水布埡電廠推力瓦鎖定裝置結構優(yōu)化設計

傅 超，熊佳進，代軼帥，江 旭

(湖北清江水電開發(fā)有限責任公司，湖北 宜昌 443000)

水布埡電站的發(fā)電機結構形式為立式半傘式結構，推力軸承位于轉子下部的下機架上，承受水輪發(fā)電機組所有轉動部分的重量以及水輪機的軸向水推力，機組推力負荷為2 350 t。推力軸承共有20塊鎢金瓦，推力瓦是雙層瓦的結構，托瓦與面瓦之間通過鍵連接，推力瓦前后通過擋塊限位。推力軸承采用的是彈簧束支柱形式，每塊瓦下有92個小彈簧，各推力瓦之間用間隔塊進行分隔。

1 情況介紹

2017年10月，對水布埡2號機組進行常規(guī)性B修，在檢修過程中發(fā)現(xiàn)推力瓦存在卡死的情況，且推力瓦底瓦和面瓦之間存有徑向相對位移的現(xiàn)象。測量20塊底瓦與間隔塊之間的間隙，發(fā)現(xiàn)多塊瓦的間隙為零。數(shù)據(jù)如表1。水布埡機組采用小彈簧束支撐結構，通過推力瓦底部小彈簧的自調(diào)節(jié)作用，一方面幫助機組在運行過程中，在推力瓦與鏡板之間形成油膜來減小摩擦力；另一方面可以優(yōu)化推力瓦載荷分布，減小推力瓦變形，進而優(yōu)化推力瓦瓦面的壓力、油膜和溫度分布[1]。而推力瓦卡死，使推力瓦喪失了自調(diào)節(jié)作用，會導致推力瓦瓦面受力不均勻，使瓦溫升高，造成機組的非計劃停運，給機組安全穩(wěn)定運行帶來極大隱患。根據(jù)水布埡電廠2號機組2017年汛期推力瓦溫情況如表2，出現(xiàn)卡死現(xiàn)象的推力瓦溫度明顯偏高。為保證機組安全穩(wěn)定運行，決定對推力瓦擋塊結構進行優(yōu)化設計。

表1 水布埡2F托瓦與間隔塊間間隙測量數(shù)據(jù)表(測量精確度為0.05 mm)

表2 水布埡電站2號機組2017年汛期推力瓦溫情況表

2 原因分析

結合實際情況分析造成推力瓦出現(xiàn)卡死現(xiàn)象的原因主要有以下4個原因。

2.1 機組軸線不好

水布埡電站2號機組2008年投產(chǎn)發(fā)電以來，機組的軸線一直處于合格范圍的邊緣，且推力軸承處擺度存在超標的情況。由于推力軸承處擺度大，機組滿負荷運行時，鏡板有限的范圍內(nèi)發(fā)生不規(guī)則擺動同時帶動推力瓦發(fā)生徑向位移，從而造成推力瓦卡死。

經(jīng)過后續(xù)1、4號機組C修中檢查推力軸承發(fā)現(xiàn)推力瓦也存在不同程度的卡死現(xiàn)象，但1、4號機組的軸線情況良好。因此機組軸線不好應該不是造成推力瓦出現(xiàn)卡死現(xiàn)象的主要原因。

2.2 推力瓦內(nèi)側擋塊強度不夠

如圖1所示，水布埡電站推力軸承推力瓦鎖固裝置有三個部分：①瓦架和底瓦之間的擋塊；②底瓦與面瓦之間的擋塊；③裝在內(nèi)側的內(nèi)擋塊。通過這三個部分處的擋塊將推力瓦限制在一定范圍內(nèi)。

圖1 水布埡電站推力軸承推力瓦鎖固裝置圖

在2號機組推力軸承解體檢修中發(fā)現(xiàn)裝在內(nèi)側的20塊擋塊發(fā)生了不同程度的變形，有的擋塊已經(jīng)不能對推力瓦起到限制作用。查閱相關圖紙資料可以確定，內(nèi)擋塊尺寸25×45×10mm，材料為Q235，通過一個M16×60的螺栓固定在瓦架上。在機組運行過程中，內(nèi)側擋塊受到推力瓦給它的較大沖擊力，長此以往對內(nèi)側擋塊的沖擊導致?lián)鯄K變形。據(jù)此判斷，推力瓦內(nèi)側擋塊強度不夠是推力瓦出現(xiàn)卡死現(xiàn)象的主要原因。

2.3 停機后鏡板的熱脹冷縮帶動推力瓦徑向移動

當機組處于停機狀態(tài)時，推力軸承中的鏡板和推力瓦貼合在一起，會產(chǎn)生吸住的現(xiàn)象，我們稱之為“吸瓦”，這種狀態(tài)，鏡板與推力瓦間摩擦力較大。機組停機后，由于鏡板的熱脹冷縮，在鏡板冷卻收縮時，通過摩擦力帶動推力瓦往大軸方向發(fā)生微小移動，停機過程中反復出現(xiàn)，對推力瓦徑向位移產(chǎn)生一定影響[2]，本項為推力瓦出現(xiàn)卡死的一個原因。

2.4 檢修次數(shù)頻繁，安裝工藝不到位

由于機組檢修空間限制，歷次檢修抽取的推力瓦都是在1/6/11/16號4塊推力瓦中隨機兩塊方向相互垂直的推力瓦。在機組回裝時，為了確保推力瓦回裝到位，安裝人員都需要把推力瓦回推到頂，推力瓦面瓦與其內(nèi)擋塊發(fā)生碰撞使其彎曲。但在推力軸承解體檢查時發(fā)現(xiàn)不經(jīng)常抽取的推力瓦也存在卡死的情況，所以這不是主要原因。

3 解決問題

針對以上分析的原因，制定了相應的處理方法。

3.1 機組停機時增加投入高壓油裝置時間

目前水布埡機組停機過程中，當轉速達到90%時，投入高壓油頂起裝置，當停機后，退出高壓油裝置[3]?，F(xiàn)在停機后延遲1～2 min，再退出高壓油泵，來保持推力瓦鏡板間油膜，減少摩擦力，來減少熱脹冷縮帶來的徑向位移。

3.2 對推力軸承內(nèi)擋塊進行改造

針對內(nèi)側擋塊強度不夠的原因，我們對其內(nèi)側擋塊進行改造。改造設計如圖2所示；由于這種設計需要改變機組結構，日常的B修和C修中不具備改造條件。在日后的水布埡電站A修中會采取這種改造設計。

圖2 內(nèi)擋塊改造設計圖

3.3 對推力軸承外側擋塊進行優(yōu)化設計

利用推力瓦外側現(xiàn)有的螺紋孔進行擋塊的優(yōu)化設計，加工強度更高的擋塊。通過對外側擋塊優(yōu)化設計，使其具有限制推力瓦發(fā)生徑向位移的功能。安裝后如圖3所示。

圖3 推力擋塊安裝圖

此次對推力軸承外側擋塊結構進行優(yōu)化設計，使其具有以下幾個特點：①加大兩側擋塊，增加強度；②兩側擋塊限制托瓦徑向移動，大軸方向和機架方向均受到束縛；③新?lián)鯄K上面的螺紋孔加工成橢圓孔，保證了推力瓦軸向和圓周方向的自由度，推力瓦自調(diào)節(jié)作用不受影響，有利于油膜的形成；④推力瓦上部螺栓平墊，改造成斜墊，將薄的一端安裝在上部，給推力瓦預留了一點徑向活動量。

并且在安裝工藝上總結了幾點注意事項：①推力瓦安裝時，保證間隙約2 mm；②擋塊緊固件需要涂螺紋緊固劑，防止松動；③限位螺栓調(diào)整到位后，用背帽對其限位[4]。

4 結 語

目前已對水布埡1、2、3號機組進行改造，2年來，通過后續(xù)C修中，對推力瓦進行檢查，推力瓦與間隔塊之間間隙均大于1.5 mm，用小撬棍可以上下撬動，移動靈活，無卡死現(xiàn)象，本次改造取得了成功。

推力瓦是機組的心臟，推力瓦卡死，導致多點彈簧束支撐式推力瓦失去自我調(diào)節(jié)能力，將直接關系到機組的安全和穩(wěn)定運行。通過對推力瓦擋塊的改造，有效解決這個問題，保證了機組安全穩(wěn)定運行，對出現(xiàn)類似情況的水電站推力軸承改造工作具有很好的借鑒意義。