葛洲壩電站水輪發(fā)電機上導(dǎo)軸承改造分析

楊　舉，艾　斐（葛洲壩水力發(fā)電廠，湖北 宜昌 443002）

?

葛洲壩電站水輪發(fā)電機上導(dǎo)軸承改造分析

楊舉，艾斐
（葛洲壩水力發(fā)電廠，湖北 宜昌 443002）

摘要：介紹了葛洲壩電站水輪發(fā)電機上導(dǎo)軸承的結(jié)構(gòu)；計算、分析了上導(dǎo)軸承改造方案的可行性；通過對4號機上導(dǎo)軸承改造前、后各項試驗及運行數(shù)據(jù)的對比分析，驗證4號機上導(dǎo)軸承改造的效果，為葛洲壩其它機組上導(dǎo)軸承改造提供借鑒。

關(guān)鍵詞：葛洲壩電站；水輪發(fā)電機；上導(dǎo)軸承；改造

1概述

葛洲壩電站安裝有21臺軸流轉(zhuǎn)漿式水輪發(fā)電機組，均為立軸半傘式結(jié)構(gòu)，額定水頭18.6 m，總裝機容量2 715 MW。1～7號機組安裝于葛洲壩二江廠房，8～21號機組安裝于葛洲壩大江廠房。其中，1、2號水輪發(fā)電機型號為TS1760/200-110，額定出力170MW，額定轉(zhuǎn)速54.6 r/min。3～21號水輪發(fā)電機型號為SF125-96/15600，額定出力為125 MW，額定轉(zhuǎn)速62.5 r/min。發(fā)電機主要由定子、轉(zhuǎn)子、上機架、推力支架、下風(fēng)罩、上導(dǎo)軸承、推力軸承、制動系統(tǒng)、空冷器等部分組成。

葛洲壩電站上導(dǎo)軸承布置于上機架中心體內(nèi)，屬分塊瓦式滑動導(dǎo)軸承，主要由擋油筒、滑轉(zhuǎn)子、12塊軸承瓦、抗重螺栓、套筒、座圈、擋油板、12個油冷卻器、油槽、蓋板、密封環(huán)等組成（如圖1所示）。上導(dǎo)軸瓦為扇形鎢金瓦，瓦背設(shè)置有支持座、鉻鋼墊、槽型絕緣等部件（如圖2所示）。上導(dǎo)軸承采用抗重螺栓限位方式，抗重螺栓端部為一球面，軸瓦間隙為抗重螺栓球面至鉻鋼墊間隙。1、2號機設(shè)計安裝單邊間隙為0.16～0.17 mm，3～21號機設(shè)計安裝單邊間隙為0.15～0.16 mm。

2上導(dǎo)改造必要性分析

（1）葛洲壩電站21臺機組均已運行30年左右。受限于當(dāng)時設(shè)計、制造及安裝水平，加之上導(dǎo)軸承存在較大老化、磨損現(xiàn)象，原上導(dǎo)軸承已經(jīng)不能完全保證機組安全、穩(wěn)定運行。近年來，葛洲壩電站全面啟動了水輪機轉(zhuǎn)輪及發(fā)電機定、轉(zhuǎn)子增容改造工作，可在此期間進行上導(dǎo)軸承更新改造工作。

（2）上導(dǎo)軸承抗重螺栓至上導(dǎo)瓦瓦背依次有鉻鋼

圖1葛洲壩機組原上導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)

圖2葛洲壩機組原上導(dǎo)軸瓦剖面圖

1）鉻鋼墊置于支撐座圓槽內(nèi)，部分鉻鋼墊與圓槽配合比較松動，不能保證鉻鋼墊與支撐座圓槽底部之間緊密貼合。調(diào)整間隙時，鉻鋼墊與支撐座之間可能會存在間隙，此間隙的存在無疑會影響軸瓦實際間隙。

2）槽型絕緣與瓦背、槽型絕緣與支撐座之間因加工及安裝因素存在間隙，此間隙會改變軸瓦間隙，且此兩處間隙很難控制與消除。

3）機組在長時間運行時，在軸承所受徑向不平衡力的沖擊下，槽型絕緣、支持座、鉻鋼墊表面及抗重螺栓端部都會發(fā)生變形，這也會導(dǎo)致上導(dǎo)瓦間隙發(fā)生變化，從而影響上導(dǎo)擺度。例如，2013年前后葛洲壩7號機上導(dǎo)擺度偏大，汛期擺度達到0.41mm，處理時發(fā)現(xiàn)有10塊上導(dǎo)瓦的鉻鋼墊表面都低于上導(dǎo)支撐座表面，抗重螺栓與支撐座表面有明顯接觸痕跡。3號、4號上導(dǎo)瓦支撐座表面有明顯裂紋，應(yīng)為機組大擺度運行時較大沖擊力所致。如圖3、圖4所示。

圖3鉻鋼墊表面低于支撐座表面

圖4支撐座背面被抗重螺栓沖擊出現(xiàn)裂痕

（3）間隙調(diào)整工藝落后。葛洲壩上導(dǎo)瓦間隙調(diào)整采用傳統(tǒng)的大錘作業(yè)方式，用大錘敲擊抗重螺栓，以改變抗重螺栓與鉻鋼墊間隙。作業(yè)空間狹小，工作量大，作業(yè)過程存在較多不安全隱患。

（4）上導(dǎo)軸瓦間隙的可靠性直接影響上導(dǎo)擺度及機組穩(wěn)定性，關(guān)系到機組安全穩(wěn)定運行。故需要探索、研究葛洲壩機組上導(dǎo)軸承改造方案，將原導(dǎo)軸承改造為調(diào)整間隙固定可靠、間隙調(diào)整方便的結(jié)構(gòu)型式。

3上導(dǎo)改造方案

根據(jù)葛洲壩電站125 MW機組導(dǎo)軸承設(shè)計參數(shù)，可以計算得出額定工況下導(dǎo)軸承及冷卻器相關(guān)參數(shù)。計算結(jié)果見表1。導(dǎo)軸承主要數(shù)據(jù)均符合有關(guān)參數(shù)取值范圍。

表1 葛洲壩4F機組上導(dǎo)軸承潤滑數(shù)據(jù)計算表

3.1改造內(nèi)容

3.1.1更換12塊上導(dǎo)瓦（瓦面材質(zhì)仍為鎢金瓦）。

3.1.2將導(dǎo)瓦支撐由支柱螺絲支撐改為楔子板加球面支柱支撐結(jié)構(gòu)。如圖5所示。與支柱螺絲支撐結(jié)構(gòu)相比，楔子板結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)尺寸確定、調(diào)整間隙固定可靠、導(dǎo)瓦間隙調(diào)整方便等特點，此種結(jié)構(gòu)導(dǎo)軸承已在立式發(fā)電機上得到了普遍采用。

圖5改造后上導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)

3.1.3改變上導(dǎo)瓦支撐方式后，需要同步改造其它部位，如為使原油槽密封蓋能正常使用，需在導(dǎo)軸承座圈上部增加支撐環(huán)。

3.2支撐部件計算

（1）鉻鋼墊參數(shù)。鉻鋼墊材質(zhì)為鍛鋼GCr15，楔子板材質(zhì)為鍛鋼38CrMoAl，鉻鋼墊球面半徑SR1000 mm，直徑60 mm，楔子槽深度10 mm。

（2）強度計算

1）鉻鋼塊球面對楔子板槽底（球?qū)ζ矫妫?/p>

其中

2）鉻鋼塊側(cè)面對楔子板側(cè)面（柱對平面）：

其中

以上計算結(jié)果表明，額定工況下支撐部件強度數(shù)據(jù)符合要求。

3.3間隙調(diào)整

調(diào)整間隙時，利用百分表或深度尺測量楔子板垂直高度差，調(diào)整軸瓦單邊間隙為0.15～0.16mm。

4改造后數(shù)據(jù)分析

（1）在葛洲壩電站2014～2015年度A修暨水輪機增容改造中，對4號機組上導(dǎo)軸承進行了改造。4號機是葛洲壩電站第一臺上導(dǎo)改造的機組，其改造方案、經(jīng)驗及成果對其它機組上導(dǎo)改造具有借鑒與指導(dǎo)意義。

（2）葛洲壩4號機修后進行自動開機、升速、變負荷、甩負荷等試驗。各試驗階段上導(dǎo)軸承擺度及溫度均符合標準要求，各項試驗數(shù)據(jù)見表2。

（3）葛洲壩4號機組進入正常運行后，上導(dǎo)運行情況良好，擺度及溫度數(shù)據(jù)均符號標準要求。修前、修后及與同類型機組比較數(shù)據(jù)見表3。

表2葛洲壩4號機試驗階段上導(dǎo)擺度及溫度

表3 葛洲壩4號機正常運行階段上導(dǎo)擺度及溫度

5結(jié)束語

葛洲壩電站4號機上導(dǎo)改造后試驗及運行情況良好，擺度及瓦溫均遠低于標準要求，改造達到了預(yù)期效果，為葛洲壩電站其它機組上導(dǎo)軸承的改造工作積累了經(jīng)驗，也希望對同類型機組軸承改造有一定的參考和借鑒意義。

參考文獻：

［1］大連三環(huán)復(fù)合材料技術(shù)開發(fā)有限公司.葛洲壩電站上導(dǎo)軸承改造可行性方案研究［Z］.

［2］中國長江電力股份有限公司檢修廠.葛洲壩電站4F機組上導(dǎo)軸承改造施工方案［Z］.

［3］中國長江電力股份有限公司技術(shù)研究中心.葛洲壩水電站4F水輪機增容改造后試驗報告（2015）［Z］.

［4］GB/T8564-2003水輪發(fā)電機組安裝技術(shù)規(guī)范［S］.

［5］劉三成.立式水輪發(fā)電機上導(dǎo)軸承擺度增大的分析處理［J］.研究與分析，2007（9）.

中圖分類號：TK730.3+22

文獻標識碼：B

文章編號：1672-5387（2016）06-0006-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2016.06.003

收稿日期：2016-01-22

作者簡介：楊舉（1987-），男，工程師，從事水輪發(fā)電機組的維護與檢修工作。墊、支撐座、槽型絕緣，調(diào)整間隙時，利用塞尺檢查鉻鋼墊與抗重螺栓之間的間隙，將此間隙視為軸瓦單邊間隙，軸瓦間隙受瓦背支撐座、鉻鋼墊、槽型絕緣等部件的影響較大。