日立公司代表曾于97年10月來哈爾濱訪問了哈爾濱大通動力設備開發有限公司合辦的彈性金屬塑料瓦廠，探討雙支撐應用詳性塑料推力軸瓦的可能性。BBC公司也于98年4月派技術人員和測試儀器在哈爾濱大電機研究所的彈性油箱單支撐3000噸推力軸承試驗臺上做了三峽機組推力軸承的摸擬試驗，以為將來多支撐的彈性金屬塑料推力軸承做技術準備。由此可見多支撐彈性金屬塑料推力軸承是科學技術進步的必然趨勢！本發明提供一種多支撐彈性金屬塑料推力軸承，它解決了彈性金屬塑料推力軸瓦熱變形所引起的運行不良難題。
本發明是這樣設計的單支撐結構能應用彈性金屬塑料推力軸瓦是因禍得福。就是利用了單支撐的機械變形正好抵消了塑料的熱變形結果。多支撐推力軸瓦基本上不存機械變形屬無禍焉能得福。為了應用塑料瓦應該人為制禍方能福。在多支撐結構不變的前提下，人為地加工出塑料變形反差就是制禍得福的原則。利用計算機摸擬軟件，對多支撐結構和彈性金屬塑料推力軸瓦做動態摸擬發現在多支撐結構中的推力軸瓦表面塑料層應在1.5至4毫米厚之間最佳。低了容易露出銅絲層，高了則導熱不良。彈性金屬絲的厚度應該取2至8毫米，與塑料層鑲嵌0.5至2毫米。這樣既能保持彈性金屬絲層能吸收一定的塑料熱變形應力，同時又有足夠的復合強度。人為加工出反變形差的塑料瓦面應該由四個面組成比較適合塑料瓦在多支撐狀態下正常運行A導面是R3至R8的園角或(3～10)×(30°～50°)的導面B進油斜面的進口低度h1低于C承重面0.10至1.00毫米，其寬度L1為瓦面圓周方向長度L的八分之一到八分之四；C承重面平面度不大于每米0.06毫米；D出油斜面的出口低度h2低于C承重面0.05至0.80毫米，其寬度L2為瓦面園周方向長度的八分之一至十分之一。
本發明是這樣實現的雙支撐結構彈性金屬塑料推力軸承是由彈性金屬塑料推力軸瓦、支撐瓦、頂塊、雙支撐架、底座組成支撐結構。雙支撐架上面有兩個頂塊支撐著同一塊支撐瓦。支撐中心偏向旋轉方向一個距離，推力瓦座落在支撐瓦上。雙支撐架座在下頂塊上，下頂塊座在底座上。頂塊呈半園頭。推力軸瓦可以沿支撐線擺動。由油槽、泵、循環管路和冷卻器組成油循環冷卻機構。每塊軸瓦裝有測溫計，油箱內不同位置也裝有測溫計。由測溫計、控制線路，顯示器和記錄器組成測溫機構。推力板通過推力頭與主軸連接。靜止時，雙支撐點處于偏向旋轉方向一邊，因此C承重面全部與推力板接觸。當推力板旋轉時，油附著推力板旋轉進入B進油斜面產生壓力，迫使B進油斜面角度變大，使推力軸瓦產生傾斜，C承重面與鏡板間產生傾角，有利于油膜形成。出油斜面也有利于軸瓦傾斜，又有加速出油的作用。這樣油膜形成完整的楔狀運行。當塑料瓦面受熱變形時，由于B進油斜面和D出油斜面已經存在，所以邊緣變形對油膜不會產生任何影響。
多支撐結構彈性金屬塑料推力軸承是由彈性金屬塑料軸瓦、支撐瓦、彈簧、頂塊、螺栓、底座組成支撐結構。其推力板、推力頭、油循環冷卻和測溫機構與雙支撐相同。每塊支撐瓦由多個彈簧、螺栓、頂塊組合支撐件。彈簧先被頂塊螺栓壓縮成高度相同，然后再把支撐件放上，推力瓦放在支撐瓦上面。由于多個彈簧支撐，所以推力瓦的受力很均勻，不會產生任何變形，這就是多支撐的優點。這比雙支撐要更好一些。由于推瓦不產生任何變形，塑料表面已經預做出B進油斜面和D出油斜面，所以在起機前，C承重面與推力板接觸，當推力板旋轉時，油沿進油斜面運行產生推力，進油邊下面支撐傾斜，承重面變成斜形產生油膜。承重面的油膜和進油斜面的油膜共同組成連續工作油膜使推力瓦負重運行。
本發明由于設置了進油斜面和出油斜面，這兩個面即包括油楔又包括了塑料熱變形量，因此能保證任何情況下都能正常運行，不會出現運行不良的問題。由于多支撐加塑料推瓦的雙重優越性，它比多支撐巴氏合金推力軸瓦的瓦溫和油溫都低，而且試驗樣機的摩耗也降低約百分之15～20。
本附1是彈性金屬塑料推力軸瓦的結構示意圖。上圖是瓦面俯視圖，下圖是瓦中部剖視圖。圖中1是塑料面層，它是1.5至4毫米厚的塑料。2是彈性金屬絲層，這是由有彈性的金屬絲繞鋪壓制的絲餅層，其厚度2至10毫米。彈性金屬絲層與塑料層鑲嵌0.5至2毫米。3是金屬瓦基，它是鑄鋼或鑄鐵加工成推瓦形。彈性金屬絲層與之釬焊結合，焊層厚度不小于0.4毫米。A是導面，R3至R8，B是進油斜面，它的進口低度h1低于C承重面0.10至1.00毫米。瓦面大者取大值。D是出油斜面，出口低度h2低于C承重面0.05至0.80毫米，瓦面大者取大值。L是瓦面旋轉方向的長。L1是進油斜面的長度。L2是出油斜面的長度。EF是B、C界面線。GK是C、D界面線。圖2是雙支撐彈性金屬塑料推力軸承的支撐結構簡圖和支撐瓦仰視剖圖。圖中推力板4通過推力頭與軸相連接。5是彈性金屬塑料推力軸瓦。6是支撐瓦，它底面有兩個頂塊沉孔Φ1和Φ2。沉孔的中心線MN偏向出油邊一定的距離W。W的大小將根據軸瓦的尺寸和推力板運行速度來決定。它的大小反映了運動時的自動偏心能力。圖中OP是軸瓦幾何中心線，R1是軸瓦外緣半徑，R2是軸瓦內園半徑。R3和R4分別是沉孔距軸中心的半徑。頂塊7上半部是半園頭形狀的。使支撐瓦可以在旋轉方向上擺動。8支撐架上有兩個裝頂塊的沉孔，下面有一個裝頂塊的沉孔。9軸承底座是園環形鋼結構件，上面有裝頂塊的沉孔。圖中箭頭V是推力板運行方向。
圖3是多彈簧支撐彈性金屬塑料推力軸承支撐結構圖和支撐瓦仰視剖圖。圖中10推力板。11是彈性金屬塑料推力軸瓦。12是支撐瓦。它的底面有多個頂塊13的沉孔。13頂塊和16螺栓彈簧擋片17組合成一個支撐件，安置在底座15上。為了方便軸瓦在運行時自動傾斜，多彈簧支撐中心MN與軸瓦中心PO偏向推力板運行方向一段距離。這樣在運行時推瓦可以自動傾斜有利于油膜的形成。
本發明最佳實例舉例如下某電站24個彈簧支撐的彈性金屬塑料推力軸承。推力軸瓦的表面塑料為聚四氟乙烯厚3.5毫米，彈性金屬絲層由直徑0.4毫米的彈性銅絲鋪滿，在1500噸壓機下壓實，使其與塑料瓦面鑲嵌0.5至2毫米深。彈性金屬絲餅另一面釬焊在鋼在瓦基上。釬焊層1毫米厚，彈性銅絲層厚約4至5毫米，每塊瓦外半徑R5為1000毫米，內徑R6為600毫米，瓦面夾角為42度，共八塊。塑料瓦面先加工磨平，平面度為每米0.03毫米。再劃出C進油斜面和D出油斜面的界面EF、KG，分別為瓦面園周方向長度的八分之三點五和九八之一點一。然后在磨床上傾磨B進油斜面，進口低度h1為0.15毫米，直到分界線EF為止。再加工D出油斜面，出口低度h2為0.10毫米，直加工到界面線GK為止。最后用砂紙手工打磨A導面。塑料表面粗糙度應低于0.8um。12支撐瓦的尺寸與推力瓦相同。支撐瓦低面銑有Φ50的沉孔24個分為4排，每排6個沉孔。全部沉孔的中心MN與幾何中心PO偏距18毫米。15底座上按支撐瓦沉孔排列尺寸，鉆孔Φ20沉30毫米。頂塊13是Φ48園碟形體，中間有沉Φ40沉20。中心Φ22通孔。彈簧14是10毫米粗彈簧鋼制成Φ50外徑彈簧，處理后長90毫米。13頂塊、14螺栓、17擋片組合成支撐件，頂塊和擋片外表高80毫米放入15底座上的沉孔中。然后再把支撐瓦安裝在支撐上。最后將塑料瓦11安裝在支撐瓦上。
權利要求
1.涉及機械類軸承分類的多支撐彈性金屬塑料推力軸承是由基座、支撐結構、推力軸瓦、推力板、油循環冷卻機構、測溫機構組成的，其特征是每塊推力軸瓦的支撐是由兩個(包括兩個)以上的支撐組成的支撐結構；推力軸瓦表面層是1.5至4毫米厚的塑料與2至8毫米厚的彈性金屬絲鑲嵌進0.5至2毫米。彈性金屬絲層另一面與金屬瓦基釬焊不少于0.4毫米。
2.如權利要求1所述的多支撐彈性金屬塑料推力軸承，其特征是推力軸瓦表面是由四個基本面組成的A導面是R3至R8的園角和(3～10)毫米×(30～50)的導面B進油斜面的進口低度h1低于C承重面0.10至1.00毫米，其寬度L1為瓦面園周方向長度L的八分之一到八分之四；C承重面平面度不大于每米0.06毫米；D出油斜面的出口低度h2為瓦面園周方向長度的八分之一到十分之一。
3.如權利要求1所述的多支撐彈性金屬塑料推力軸承，其特征是支撐結構由支撐瓦、頂塊、雙支撐架、底座組成的，雙支撐架上面有兩個頂塊支撐同一塊支撐瓦。
4.如權利要求1所述的多支撐彈性金屬塑料推力軸承，其特征是支撐結構是由支撐瓦頂塊、彈簧、螺栓、底座組成的，每個彈簧、頂塊和螺栓組成一個支撐件，同一塊支撐瓦是由多個支撐件排列起來支撐著。
全文摘要
涉及機械類軸承分類的多支撐彈性金屬塑料推力軸承。它解決了彈性金屬塑料推力軸瓦與支撐結構相配合的熱變形所引起的運行不良難題。它是由基座、支撐結構推力軸瓦、推力板、油循環冷卻機構和測溫機構組成的,特征是每塊推力軸瓦的支撐是由雙支撐或多彈簧支撐結構;推力軸瓦表面層是塑料,用彈性金屬絲鑲嵌釬焊在金屬瓦基上;塑料表面由導面、進油斜面、承重面和出油斜面組成。它于現有技術相比具有油溫、瓦溫低、磨耗小的優點。本發明應用于大型立式旋轉設備軸承系統。
文檔編號F16C33/02GK1247282SQ9811879
公開日2000年3月15日 申請日期1998年9月4日 優先權日1998年9月4日
發明者孫守連, 孫守馴 申請人:哈爾濱市大通動力設備開發有限公司