三峽ALSTOM機組推力軸承結構優化改進

魏玉國

（哈爾濱電機廠有限責任公司，哈爾濱150040）

0 引言

三峽電站ALSTOM機組推力軸承為彈性小支柱式推力軸承，為ALSTOM專利結構，表面為巴氏合金，其內外徑分別為3.5 m和5.2 m［1］。自機組投入運行以來存在諸多問題，主要有：鏡板與推力頭連接螺栓均有不同程度的松動，部分機組鏡板與推力頭組合縫存在局部間隙及油流情況，鏡板與推力頭連接螺栓發生斷裂，鏡板與推力頭組合面銹蝕較嚴重等。受三峽電廠委托，我公司對造成上述現象的原因進行分析，根據我公司設計規范以及參考其他公司類似問題處理方法［2-3］，分析為以下原因導致上述軸承問題：1）鏡板厚度薄，剛度弱。推力頭與鏡板結合面間周期性出現了縫隙和被壓合的現象，導致鏡板推力頭結合面銹蝕及螺栓疲勞斷裂。2）把合螺栓數量少，規格小，抗疲勞能力弱。

為了消除三峽ALSTOM機組推力軸承問題要從這兩方面著手處理，增加鏡板厚度，增加把合螺栓數量或者增大螺紋規格，在鏡板推力頭把合面內外側增加密封圈。

1 推力軸承結構優化方案

對左岸ALSTOM鏡板和推力頭結構改造有下列4種方案，見表1。

表1 改造方案

1.1 方案Ⅰ具體實施步驟

推力頭、鏡板解體，拆開后全面清理銹蝕，車床分別修磨鏡板、推力頭把合面，在鏡板與推力頭把合面內外圓開密封溝，推力頭鏡板把合螺栓孔增加一倍，螺紋規格不變。

此方案保留了原鏡板和推力頭，因此須增加把合螺栓個數。數量和規格為32-M20，雙排64個孔，然后按圖紙要求加工修復各自的結合面和鏡面。修復后的鏡板厚度約75 mm，加工量應盡量小。此方案僅花加工費用，按計劃須等候加工用時，停機時間較長。改造后結構功能與右岸哈廠小改結構相當。

右岸哈廠機組推力頭與鏡板把合螺栓數量和規格為24-M20，雙排48個孔，無密封溝，目前使用下來，未再發現把合面銹蝕現象。此方案較哈廠右岸把合面的螺栓多，且設有密封條，把合面情況優于右岸哈廠機組，因此該方案是可行的。

圖1 推力頭鏡板裝配圖

具體說明：1）在推力頭和鏡板兩孔之間分別加工光孔和螺孔。2）在推力頭內外側加工密封溝8.6 mm×6.5 mm。3）配用的密封條為φ8 mm，長度32.5 m。4）因螺栓增加了，因此需要在內外圈環蓋上同樣增加一倍的孔，便于擰緊螺桿；重新加工M20雙頭螺柱；重新采購墊圈（GB/T97.1-1985140HV）和螺母（GB/T6170-2000 M308）。

1.2 方案Ⅱ具體實施步驟

更換鏡板，厚度增加為160 mm，為保證原高程，推力頭相應配車，推力頭鏡板把合螺栓孔增加一倍，內外圈螺桿分別由16-M20增大為M30。

此方案僅保留原推力頭，更換新鏡板，目的是增加鏡板厚度，因受導瓦位置限制，新鏡板厚度為160 mm。把合孔和螺栓數量為64個M36螺桿。應按改造用圖進行加工。該方案改造費用為修復推力頭和更換新鏡板費用。改造后結構功能優于VGS鏡板和推力頭結構，為推薦方案。

1.3 方案Ⅲ具體實施步驟

推力頭與鏡板采用整鍛結構，省去了螺桿螺母，徹底根除此問題。

圖2 推力頭鏡板最終方案裝配圖

此方案將原鏡板和推力頭全廢掉，更換一個鍛造成一體的鏡板推力頭結構，可徹底解決鏡板和推力頭結合面存在的不良影響。該結構的優點是：符合推力軸承性能計算時，假設鏡板和推力頭是完全一樣的剛性體，使性能提高；與導瓦摩擦的柱面比原鑄鋼的表面質量得到提升，對導軸承運行有利。保留原擋油管，需更換油槽蓋上的兩個小密封蓋，可保證原推力軸承的密封效果。改造費用較高，但按計劃改造停機時間較短，可做大拆后立即安裝。哈廠已有多臺機組安全運行整鍛鏡板推力頭實例，例如魯布革、天生橋、直孔電站。

1.4 方案Ⅳ具體實施步驟

推力頭、鏡板解體拆開后全面清理銹蝕，車床分別修磨鏡板、推力頭把合面，在鏡板與推力頭把合面內外圓開密封溝，推力頭鏡板把合螺栓孔增加一倍，螺紋尺寸改為M30。

此方案保留原鏡板和推力頭，增加把合螺栓個數和規格，將推力頭把合孔在原分布位置擴孔和鉆孔，數量和規格為32-φ32，雙排64個孔，將鏡板中螺孔在原分布位置攻鉆，螺孔數量和規格為32-M30雙排共64個，然后按圖紙要求加工修復各自的結合面和鏡面。修復后的鏡板厚度約為75 mm，加工量應盡量小。此方案僅花加工費用，按計劃須等候加工用時，停機時間較長。改造后結構功能與右岸哈廠小改結構相當。

具體說明：1）M20螺紋大徑φ20 mm，M30粗牙螺紋底孔φ26.5 mm，因此可以把鏡板中的M20螺紋改為M30螺紋。2）將推力頭上對應的孔加工到φ32 mm；沉頭孔加工到φ85 mm，距下面的距離為263 mm；在推力頭內外側加工密封溝8.6 mm×6.5 mm。配用的密封條為φ8 mm，長度32.5 m。3）因螺栓增加了，因此同樣需要在內外圈環蓋上同樣增加一倍的孔，便于擰緊螺桿；重新加工M30雙頭螺柱；重新采購墊圈（GB/T97.1-1985140HV）和螺母（GB/T6170-2000 M308）。

2 推力軸承結構優化方案

根據電廠觀測，推力頭與鏡板存在相對位移。螺桿斷裂部位為與鏡板連接段螺紋根部，斷口整齊，其中斷口上部約15 mm內有疑似擠壓痕跡，檢查其他螺栓孔發現，內圈螺栓孔及螺栓絕大部分有此痕跡，外圈螺栓孔無此現象。壓痕位置一致，均位于俯視逆時針側，懷疑螺桿有受到剪切應力的可能，因此在方案Ⅰ的基礎上，在推力頭與鏡板把合面上安裝了徑向銷釘，為避免銷釘在轉動時飛出，銷釘設計成“T”形，具體如圖2所示。

三峽電廠綜合考慮了上述各方案的改造成本及改造時間，最終確定了方案如下［4］：

1）推力頭與鏡板把合螺栓數量由16個增加為32個。

2）推力頭與鏡板把合面內外側增加2個密封槽，設置密封圈。

3）推力頭與鏡板把合面設置騎縫銷釘。

3 結語

三峽電站推力軸承已經改造完畢，目前軸承運行狀態良好。同時該案例提醒設計者在設計時要注意合理選擇鏡板的厚度及把合螺栓數量。

［1］ 王樹清，梁波.三峽右岸電站水輪發電機主要參數及結構優化［C］//大型水輪發電機組技術論文集，2008.

［2］ 楊忠.水輪發電機推力軸承油變黑故障分析與處理［J］.云南水利發電，2010（4）：86-89.

［3］ 王松林.白龍電站機組推力頭損壞的原因分析及處理［J］.四川水利發電，2002（2）：63-65.

［4］ 劉康寧.三峽5F機組鏡板修復工藝及分析［J］.機械工程師，2013（6）：261.