亭子口電站小彈簧簇推力軸承結構特點

何丹心

（嘉陵江亭子口水利水電開發有限公司，四川 蒼溪 628400）

亭子口水利樞紐位于四川省廣元市蒼溪縣境內，下距蒼溪縣城約15 km，是嘉陵江干流開發中唯一的控制性工程。工程以防洪、城鄉供水及灌溉、發電為主，兼顧航運、攔沙減淤等其他綜合利用效益。工程等級為一等，規模為大 （1）型，通航建筑物為2×500 t級，廠房內裝設4臺單機額定容量為275 MW、額定轉速為100 r/min的水輪發電機組，水輪發電機的型號為SF275-60/14700，發電機采用了全空冷的立軸半傘式結構。

1 推力軸承選型及主要技術參數

在大型水輪發電機組中，推力軸承是機組核心的組成部分之一，推力軸承的設計選型是否合理將直接影響水輪發電機組的安全穩定運行，亭子口水利樞紐工程通過技術和經濟比較，選用了東芝水電設備 （杭州）有限公司生產的小彈簧簇支撐結構推力軸承發電機，該結構軸承具有結構簡單，能適應推力瓦的熱變形和應力變形，滿足推力瓦和鏡板間的油膜特性，具有油膜厚度均勻、油膜壓力峰值小、承載能力大、運行平穩和適應范圍廣的特點；另外，其下導軸承和推力軸承共用一個油槽安裝在下支架上，機組的整體高度有所降低。

小彈簧簇支撐結構推力軸承的主要技術參數如下:推力負荷1730 t；額定轉速100 r/min；推力瓦內外徑分別為φ2270、φ3400 mm，厚度130 mm，推力瓦角度22°，有效面積43052.621 cm2，平均面壓41.1 kg/cm2，平均周速度14.84 m/s；軸承最小油膜厚度0.05 mm；鏡板內外徑φ2265、φ3405 mm，厚度150 mm；每塊瓦有彈簧50個，彈簧彈性系數1140 kg/mm；設計平均油溫45℃；油槽軸承總損耗234.7 kW。

2 推力軸承結構及特征

2.1 軸承結構

推力軸承裝于下機架中心體的推力油槽內，采用巴氏合金瓦，由14塊扇形瓦組成，主要結構部件有:推力頭、鏡板、小彈簧簇、推力軸承平臺、隔油板、集油室、擋油板、外置油冷器、高壓油頂起裝置等組成。亭子口水利樞紐電站機組的軸向負荷達17300 kN，綜合考慮軸承的面壓、周速及PV值的要求后，采用了14塊扇形巴氏合金瓦的布置方式，每塊瓦下面布置有50個共計700個小彈簧來支撐，這是該推力軸承最為突出的特點，小彈簧有一定的預緊量，這在出廠時已做好調整。機組運行時油膜的形成，主要來源于這50個小彈簧布置，每個間隔區內的小彈簧按瓦在周向的偏心要求布置，布置范圍達到每塊瓦圓周方向范圍的85%，使得整塊瓦的底部都受到彈簧的作用，保證了推力瓦受力均勻，瓦的熱變形和應力變形都能通過小彈簧的彈性變形來調節。推力瓦的檢查無需吊到油槽外進行，只需把專用的工具安裝在油槽上，就可以在油槽內檢查推力瓦了。小彈簧的布置示意如圖1所示。

圖1 推力軸承小彈簧布置

推力軸承臺與下機架連接，軸承臺的水平由下機架支臂來安裝調節，小彈簧支撐面的水平則通過控制彈簧高度及彈性系數來實現，簡化了電站安裝時調整的工作量。

推力軸承配有高壓油頂起系統，以便機組在開機或停機過程中向推力瓦面注入高壓油，形成潤滑油膜，防止鏡板與推力瓦間形成干摩擦而損壞鏡板或推力瓦；高壓油泵壓力為20 MPa，啟動瞬間壓力大18 MPa，正常運行時壓力為8.5 MPa，以保證有0.05 mm的油膜厚度。

推力頭與轉子中心體及鏡板與推力頭均通過螺栓直接聯接，所有聯接螺栓都用液壓拉伸器按規定的伸長量進行緊固，確保0.03 mm厚的塞尺無法塞入，此聯接方式安裝拆卸非常方便。

下導瓦布置在推力油槽內，與推力軸承共用一個油槽，共20塊瓦均勻地分布在推力頭圓周上，軸瓦與滑轉子的間隙由調整螺栓進行調整；推力油槽蓋板整體成型安裝在油槽上方，在180°方位開有2個軸瓦檢修窗，只要裝上專用的輪子，無需把油槽蓋吊起來只需轉動油槽蓋就能檢修所有的軸瓦，這減輕了機組檢修維護的工作量。

2.2 推力軸承的冷卻方式

推力軸承另一個獨具特點的就是軸承的冷卻系統，推力軸承的冷卻系統由鏡板泵外循環、集油室、隔油板、外置并列運行的2個油冷卻器組成，集油室在鏡板側的表面材料為巴氏合金，方便現場安裝時進行修刮，以達到集油室密封間隙 （單側）0.55 mm的要求。在油槽油溫45℃下，通過對推力瓦滑動面的摩擦損耗、瓦間的攪拌損耗、推力頭 （鏡板）內外側的攪拌損耗、下導軸承的摩擦損耗、下導瓦間的攪拌損耗的計算，得出了推力油槽軸承的總損耗為234.7 kW，所有油冷器的循環油量Q為1000 L/min、功率為260 kW。鏡板的設計厚度為150 mm，在滿足推力軸承循環油量即1000 L/min條件下，充分考慮鏡板泵的工作壓力、鏡板泵泵孔數量對鏡板等效厚度、鏡板固定螺栓數量的影響下，合理的選擇泵孔的數量可提高泵的循環油流量和工作壓力。本工程在鏡板的徑向方位開了30個φ40 mm的泵孔，利用機組轉動時潤滑油旋轉的離心力作用形成泵的效應，通過集油室獨特的流道，保證了推力軸承冷卻循環油所需的工作壓力和流量，確保了熱油在流經冷卻器時能夠進行充分的熱-冷能量交換，使油槽的油溫維持在設計的范圍內。這種獨特的冷卻方式不需要單獨設置外循環油泵及其控制系統，具有安全可靠、結構簡單、檢修維護簡單等特點。同時，為了使推力瓦的散熱效果更好，根據對推力瓦的強度及軸向負荷核算結果，在每塊推力瓦的徑向方位開了5個φ32 mm的散熱孔。

3 推力軸承的運行情況

衡量發電機推力軸承工作良好的標準為:推力瓦瓦溫的平均溫度不小于60℃，推力瓦的最高瓦溫與最低瓦溫的溫差不小于8℃。亭子口水利樞紐電站從2013年08月投產至今，推力軸承運行工況良好，瓦溫穩定，最高瓦溫與最低瓦溫間的溫差在1～2℃內。表1為負荷為200 MW時推力軸承軸瓦的溫度數據。

從表1可以看得出，亭子口水利樞紐電站推力軸承運行穩定，瓦溫均勻穩定，性能和指標都達到了設計標準。

表1 推力瓦溫度數據 ℃

4 結 論

目前亭子口水利樞紐電站4臺機組已經全部投產，機組運行穩定、安全、可靠，工程中使用的小彈簧簇結構的推力軸承具有結構簡單、無需受力調整及現場刮瓦、采用鏡板泵外循環加外置冷卻器組成的冷卻系統等優點，其成功應用對其他水電工程具有重要的參考借鑒意義。

［1］劉云.水輪發電機故障處理與檢修 ［M］.北京.中國水利水電出版社,2007.

［2］陳秀芝,等.水輪發電機機械檢修 ［M］.北京:中國電力出版社,2004.

［3］吳鵬.小彈簧簇多點支撐結構在大型推力軸承上的應用 ［J］.水力發電，2013,39（4）: 61-63.