蒲石河抽水蓄能電站發電電動機推力軸承設計

楊開黎，羅建華

（哈爾濱電機廠有限責任公司，哈爾濱 150040）

前言

蒲石河抽水蓄能電站機組制造合同于 2006年 11月簽訂，是哈電公司繼回龍、白山、寶泉抽水蓄能項目之后的又一大型抽水蓄能項目，哈電公司作為主承包方，與ALSTOM公司進行聯合設計合作制造。

1 機組主要參數

表1 機組主要參數

蒲石河抽水蓄能電站位于遼寧省丹東市寬甸滿族自治縣境內，電站總裝機容量1200MW，安裝4臺單機容量 300MW 的立軸可逆式機組。電站建成后并入東北電網，擔任調峰、填谷、調頻、調相和事故備用任務。

圖1 總裝配

電站首臺機組已于2011年12月30日并網發電。

2 總體結構

發電電動機為立軸半傘式密閉自循環空氣冷卻三相凸極同步發電電動機，如圖1和圖2。發電電動機主要部件包括：定子、轉子、上機架、上導軸承、下機架、推力及下導軸承、空氣冷卻器、埋入基礎、制動系統、滅火系統、蓋板、管路、電纜等必要的輔助部件。

圖2 總裝配三維圖

圖3 推力及下導軸承裝配

發電電動機布置一套推力軸承和兩套導軸承。機組上端設置一套獨立的上導軸承，與其配套布置一個油槽和一套內循環冷卻器。機組下端設置一套組合軸承，包括推力軸承和下導軸承，與其配套布置一個油槽和一套外循環冷卻系統。

3 推力及下導軸承

推力及下導軸承由下機架、下導軸承、推力軸承、擋油管、外循環油冷卻器和油槽密封蓋板等組成，如圖3和圖4所示。

圖4 推力及下導軸承三維圖

3.1 下機架

下機架為負荷機架，包括1個中心體和8個徑向支臂，用優質熱軋鋼板焊接而成，如圖5和圖6所示。支臂與中心體在廠內進行預裝，在工地進行組焊。在中心體的外壁上開有8個窗口，便于檢修推力軸承瓦。下機架的末端與基礎連接。下機架不僅承受機組轉動部分重量和水推力等軸向負荷，同時還承受下導軸承的徑向負荷。

圖5 下機架

3.2 推力軸承瓦

推力軸承設12塊巴氏合金軸瓦。軸承支撐包括托盤、支柱及支座等部件，見圖7和圖8。

托盤位于推力瓦與支柱之間，可以起到減小軸瓦變形和避免軸瓦中部應力集中的作用。

圖6 下機架三維圖

支柱頂面為球面，中間通過一段M80的螺紋與支座相連，通過M80的螺紋來調節支柱的高度。支柱中心加工有通孔，孔內設有測量桿。因為各軸瓦上的不均衡載荷會造成各支柱間的壓力差，這個壓力差直接反應為各支柱中測量桿的不同位移量，在安裝時可以通過電子位移表測量該位移量，并據此對支柱進行高度調節，從而使各軸瓦的載荷達到均衡。

圖7 推力軸承瓦支撐

圖8 推力軸承瓦

3.3 下導軸承瓦

下導軸承設置12塊巴氏合金瓦，為自泵型導瓦，利用推力頭外緣作為摩擦面，可實現油的自循環而無需輔助油泵，見圖9。

下導軸承采用楔子板支撐結構，導瓦與滑轉子的間隙通過測量并配加工楔子板背面的凸臺厚度來保證，該結構可以保證導瓦與滑轉子的間隙值不會因為振動等因素而發生改變。

下導軸承瓦軸向自由放置在固定環上，在下導軸承瓦的背面沿周向設有兩個圓柱銷，運行時兩銷夾在方形支柱的兩側，對下導軸承瓦可以起到周向限位的作用，該結構可以保證下導軸承瓦在機組運行時活動自如。

圖9 下導軸承瓦

圖10 外循環冷卻器系統及主要參數

3.4 輔助部件

下導軸承與推力軸承合用一個油槽, 油槽內設有兩層蓋板，一層是推力軸承瓦附近的中間蓋板，另一層是下導軸承瓦上方的內軸承蓋。油槽被分為三部分，一部分是推力軸承瓦以下的冷油區域，第二部分是下導軸承瓦附近的熱油區域，第三部分是下導軸承瓦上部的溢油區域。冷油區域和溢油區域間用管路連接，這樣可以保證由于溫升和轉動等原因導致溢出的油流回到冷油區域，并起到平衡各區域油壓的作用。

內軸承蓋與推力頭之間徑向為間隙密封，可以防止熱油的溢出，間隙可用螺栓調整，其軸向可移動，以滿足頂轉子的要求。

在下導軸承的上部設有上密封蓋，上密封蓋為 2層密封結構。密封件為嵌入槽內的銅質密封條，軸承油霧在密封蓋層間通過吸油霧系統排出。

推力和下導軸承瓦全部浸入潤滑油，機組運行時潤滑油被帶入推力和下導軸承磨擦面之間，從而保證油膜形成。

3.5 潤滑系統

推力及下導軸承循環潤滑冷卻系統為外循環系統，利用下導軸承瓦自身泵的作用維持油路循環，見圖11。油冷卻器設置在機架支臂上（如圖10），冷卻器容量配置滿足在一臺冷卻器退出運行時，機組在額定工況下安全、連續運行而軸承的溫度不超過允許保證值。

圖11 外循環冷卻系統管路

3.6 高壓油頂起系統

推力軸承設置一套高壓油頂起裝置，以供機組起、停機時自動向推力軸承瓦表面注入高壓油。高壓油泵在機組起動前投入，在機組達到90%額定轉速時關閉；機組停機過程中，當轉速下降至90%額定轉速時，高壓油泵投入，在機組完全停轉后5s時，關閉高壓油泵，如圖12。高壓油頂起計算參數見表2。

表2 推力軸承高壓油頂起參數

圖12 高壓油頂起系統原理圖

3.7 軸承運行參數（首臺機組實際運行參數）

（1）發電工況各軸承振動擺度值見表3。

表3 發電工況軸承振動擺度值

（2）抽水工況各軸承振動擺度值見表4。

表4 抽水工況軸承振動擺度值

（3）發電工況各軸承瓦溫度見表5。

表5 發電工況軸承溫度

（4）抽水工況各軸承瓦溫度見表6。

表6 抽水工況軸承溫度

4 結束語

蒲石河發電電動機是哈電公司首次作為抽水蓄能項目的主承包方，法國ALSTOM公司僅作為技術支持方負責審查哈電公司設計的圖紙，改變了抽水蓄能項目打捆招標學習技術階段，哈電公司只能作為國外公司的分包廠家從事部分零部件生產制造的地位，同時也進一步強化了對抽水蓄能技術的消化吸收。蒲石河首臺機組運行參數均滿足合同技術規范的要求，軸承整體運行性能良好，證明推力軸承的結構設計是合理的，為后續獨立自主設計抽水蓄能機組提供可靠的技術依據。