大推力負荷下機組推力軸承安裝技術研究

陳允兵，陶 鉆

(中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410004)

1 引言

大藤峽左岸水輪發(fā)電機由哈爾濱電機廠有限公司設計制造，形式為立軸、半傘式發(fā)電機，發(fā)電機推力軸承設置在下機架中心體上法蘭面，采用錐形支撐，機組共設置24個錐形支撐，推力負荷為3800 t，屬國內軸流轉漿式水輪發(fā)電機組大推力負荷[2]。大推力負荷下推力軸承安裝存在設計精度高，安裝難度大，受力調整困難等問題，本文通過對大藤峽發(fā)電機組機推力軸承構特點及與之對應的安裝調整的工藝分析，為大推力負荷下推力軸承安裝及調整技術研究開辟道路。

2 工程概述

大藤峽水利樞紐工程位于珠江流域西江水系的黔江河段末端，壩址在廣西桂平市黔江彩虹橋上游6.6 km處，地理坐標為東經110°01′，北緯23°28′，是紅水河梯級規(guī)劃中最末一個梯級。大藤峽水利樞紐是一座以防洪、航運、發(fā)電、補水壓咸、灌溉等綜合利用的流域關鍵性工程。水庫正常蓄水位61.00 m，汛限水位47.60 m，死水位47.60 m，總庫容34.79×108m3，總裝機容量1600MW，工程規(guī)模為Ⅰ等大(1)型工程。

大藤峽水利樞紐工程由黔江主壩、黔江副壩和南木江副壩組成。電站裝機容量1600MW，安裝8臺單機容量為200MW的軸流轉槳式水輪發(fā)電機組，其中左岸廠房3臺機組，右岸廠房5臺機組，多年平均發(fā)電量60.55億kWh，保證功率366.9MW。目前已完成左岸廠房3臺機組安裝并投入商業(yè)運行。

2 推力軸承機構特點

推力軸承布置在下機架中心體的上法蘭面[3]。主要由推力頭、鏡板、推力軸承瓦、錐形支撐、抽屜式油冷卻器、推力油槽等組成。

推力頭采用鑄鋼ZG20MnSi制造，整體加工。推力頭安裝在轉子支架下圓盤上，與轉子支架采用止口配合，有一定的配合間隙，以方便安裝時根據盤車、靜平衡等需要做一定的徑向調整。推力頭與轉子支架采用單排螺栓把緊[4]。

鏡板采用55#鍛鋼精加工成。鏡板的厚度為240 mm，足以承受機組的推力負荷及工作狀態(tài)的熱應力而不產生有害的變形。鏡板與推力頭采用止口小間隙定位，螺釘連接把合。鏡板外圓比推力頭外圓單邊大40 mm，以方便安裝時測量鏡板的水平。

推力軸承瓦共24塊，采用雙層瓦結構，由薄瓦、托瓦組成。薄瓦為巴氏合金瓦，有良好的承載能力。推力軸承瓦可以互換，便于運行維護。推力軸承采用熱彈流體動力潤滑性能有限元分析計算，以保證其具有最佳的油膜壓力分布，和最佳的油膜厚度分布。經嚴格分析計算，其單位壓力為3.82MPa，最大油膜壓力為9.77MPa，最小動態(tài)油膜厚度0.0346 mm，完全滿足機組在各種工況下運行的要求。

推力軸承采用錐形支撐，機組共設置24個錐形支撐[5]。錐形支撐的支柱中心加工有通孔，孔內裝有測量桿。測量桿的不同位移反應各瓦間的不均勻載荷，在安裝時可以通過電子位移表測量該位移量，并據此對中心柱進行高度調節(jié)，從而使各瓦載荷達到均衡，該結構最大的優(yōu)點是有根據機組實際運行情況適時調節(jié)各瓦溫差的功能。

推力軸承共設置24臺內循環(huán)抽屜式油冷卻器，2個冷卻器串聯為一組，共12 組并聯。冷卻器與推力軸承安裝在同一油槽內，依靠油槽內旋轉部件推力頭、鏡板等的粘滯作用和油的對流換熱形成循環(huán)回路。冷卻器安裝在油槽壁上，每個冷卻器對應于一塊推力軸承瓦的位置。冷卻器的冷卻水管采用銅管，由一組同心排列的“U”型管組成。這種冷卻器的冷卻管的長度較短，不易堵塞，對水質的要求也相對較低。冷卻器拆裝方便，通過其安裝孔可以拆取或檢修推力軸承瓦，使冷卻器和軸承的維護檢修更便利。

推力軸承還設有擋油管、接觸式油擋等零部件。

推力軸承剖視圖如圖1所示。

圖1 推力軸承剖視

推力軸承俯視圖如圖2所示。

圖2 推力軸承俯視圖

4 安裝調整工藝

大推力負荷下推力軸承安裝難點主要有：安裝精度極高，施工工序多，各數據間相互影響，多次調整才能達到設計及規(guī)范要求[6]。以大藤峽推力軸承安裝為例，推力軸承安裝主要分四部分進行：①下機架預裝完成吊出機坑后進行的預裝；②下機架吊裝完成后進行的正式安裝；③在機組軸線調整前進行推力軸承的受力調整等工作；④進行推力軸承其他部件安裝工作。具體安裝工藝如下。

4.1 推力軸承預裝

4.1.1 推力軸承預裝條件

(1) 下機架預裝調整合格、基礎墊板加固后澆筑二期混凝土。

(2) 吊出下機架，在安裝間對進行推力軸承預裝配。

4.1.2 推力軸承預裝工藝

(1) 徹底清理下機架配合面、錐形支撐裝配、推力軸承瓦裝配、推力頭鏡板等部件。

(2) 油槽、軸承座等部件浸油表面，應把殘余的型砂和污物清理干凈，并應補刷與廠家同型號的耐油漆。

(3) 對推力瓦進行全面清理，去除表面的油污及表面高點、毛刺，檢查瓦上的溫度計孔和高壓油頂起 裝置管接頭孔和絲堵孔，并徹底清除這些孔內的雜質。測量瓦的厚度，并做好相應的記錄。應特別注意 對瓦面的保護，防止被損傷。

(4) 調整下機架水平滿足≤0.02 mm/m。

(5) 推力瓦安裝，錐形支撐(按圖紙要求安裝密封圈、鎖固膠)在支柱螺栓支撐上安裝支柱螺栓。

4.1.3 安裝順序

(1) 清潔支柱螺栓支撐和支柱螺栓的螺紋。

(2) 用最終裝配油脂潤滑螺紋。潤滑脂只許涂在干燥面。

(3) 在支柱螺栓支撐上安裝支撐螺栓。柱螺栓調到正確高程。

(4) 在支柱螺栓支撐上安裝推力負荷測量裝置。

注意：①支柱螺栓支撐之間的距離必須完全相等。②支柱螺栓支撐的分度圓必須與擋油管同心。

(5) 吊裝推力瓦到錐形支撐上，通過支柱螺釘調節(jié)各塊推力瓦，使所有推力瓦在同一高程。對推力瓦和推力瓦螺栓支撐做裝配標記。

(6) 按照圖紙安裝和試驗高壓油頂起系統(tǒng)。

(7) 推力頭、鏡板安裝。吊裝推力頭鏡板至推力瓦上，調整鏡板水平≤0.02 mm。

(8) 安裝機架部分推力油水管路。

推力軸承的預裝結束，但在正式安裝前，為保證鏡板安全，在下機架吊裝前吊出軸承并在安裝間存放好。

4.2 推力軸承正式安裝

4.2.1 推力軸承正式安裝條件

(1) 轉子吊裝前按預裝方位回裝下機架。

(2) 調整其中心體水平度≤0.02 mm，中心高差偏差小于0.5 mm。

(3) 調整合格后把緊基礎螺栓。

4.2.2 推力軸承正式安裝工藝

首先，下機架調整完成后對推力頭高程及水平進行復測，采用電子水準儀進行復查。

其次，吊裝鏡板，對鏡板水平進行調整，鏡板水平≤0.02 mm/m。具體步驟如下：

(1)測量鏡板邊緣±X、±Y 4個方向的水平，進行合成計算。

(2)在±X、±Y 4個方向最近位置調整4塊推力瓦，注意架表和框式水平儀監(jiān)測。

(3)反復調整4塊推力瓦，使鏡板水平滿足≤0.02 mm/m。

(4)測量鏡板絕對高程，在滿足高程偏差±0.5 mm范圍內，調整才有效，否者，調整高程后再進行鏡板水平的調整，使鏡板水平及高程都滿足要求。

(5)在鏡板水平及高程滿足要求后，再調整其余推力瓦的受力。此工序調整中，要做到既不要影響鏡板水平，又要達到其余推力瓦有真實受力，要求我們的安裝人員認真、仔細工作，調整每一塊瓦，都要架設百分表監(jiān)測。此工序可以選擇在吊裝推力頭后進行，因推力頭和鏡板的重量全部落在推力瓦上，單靠錐形支撐的螺栓提升是不足以影響鏡板水平。

(6)在完成所有推力瓦受力調整后，再進行推力頭的吊裝，再次測量鏡板邊緣水平，滿足要求才可進行下一步安裝。

(7)推力頭吊裝后進行推力頭與鏡板的預把合，調整推力頭與擋油圈的同心度。

(8)徹底清掃推力頭與鏡板面后，進行轉子吊裝。

4.3 推力軸承的受力調整

大藤峽水利樞紐電站推力軸承設有一套受力監(jiān)測系統(tǒng)，通過錐形支撐的支柱中心加工有通孔，孔內裝有測量桿，測量桿的不同位移反應各瓦間的不均勻載荷，在安裝時可以通過電子位移表測量該位移量，并據此對中心柱進行高度調節(jié)，從而使各瓦載荷達到均衡。在機組軸線調整之前，就要把推力軸承的受力調整在合格范圍內，也就是各托盤變形值與平均變形值之差不能超過平均變形值的±10%。

4.3.1 推力軸承受力調整條件

(1) 機組大件吊裝完成，準備進行軸線調整。

(2) 高壓油頂起管路，制動器油、氣管路安裝完成。

(3) 高壓油頂起管路，制動器油、氣管路調試完成。

(4) 推力受力監(jiān)測系統(tǒng)安裝調試完成。

4.3.2 推力軸承受力調整工藝

(1) 用移動油泵車通過制動器頂起轉子4～6 mm，同時啟動高壓油頂，使鏡板與推力瓦分離。

(2) 設置機組受力監(jiān)測系統(tǒng)初始值為0。

(3) 移動油泵泄壓，落轉子，使轉子所有重量落到推力瓦上。

(4) 記錄數據并根據數據調整分塊瓦中心柱，受力小的往上調，調整值初次不要太大，反復多次調整后得出經驗值。在調整受力時，中心柱調整最好同起或同落，這樣有利于經驗判斷。根據實際經驗中心柱起、落量對受力的影響不同，并且差異很大，不成比例，所以建議要么只調整受力小的中心柱往上起，或只調整受力大的中心柱往下落。

(5) 重復以上步驟反復多次調整，使受力調整滿足±0.005 mm(大藤峽托盤平均變形值為0.078 mm，依據規(guī)范要求為±0.0078 mm)。

(6) 在機組軸線調整完成后，復測推力軸承受力情況，若不滿足要求，重復1～4步驟。

4.4 推力軸承剩余工作安裝

推力軸承剩余工作安裝主要為：測溫電阻安裝，推力油冷器安裝、推力油槽蓋板安裝，推力油槽油擋安裝，油水管路安裝等。

4.4.1 推力軸承剩余工作安裝條件

(1) 機組軸線調整完成。

(2) 機組軸線調整推力臨時用油排出。

(3) 機組中心定位完成。

4.4.2 推力軸承剩余工作安裝工藝

(1) 徹底清理推力軸承油槽內部。

(2) 完成測溫電阻安裝及布線。

(3) 再次清掃推力油槽，并聯合監(jiān)理、業(yè)主進行驗收。

(4) 安裝油槽蓋板，把合，組合螺栓都要涂膠并依據圖紙做好鎖固工作。

(5) 安裝推力軸承油冷器，注意檢查密封。

(6) 安裝推力軸承油擋，調整油擋與大軸同軸度，使其滿足要求。

(7) 安裝推力軸承油水管路。

(8) 推力軸承注油。

至此，推力軸承安裝全部完成。

5 結語

大藤峽水利樞紐左岸廠房發(fā)電機組推力軸承安裝，屬國內軸流轉漿式水輪發(fā)電機組大推力負荷。目前大藤峽水利樞紐左岸廠房機組已全部投入商業(yè)運行，機組振動擺度數據優(yōu)良，推力瓦溫各項數據滿足規(guī)范及設計要求。通過對大藤峽左岸機組推力軸承安裝及調整的分析與實踐總結，為大推力負荷下推力軸承安裝增加了寶貴的經驗，也給后續(xù)更大推力負荷推力軸承安裝提供了借鑒。