抽水蓄能發(fā)電電動機推力瓦位移案例分析與處理

王 榮，王小建，肖先照，朱益鵬

(江蘇國信溧陽抽水蓄能發(fā)電有限公司，江蘇常州213334)

0 引 言

推力軸承起到承擔(dān)水輪發(fā)電機組軸向水推力和轉(zhuǎn)動部件重量，限制轉(zhuǎn)動部件在給定的軸向位置旋轉(zhuǎn)的作用，是水輪發(fā)電機中至關(guān)重要的部分。推力瓦是推力軸承中設(shè)計、加工精度最高、安裝標(biāo)準(zhǔn)最為嚴(yán)格、運行和維護需重點關(guān)注的部件之一。推力瓦燒毀、損壞事故也是所有水輪發(fā)電機組推力軸承事故中最為嚴(yán)重的事故[1-3]。因此，推力瓦問題應(yīng)該予以高度重視。

近幾年來，抽水蓄能電站建設(shè)發(fā)展勢頭迅猛；與此同時，也出現(xiàn)了各種問題。其中，推力瓦位移問題是一個比較具有代表性的問題，蓄能機組和常規(guī)機組均出現(xiàn)過。本文研究了溧陽抽水蓄能機組推力及下導(dǎo)軸承裝配中推力瓦位移問題，分析了推力瓦產(chǎn)生位移的原因，總結(jié)了一些處理方案和防范措施。

1 基本情況

溧陽抽水蓄能電站裝有6臺單機容量為250 MW的混流可逆式水泵水輪機-發(fā)電電動機組。發(fā)電電動機為半傘式結(jié)構(gòu)。推力及下導(dǎo)軸承組合體位于轉(zhuǎn)子下方，共用一個油槽[3-7]。機組額定轉(zhuǎn)速為300 r/min，飛逸轉(zhuǎn)速為475 r/min，額定推力負(fù)荷為7 987 kN。推力軸承配置12塊巴氏合金推力瓦，并配備有高壓油頂起系統(tǒng)[8]，采用外加泵外循環(huán)冷卻方式[9-10]。推力瓦由薄瓦和托瓦組成，薄瓦和托瓦采用鴿尾鍵連接固定，前后采用擋板限位。推力及下導(dǎo)組合軸承裝配見圖1所示，推力瓦裝配見圖2所示。

圖1 推力及下導(dǎo)組合軸承裝配

2 推力瓦位移問題

溧陽抽水蓄能電站在機組檢修期間先后發(fā)現(xiàn)2號和5號機組推力及下導(dǎo)軸承中幾乎所有推力薄瓦和托瓦在徑向發(fā)生了相對位移，均為向內(nèi)側(cè)移動，最大移動量達到40 mm，內(nèi)側(cè)擋板變形嚴(yán)重，推力瓦面出現(xiàn)了損壞(見圖3～5)。

圖3 推力瓦位移

圖4 推力瓦位移

圖5 推力瓦面損壞

由于大部分推力瓦存在較大位移，致使推力瓦的承載能力減小，推力瓦的相對位置得不到限制，可能面臨著推力瓦燒損的風(fēng)險。另外，內(nèi)側(cè)擋板隨時存在斷裂，固定擋板的螺栓松動脫落在油槽內(nèi)損傷推力瓦烏金表面和測溫元件引線的可能性。薄瓦向內(nèi)側(cè)撞擊擋油管，使擋油管變形的可能性增加。

3 推力瓦位移原因分析

推力瓦和鏡板之間存在油膜，依靠剛性油膜來承載整個推力負(fù)荷，機組運行過程中鏡板和推力瓦之間存在周向摩擦力，周向摩擦力作用在推力瓦上，沿徑向內(nèi)側(cè)有個分力。機組頻繁啟停作用下，最終導(dǎo)致薄瓦向內(nèi)側(cè)移動，產(chǎn)生相對位移。目前只發(fā)現(xiàn)2號、5號機組存在此問題，其余機組均未出現(xiàn)明顯位移跡象，且2號機組運行的時間最短。如此之大的差異，綜合分析如下：

(1)機組啟停過程中推力瓦在徑向方向受到較大的分力，內(nèi)側(cè)擋板受力力臂較長，剛度較差(10 mm鋼板Q235B)，彎曲變形是推力薄瓦存在徑向位移的本質(zhì)原因。

(2)機組起停機頻繁，正反轉(zhuǎn)的運行特性導(dǎo)致?lián)醢孱l繁受徑向分力的作用，最終擋板疲勞彎曲。

(3)擋板螺栓出現(xiàn)松動，擋板與薄瓦存在間隙，推力薄瓦上鴿尾槽和固定的鴿尾鍵間隙過大等因素是造成2號、5號機與其他機組存在差異的原因。

(4)由于停機時推力頭由熱態(tài)變?yōu)槔鋺B(tài)，從而產(chǎn)生徑向向內(nèi)的熱收縮力。當(dāng)高頂退出后，推力頭與推力瓦之間無潤滑，摩擦力較大。徑向收縮力將帶動推力瓦向內(nèi)產(chǎn)生微小位移。上述過程在停機過程中反復(fù)出現(xiàn)。經(jīng)過長期的累積，軸瓦出現(xiàn)向內(nèi)徑的明顯移位。

4 處理措施

針對上述分析原因，溧陽抽水蓄能電站機組采取了如下處理措施：

(1)內(nèi)、外側(cè)擋板材質(zhì)由Q235B更改為Q345B。內(nèi)、外側(cè)擋板厚度由10 mm改為20 mm，并且將外側(cè)擋板與薄瓦把合固定。

(2)在推力瓦裝配外側(cè)左右兩側(cè)借用薄瓦和托瓦的起吊孔增加兩個把合固定擋板。

(3)調(diào)整高壓油頂起裝置在機組停機后延時退出的時間，由原先的1 min調(diào)整到6 min。

(4)對損壞的推力瓦用油石處理，用刀口尺檢查合格后回裝。

這些措施在溧陽抽水蓄能電站6臺機組中實施，直到目前1年的時間沒有再次出現(xiàn)推力瓦位移問題。推力瓦位移問題得到了很好的解決。

5 結(jié) 論

在水輪發(fā)電機中，推力瓦裝配采用薄瓦和托瓦結(jié)構(gòu)很普遍，位移問題在蓄能機組和常規(guī)水輪發(fā)電機組中并不少見。廣大推力軸承研究、設(shè)計和運維人員應(yīng)對此予以高度重視。溧陽抽水蓄能電站對推

力瓦位移問題的分析和處理的實踐表明，措施有效，結(jié)果較好；其推力瓦位移問題處理的思路、方法和經(jīng)驗可供類似問題的分析和處理參考。