水轮机主轴用角接触球轴承的结构分析

　　摘　要：针对某水轮机主轴用角接触球轴承在工作过程中经常出现的保持架大量掉铜屑，导致磨损和发热，Z终使轴承抱死的问题，通过分析几种结构的对比试验证明，采用黄铜实体保持架钢球引导的7324B轴承效果较好。
　　关键词：角接触球轴承；黄铜实体保持架；钢球引导；结构；试验分析
　　某水轮机主轴安装使用接触角为40°的7324B轴承。该轴承在工作过程中经常出现保持架大量掉铜屑现象，保持架引导面短时间磨损，磨损量Z大达3mm。铜屑碾压在轴承滚道上，导致轴承工作时振动大，旋转不平稳，摩擦加剧，温升高，Z终导致轴承抱死。在保修期内，用户需多次更换轴承，严重地影响了水轮机整体性能和正常工作。
　　1　轴承损坏原因分析
　　原有7324B轴承为内圈挡边引导的角接触球轴承（图1）。采用黄铜实体保持架，内圈挡边与保持架内径间隙为0.4mm，外圈挡边与保持架外径间隙为5mm。三号锂基脂润滑，实际转速980r/min，立式安装，径向载荷30kN。 　　经分析发现，轴承的损坏主要是由保持架异常磨损出现大量铜屑所致。铜屑的脱落与内引导结构有关。内圈引导的保持架不论间隙多大，轴承运转时内圈挡边总是会与保持架产生接触摩擦，进而产生掉铜屑的情况。另外，在运转时，由于离心力的作用，油脂被甩向外圈滚道，使内圈挡边处的油脂很少，润滑油膜难以形成。铜屑的脱落还与水轮机的加工精度以及工作方式有关。这两种情况均会导致轴承承受异常载荷，产生异常磨损。由于水轮机的特定工况是无法改变的，要保证轴承在受载时保持架和内外圈挡边无接触，只有调整轴承的结构。
　　2　轴承结构的选择
　　有以下3种方案可供选择：
　　（1）7324B轴承采用外圈引导、黄铜实体保持架（图2）。
　　（2）7324B轴承采用钢球引导、黄铜实体保持架（图3）。
　　（3）7324B轴承采用钢球引导、钢板冲压保持架（图4）。 　　按上述方案进行装机试验，试验结果对比情况见表1。 　　分析结果：
　　（1）虽然方案一引导面有足够的油脂，但引导面仍然有接触，产生磨损。由于本文所述的轴承接触角为40°，其工作转速不高，故不需考虑离心力对轴承的影响。
　　（2）采用方案二时，保持架与内、外圈挡边没有直接接触，摩擦发热减小。但内、外圈均须加工成斜坡。另外，实体保持架提高了对钢球的包容性，相对方案三运转要平稳些。
　　（3）方案三的钢板冲压保持架加工需制造模具。保持架窜动量较大，运转不平稳，噪声较大。综上所述，采用黄铜实体保持架、钢球引导是水轮机主轴用7324B轴承比较理想的方案。通过长期的跟踪检验，可知该结构轴承不论是立式安装，还是卧式安装，工作寿命都有明显的改善。