服务案例

轴颈轴承用于涡轮压缩机、涡轮齿轮、燃气轮机和蒸汽轮机等涡轮机。通过增加功率密度，施加的载荷和速度在过去几十年中同时增加。

为了克服保守的操作限制，通过某些设计修改来降低油膜温度是有帮助的。采取这些一定的设计措施是为了防止大部分的热油从一个垫子出来到达下一个垫子，使新鲜的冷热油尽可能少地混合。本文的重点是展示这些改进。结合模拟和计算的概念可以评估供油效率，并使设计人员能够优化排油和注入。

一、运行条件的限制

倾瓦轴承通常用于高速运转的转子，与多叶轴承相比具有更高的稳定性，并且在负载区域比溢流轴承具有更好的油分布。负载和速度方面的限制由最小润滑膜厚度以及油膜和可倾瓦表面的最高温度给出。

当比载荷和速度都增加（远）高于上述值时，最大表面温度会升高到不允许的值（例如 130°C）（见图 1）。

如果转子质量和固有频率等其他边界条件允许采取这种措施，则最大轴瓦温度的显着降低是减小轴承尺寸并随后减小转子轴尺寸的一个重要选择。

二、优化选项

通常的做法是使设计特征适应当前应用。有几何选项，例如：

1、 直径和宽度的大小

2、垫的数量

3、垫的几何形状

4、其他几何参数以及供油措施，如下所示：

5、润滑喷嘴的设计

6、喷嘴的数量

7、喷嘴到轴

8、油量

9、油压

优化可倾瓦轴承中供油的可能性有很多。例如，通过提供更多的冷油或将冷油引导到轴承的最高负载区域或最热点来提高效率。可以防止热油进入后续可倾瓦与轴之间的间隙。

表 1 为例，代表供油装置的不同设计方案：

三、调查常见的和未来

设计选项我们从图 E0 开始模拟，然后通过特征 E1、E2 和 E3 进行模拟。为了验证几个设计元素的效率，通常的技术是在开始现场测试之前在径向试验台上运行此类轴承，甚至在实际应用中运行它们。一种相当现代的方法是使用 CFX 技术研究三维油流（另请参见图 3 和图4 中 ANSYS CFX 软件的输出）。这种方法是一种有用的工具，可以在执行耗时的测试台运行之前选择最有希望的设计特征。

如以下示例（图 3 和图 4）所示，可以模拟对轴承温度和油压的影响：

研究新的设计选项 E1 至 E3，例如，每个垫在两个可倾瓦之间的空间中布置有至少一个热油排放口。第一个热油排放取代已知的注油，它可以放置在可倾瓦块之间的空间中。此外，通过使用热油排放装置填充两个相邻可倾瓦块之间的空间，从而阻止在该区域出现大量供油。

此外，设计中可以包括第一座大坝和直接位于第一座大坝后面的注油。添加的喷油嘴将油溅到轴上，将薄薄的热油层从轴上喷洗掉。通过注油，从先前的润滑间隙拖过来的轴上最后残留的油被破坏并与轴分离。然后它与新供应的油形成混合物。由于一部分热油已经被第一道坝拦截，因此从竖井中分离出来的热油有助于混合。因此，该混合物的温度基本上由注入的新鲜油的温度决定。

然而，热油排放也有二次排油，一部分从轴上分离出来的热油和注入的冷油的混合物可以再次排出。

这有几个优点。首先，来自前一个可倾瓦的热油部分被有效地阻止进入下一个润滑间隙。此外，排油可以让更多的新鲜油注入。注入的冷油与从轴释放的热油之间的比例进一步向有利于新鲜油的方向转变。因此，混合物的平均温度继续降低，从而通过排油实现可倾瓦轴承的更有效冷却。

这种排油排油装置的设计应保证前一个润滑间隙的温油只有极少部分可以进入下一个润滑间隙。这可以通过组合各种热油排放组件来实现。两个相邻可倾瓦之间的空间几乎可以完全被排水装置充满，并且可以最大限度地减少流体损失。使用第二个挡板提供了一种选择，即注入的新鲜油和加热油的混合物可以至少部分排出，并且不用于下一个润滑间隙内的润滑。因此，几乎完全避免了热油带入随后的润滑间隙。

后续润滑间隙所需的润滑油由额外的新油供应提供。随后，这个可以在较低的压力下工作。可以实现润滑油进入间隙的更多层流，从而也防止了摩擦和湍流造成的损失。

轴向上的注油器可能包含多个喷嘴。这样，油垂直于轴注入，轴上残留的热油膜可以可靠地破碎和飞溅。通过查看下图 7 可以说明的另一种现象是，由于新鲜油的回流，来自前一个垫块的热油被阻止流过挡板和轴之间的间隙（见图 7）。 设计 E1 的优点可以与分开的喷油相结合，例如通过由一排喷嘴组成的两次分开的喷油。第一次注油代表热油减少（溅出热油），第二次代表新鲜油供应（见图 8）。

四、结合模拟和计算工具

为了计算相关数据，例如最小油膜厚度或润滑膜温度，Miba Industrial Bearings 使用最先进的软件程序。它是利用最新的流体动力学理论知识开发的。该模型使用有限体积法并计算压力、温度和油流量的三维数组。

进一步开发可倾瓦轴承内任何油流性能的一种方法是包括来自模拟软件（例如 ANSYS 的 CFX）的物理结果，并将其传输到软件计算程序。接下来，可以优化相邻垫之间的润滑油混合模型。所谓温油降低系数可以用来描述供油效率。这通常取决于油液粘度、负载、速度、供油设计、供油压力等操作条件。在常见的工业应用中，例如燃气轮机和蒸汽轮机的轴承，该系数在 app 之间有所不同。30% 和 60%。

例如，上述设计选项可能会增加热油减少的因素。当查看计算结果时，可以说当热油减少系数从例如 30% 增加到 90% 时，峰值温度显着降低（见图 11）。

五、 结论

减少可倾瓦轴承内的温油并最大限度地减少热油携带效应是提高高速运行动力传动装置效率的有效方法。

轴承计算结合设计模拟的结果之一是，供油单元的设计特性对新油和热油的分配起着决定性的作用，尤其是油嘴的数量及其分布。代替使用多个喷嘴（根据设计 E2），在某些情况下使用一种油箱（根据设计 E1）可能是有利的。

此外，可以说模拟和计算的概念能够评估供油效率，并使设计者能够优化排油和注入。

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