一种通用焊接式轴承座设计和应用

　　摘　要：介绍了一种焊接式轴承座的设计方法及通用化实施方法，该工装在满足小轴颈转子的空间位置的同时，对轴承座固有频率和结构刚性进行检查，改善可使轴承座的固有频率都能够避开50Hz的倍频，消除了因轴承座固有频率而引起的轴向振动增大。在结构上采用配套球面座，满足了不同产品对工装的通用化要求。
　　关键词：焊接式轴承；球面座；通用化
　　1　前言
　　为了缓和试验周期和产量的矛盾、确保缩短产品试验的时间、减少实际装配过程中轴承座调换调运时间及缩短装配周期，提出了设计使用通用型轴承座的方案，对转子不同轴颈尺寸配装相应球面块来达到通用目的。
　　2　轴承座的设计构思
　　2.1 应用范围的确定
　　轴承座可应用的范围按空冷30MW级转子至水氢氢300MW级转子的试验，轴承内腔按照Z大转子轴瓦的外球面尺寸设计。
　　2.2 材料型式的选择
　　选择已成熟的焊接式轴承座形式，取代原有的铸造式工装轴承座。焊接式具有制造周期短、费用较低、内部杂质少、易清理的优点。轴承座内的轴瓦座和球面块选用锻钢，其余框架选用碳钢。
　　2.3 设计结构
　　轴承座分上下两部分组成，上下两半之间用M48螺栓紧固。上半座非试验过程中主要受力部分，在设计时满足对接要求以及装配时的吊运。下半座是轴承座的关键部分，设计时按内腔结构、安装方式、油路连接、数据采集等方面作考虑。
　　2.3.1 内腔结构
　　由底板、轴瓦座、侧板、中分面平板拼焊成轴承座主体。考虑小转子安装的轴向尺寸，轴承座的宽度定为480mm。按可用的Z大转子轴瓦外径870mm设计轴承座内腔的球面座。当试验小型转子时，可在轴瓦与轴承座内腔之间加装过渡球面块以配合使用，过渡球面块按不同轴瓦的外径分别设计不同的规格。
　　上半轴承座除中间锻钢加工球面为主要工作面外，主要考虑吊运方便和装配准确，在上下半轴承座连接处，两边各加一个圆柱销位置，保证对齐。 　　下半轴承座中间200mm宽的锻钢板为主要承重结构，上部中端需加工出球面，并在其中一侧开两条排油管路，以配合不同球面块或轴瓦使用;并在球面两端部各留有一个矩形缺口，在使用对应轴瓦时，加装定位块；下部左右两侧各加工半门形缺口，连同两侧油路，使排油均匀。
　　下半轴承座侧板主要预留各种连接接口，如测温元件接口、高压油路接口、出油口等。
　　下半轴承座底板两侧各开出一排油螺孔，平时封闭，当内腔润滑油需排空时，可由底部清空；底板两侧各加一侧板，如试验中振动较大时，可在下面增垫斜楔，保证其稳定性。 　　2.3.2 安装方式
　　轴承座中心高定为900mm，与拖动电动机配合，适合现有的试验要求。
　　下半轴承座利用中间面上4-M48螺孔吊装在试验平台上，轴承座底板上布置4-Ø48孔，可直接用M42螺栓固定在超速间T型平板上。上半轴承座利用顶部2-M20螺孔吊装，利用2-Ø20内螺纹圆柱销对齐上下轴承座位置，保证内球面的同心度。
　　2.3.3 油路连接和数据采集
　　轴承座进出油回路设计为双进双出，外部进出油口与高压顶油接口均可用法兰直接连接，内部高压顶油接口可直接与高压软管连接，方便安装时油管路的连接。
　　在轴承侧面设计接线板，方便内部轴瓦测温元件引线和外部试验引线的连接。
　　3　使用情况及改进措施
　　轴承座初次使用于双水内冷135MW发电机转子，配合相应的过渡球面块，按产品测试要求连接测温元件、轴振和轴承座水平、垂直、轴向振动探头、油管路。在整个试验过程中，轴瓦温度、轴振、轴承座水平、垂直振动数值都符合出厂要求，但轴承座轴向振动偏大达5.0mm/s（注：一般试验时轴承座轴向振动值推荐额定转速时不大于4.2mm/s，过临界Z大不超过11.2mm/s，但不作考核）。当试验双水内冷300MW发电机转子时，轴承座的轴向振动达10mm/s以上，接近试验要求的停机值，因此必须找出轴向振动过大的原因并加以消除，从轴承座固有频率和结构刚性来作检查。
　　分别对轴承座本身和带转子后的轴承座进行三方向（水平、垂直、轴向）的测频检查，轴承座的固有频率都能够避开50Hz的倍频，可以排除因轴承座固有频率而引起的振动。
　　从结构分析，由于考虑小转子的试验装配，轴承座的宽度比原有工具轴承座窄约160mm，相应的轴瓦座宽度也变窄，轴瓦座与球面块装配后的轴向支撑刚性不够。转子试验过高速告诉旋转时的轴向窜动力，使得轴瓦座和球面块受力情况下产生了前后的摇摆。
　　针对这一原因，对轴承座进行了改进：
　　①在轴承内腔轴瓦座与轴承底板、侧板之间焊接加强筋，使轴瓦座与轴承底板和外壳固定在一起，增加支撑刚度。
　　②延伸轴承座底板轴向宽度，并用加强筋将延伸段底板与轴承外壳之间焊接成一体，使安装时轴承座能够与基础更多地接触与支撑。 　　经过改进，轴承座可顺利使用于老超速间的转子试验，轴承座轴向Z大振动已控制在5.0mm/s以下。改进前后的试验结果见表1（以试验Z多的双水内冷135~150MW发电机转子额定转速为例）。 　　目前该通用型轴承座已成功试验各类转子近20根，各相试验工况都符合产品试验要求。
　　该轴承座在配合 690和 540球面块后，可满足水冷、氢冷300MW、水冷60MW、空冷30MW、600MW集电环等转子的超速试验，满足了设计需求。 　　4　结语
　　本工装配合不同球面块的使用，减少了轴承座的拆装次数，缩短了试验周期，而轴承座固有频率能否避开50Hz的倍频，可在试用后通过增加内部结构件来调整。因此，该通用焊接式轴承座配合球面块的方法可在转子超速试验中推广使用。