慢转工况下发电机滑动轴承润滑方式分析及改造

慢转工况下发电机滑动轴承润滑方式分析及改造

隋风明

烟台打捞局 山东 烟台 264012

[摘 要]： “德合”轮主柴油发电机组设置了慢转功能以保证船舶工作在DP工况下每一台发电机组都随时处于热备用状态。这就要求发电机滑动轴承需要满足慢转工况的要求。本文就“德合”轮主柴油发电机组发电机滑动轴承润滑方式的改造进行了分析。

[关键词]：柴油发电机组、慢转功能、滑动轴承润滑

1背景

“德合”轮是一艘具有DP3动力定位的全电力推进起重铺管船。本船具备的13种工况，每一种工况下有不同的使用功率，这就需要船舶电站输出相应的功率来满足不同的工况需求。为了实现主发电机组的快速响应，主发电机组柴油机配置了慢转功能。由此需要探讨发电机非驱动端轴承在慢转功能下的润滑状况。

2柴油发电机组的配置情况

2.1柴油机配置情况

该船采用的6台主柴油机是瓦锡兰12V32型号四冲程柴油机，输出功率6960KW/750转。为保证备用柴油发电机组快速投入电网，瓦锡兰考虑了主柴油机快速启动的措施，所有主柴油机均配置了慢转功能。

在DP模式下，当柴油发电机组处于自动热备用状态时，每隔30分钟慢转功能电磁阀通电20秒，节流降压的压缩空气进入气缸，驱动柴油机以6r/min的速度慢转。通过柴油机慢转，运动副表面建立了良好的油膜，使柴油机能够快速启动； 当慢转功能由于某些原因导致过载等故障时，会产生慢转故障报警同时发出应急停车信号，阻塞柴油机的启动，提示管理人员进行柴油机等相关设备的检修。

2.2 发电机配置情况

柴油发电机组发电机采用六台6600KV，6680KW的西门子发电机，其两端轴承均采用德国RENK公司的EF系列滑动轴承。轴承内部装有油环，靠油环转动来润滑滑动轴承。发电机驱动端比非驱动端多出一副推力轴承，也是需要靠油环转动来进行润滑。在慢转工况下，油环转动润滑效果很差，发电机的滑动轴承磨损情况严重。

3发电机滑动轴承润滑状态分析

3.1滑动轴承润滑状态分类

滑动轴承的润滑状态分为完全油膜润滑、混合油膜润滑和边界油膜润滑三种润滑状态。

1）边界油膜润滑状态：处于边界油膜润滑状态的相对滑动表面间只有一层极薄的边界膜存在，其厚度一般处在1．25um以下，强度很低，不能避免相对滑动两表面凸峰的直接接触，因此摩擦系数比较大。通常其相对速度小于0．05m／s。运动副两表面间的摩擦系数一般在0．05-0．15之间。

2）混合油膜润滑状态：这是处于完全油膜润滑状态与边界油膜润滑状态之间的润滑方式，其油膜厚度一般在1．25um-2．51um之间，此厚度不能完全使滑动面分离。这种润滑状态要求滑动面间相对滑动速度范围在0．05～0．1 3m／s之间，两表面间的摩擦系数在0．005-0．05之间。处于混合油膜润滑状态的轴承运行过程中温升比较高，功耗比较大，轴承寿命受到明显的限制。

3）完全油膜润滑状态：相对滑动的运动副两摩擦面间完全被一层润滑膜隔开，润滑膜的厚度一般在2．5um以上。完全油膜润滑状态下，滑动速度一般可以超过0．1 3m／s。运动副两表面间的摩擦系数一般在0．001—0．005之间。

3.2 柴油机慢转状态下，发电机滑动轴承摩擦状态分析

当柴油机慢转时，发电机在柴油机带动下以6r/min速度慢转。油环润滑方式只适用于50-2000r/min范围的转速，当柴油机以6r/min速度慢转时，发电机的润滑设计不能保证油环及时将滑油送到轴瓦处，也就不能在轴瓦处形成足够隔开两摩擦表面的油膜，即不能够形成完全油膜润滑，容易出现磨损。发电机轴的直径为225mm，在慢转状态时，轴与轴瓦之间的相对速度为0.21m/s。因此，在慢转状态下，发电机滑动轴承润滑状态较差，需要采取除油环润滑意外的方式来改善慢转工况下发电机滑动轴承的润滑状态。

4发电机滑动轴承润滑方案改造方案分析

为实现德合轮DP状态下柴油发电机组的长期处于慢转工况的需求，需要对发电机滑动轴承处的润滑方式进行针对性的改造，以解决慢转状态下滑动轴承润滑不良的情况。

4.1采用静压润滑方式润滑发电机滑动轴承

静压轴承是利用静压润滑原理润滑的滑动轴承。通过外部压力油把主轴支承起来，在任何转速下（包括起动和停车）轴颈和轴承均有一层油膜分离摩擦表面，与轴的转数和油的粘度无关，摩擦副处于流体润滑状态，不发生金属接触。因此有极低的摩擦，其摩擦系数为0.0003-0.001。流体静压轴承的优点在起动时为流体摩擦、几乎没有磨损。

4.2在滑动轴承处增加外部压力润滑系统

通过优化发电机滑动轴承座结构，增加外部压力油的进油口和出油口，直接将滑油送到发电机滑动轴承的上下瓦搭扣处。柴油机发电机组慢转时，保持外部润滑泵开启，弥补油环润滑的不足。改造过程需要计算润滑油量和压力等因素，保证动压润滑效果。

两种润滑改造方式都可以满足主柴油发电机组慢转状态下发电机滑动轴承的润滑。静压润滑方式完全满足柴油机慢转工况下滑动轴承的润滑，也是最好的润滑方式。但是采用该种润滑方式，需要完全更换轴承装置，并修改发电机转子转轴结构，改动量巨大，不适用于本船柴油发电机组发电机轴承的改造。采用外加压力润滑系统，仅对轴承座进行少量改动，并定制一套润滑系统即可实现，改动量小，但同样满足发电机滑动轴承慢转工况下的润滑需求。

5结论

用于DP3船舶电站系统的柴油发电机组在DP3作业状态下要在慢转工况下运行。传统船舶的柴油发电机组由于不需要慢转工况，在柴油机和发电机的设计时无需考虑慢转工况下的轴承润滑问题。DP3船舶柴油发电机组的柴油机和发电机在设计之初就必须考虑到慢转工况下轴承的润滑问题，否则在频繁的慢转工况下会严重缩短轴承的寿命。德合轮柴油发电机组发电机通过外加压力润滑系统的方式对原滑动轴承润滑方式进行了改造，经过实船运行检验，改造后的发电机滑动轴承润滑方式与柴油机的慢转功能相匹配。

6参考文献

[1]瓦锡兰32系列柴油机说明书A5版

[2]西门子发电机1DK4438-8AD04_Z说明书