葛洲壩大江電站水輪發(fā)電機(jī)導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱 150040)

0 引言

葛洲壩水電站位于湖北省宜昌市長江三峽末端河道段上，它是長江上第一座大型水電站，也是世界上最大的低水頭大流量、徑流式水電站。壩型為閘壩，最大壩高47米，總裝機(jī)容量271.5萬千瓦。從2012年開始，該電站進(jìn)入增容改造期，開始陸續(xù)對電站各臺機(jī)組進(jìn)行升級改造。

1 支柱螺絲式上導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)分析

葛洲壩大江電站的8臺機(jī)組的上導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)均為支柱螺絲式，如圖1、圖2所示。支柱螺絲式上導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)由上導(dǎo)軸承瓦、支柱螺絲、固定套筒、把合螺母組成。上導(dǎo)軸承瓦放置在滑轉(zhuǎn)子外圓側(cè)，由下端的底盤提供軸向支撐，將固定套筒放置在座圈預(yù)先開好的配合孔中并打緊，固定套筒內(nèi)圓上開有螺紋，用于與支柱螺絲配合；支柱螺絲本體為圓柱形，一側(cè)加工有長方體方頭，作為安裝、調(diào)整、旋轉(zhuǎn)時的固定受力點，可使用扳手等工具施加力矩。通常支柱螺絲長度上的3/4加工有外螺紋，用以和固定套筒配合。支柱螺絲與上導(dǎo)軸承瓦配合一側(cè)為球面，用于和上導(dǎo)軸承瓦配合使用。將支柱螺絲擰入固定套筒的內(nèi)孔中，與上導(dǎo)軸承瓦配合一側(cè)頂在上導(dǎo)軸承瓦背面的支撐座上，以達(dá)到給予上導(dǎo)軸承瓦徑向支撐力的目的。支柱螺絲與固定套筒的螺紋配合可以通過旋轉(zhuǎn)支柱螺絲來達(dá)到調(diào)整上導(dǎo)軸承瓦與滑轉(zhuǎn)子距離的目的，將支柱螺絲調(diào)整到適宜位置后，使用把合螺母從背面鎖緊即可。如圖3、圖4所示。此種結(jié)構(gòu)的上導(dǎo)軸承瓦由瓦本體、支撐座、槽型絕緣、絕緣管、絕緣墊圈、墊圈、螺栓組成。支撐座與瓦本體通過螺栓把合成整體，二者間通過槽型絕緣進(jìn)行絕緣處理，把合成時使用絕緣管和絕緣墊圈保證螺栓與瓦本體之間的絕緣。支撐座中心位置內(nèi)嵌一塊圓形的軸承鋼座，用于和支柱螺絲配合。

圖1 原機(jī)組上導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)

圖2 原機(jī)組上導(dǎo)軸承瓦

圖3 原機(jī)組上導(dǎo)軸承處俯視結(jié)構(gòu)圖

圖4 原機(jī)組上導(dǎo)軸承瓦背面結(jié)構(gòu)圖

2 運行中出現(xiàn)的問題分析

原上導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)靠支柱螺絲的徑向支撐實現(xiàn)上導(dǎo)軸承瓦與滑轉(zhuǎn)子之間間隙恒定，而支柱螺絲的緊固僅靠固定套筒和把合螺母進(jìn)行雙側(cè)把合緊固。當(dāng)機(jī)組運行中發(fā)電機(jī)因軸線擺渡大而對上導(dǎo)軸承中各塊上導(dǎo)軸承瓦壓力不均勻時，擺渡帶來的變化沖擊力易造成部分支柱螺絲與固定套筒、把合螺母的把合緊固松動，進(jìn)而導(dǎo)致支柱螺絲不能有效的給予上導(dǎo)軸承瓦固定的徑向支撐力，從而使得上導(dǎo)軸承瓦與滑轉(zhuǎn)子間隙過大，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)軸在上導(dǎo)軸承處偏心。在維護(hù)期需要調(diào)整上導(dǎo)軸承瓦與滑轉(zhuǎn)子間隙時，由于間隙的調(diào)整量一般都以0.01mm為單位，而支柱螺絲的調(diào)整方式是螺紋旋轉(zhuǎn)，原本要通過旋轉(zhuǎn)周數(shù)來推算徑向調(diào)整量就很難做到精確。由于機(jī)組運行時間久遠(yuǎn)，螺牙的螺距已經(jīng)有磨損，螺距的不均勻易造成換算不準(zhǔn)確，加之套筒與座圈的配合為小間隙配合，旋轉(zhuǎn)支柱螺釘時，如果所加的力矩過大，很難保證固定套筒不隨之轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)支柱螺絲調(diào)整徑向間隙很難操作，精確度也很差。經(jīng)常為了調(diào)好一塊上導(dǎo)軸承瓦與滑轉(zhuǎn)子之間的間隙，要經(jīng)過十幾遍的反復(fù)調(diào)整和復(fù)核，對電站運行維護(hù)帶來了繁瑣的工作量和難以解決的安全隱患。

3 優(yōu)化設(shè)計方案

由于葛洲壩大江電站承擔(dān)著重要、長期的發(fā)電任務(wù)，機(jī)組的改造周期短，且要求盡量減小對原機(jī)組該位置的結(jié)構(gòu)性更改。本著這一原則，針對原機(jī)組上導(dǎo)軸承裝配的結(jié)構(gòu)缺陷，優(yōu)化設(shè)計的主要思路為：(1)新結(jié)構(gòu)確定原機(jī)組上機(jī)架、頂軸滑轉(zhuǎn)子等其余部件不需結(jié)構(gòu)性變更，新結(jié)構(gòu)需完全適應(yīng)原結(jié)構(gòu)與上機(jī)架、頂軸滑轉(zhuǎn)子等部件的接口配合尺寸；(2)徹底改變對上導(dǎo)軸承瓦的徑向支撐方式，放棄單純支柱螺絲結(jié)構(gòu)，使用楔子板和球面支柱結(jié)構(gòu)與支柱螺體裝配結(jié)合的復(fù)合結(jié)構(gòu)，如圖5、圖6所示。

圖5、圖6中，新上導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)由上導(dǎo)軸承瓦、鎖定螺栓、調(diào)整螺桿、鎖定螺母、楔子板、支柱螺體裝配組成。支柱螺體裝配由球面支柱、定位螺栓、絕緣套筒、絕緣墊圈、墊塊、絕緣墊片、支柱螺體、背部螺母、固定塊組成。

安裝時需先安裝支柱螺體裝配，將支柱螺體放入座圈與原固定套筒配合的孔中，然后使用定位螺栓將墊塊、絕緣墊片、支柱螺體把合成整體。定位螺栓的絕緣依靠絕緣套筒和絕緣墊圈來實現(xiàn)，完成把合后使用背部螺母鎖緊，并將固定塊點焊在背部螺母的適宜位置，達(dá)到加強固定的目的。整體安裝后將球面支柱放入墊塊中心處的配合孔中完成安裝。上導(dǎo)軸承瓦下部仍使用原底盤提供軸向支撐，徑向一側(cè)與滑轉(zhuǎn)子配合，另一側(cè)按照1:70的斜率與楔子板的斜面配合，調(diào)整螺桿與楔子板把合成整體，并通過鎖定板和鎖定螺栓固定在上導(dǎo)軸承瓦上部，鎖定螺母用于調(diào)整好楔子板緊度后鎖定楔子板行程。楔子板一側(cè)加工出1:70的斜率與上導(dǎo)軸承瓦斜面配合，另一次加工成凹字形豎直凹槽用以和球面支柱配合。本結(jié)構(gòu)可以通過調(diào)整楔子板軸向位置來達(dá)到調(diào)整上導(dǎo)軸承瓦與滑轉(zhuǎn)子間隙的目的。

圖5 優(yōu)化設(shè)計后的上導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)總圖

圖6 優(yōu)化設(shè)計方案細(xì)化圖

4 兩種上導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)對比

新結(jié)構(gòu)的支柱螺釘裝配作為上導(dǎo)軸承瓦的徑向支撐力來源，為整體固定，在后期使用、維護(hù)時，均不需要對其進(jìn)行改動，調(diào)整上導(dǎo)軸承瓦與滑轉(zhuǎn)子間隙時依靠楔子板的軸向移動來完成，楔子板與上導(dǎo)軸承瓦配合一側(cè)二者均有1:70斜率的斜面，楔子板向下位移則減小導(dǎo)瓦與滑轉(zhuǎn)子間隙，反之則增大。與老結(jié)構(gòu)相比，首先解決了徑向支撐力不穩(wěn)定的問題，新結(jié)構(gòu)的配合更穩(wěn)定、更緊固，即使受到擺渡帶來的變化沖擊力也不會輕易改變間隙；其次新結(jié)構(gòu)解決了調(diào)整間隙不精準(zhǔn)的問題，楔子板與上導(dǎo)軸承瓦配合面的斜率為1:70，通過楔子板徑向位移量可以精確判斷出上導(dǎo)軸承瓦與滑轉(zhuǎn)子間隙的變化量，調(diào)整間隙更加精準(zhǔn)、方便。

5 結(jié)語

以楔子板和球面支柱為主體的導(dǎo)軸承支撐結(jié)構(gòu)在近年來的水輪發(fā)電機(jī)上廣泛應(yīng)用，一般都是楔子板固定在座圈上、球面支柱在導(dǎo)瓦一側(cè)。本項目由于結(jié)構(gòu)限制，創(chuàng)新的采用了楔子板與導(dǎo)瓦一體的方式，解決了困擾電站多年的技術(shù)問題，也為后續(xù)其它電站出現(xiàn)類似問題提出了一個有重要指導(dǎo)性意義的解決方案。

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[2] 于成偉.滾動軸承的安裝.防爆電機(jī)，2005.1.

[3] 梁銳，郭慶華，徐宏偉.三峽水輪發(fā)電機(jī)磁極線圈制造技術(shù)的介紹.防爆電機(jī)，2005.5.