水輪發電機推力軸承彈性托盤千分表法調整受力的研究

摘 要：目前主流的水輪發電機組推力軸承結構有：彈簧油箱、錐形支撐、彈性托盤幾種。其中安裝難度較高的要數彈性托盤結構的推力軸承，由于結構方面的原因，該型軸承無法像彈性油箱結構的推力軸承那樣，自行分配受力。也無法像錐形支撐的軸承結構那樣，使用測量裝置配合，在推力油槽外側完成受力的調整，因此，我們對其受力調整的方法進行了簡單的研究分析。

關鍵詞：水輪發電機；推力軸承；彈性托盤；受力；千分表

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.17.148

0 引言

彈性托盤和支柱螺栓構成的推力軸承結構，其受力調整主要有三種方法：錘擊法、千分表法和應變儀法。由于成本控制的原因，水電安裝施工方一般都不配備應變儀和相應的應變電阻，這一安裝調整方式，大多是專業制造廠家，在科研時使用。所以，目前最常見的就是錘擊法和千分表法。由于錘擊法對操作者的依賴較強，需要有一定的經驗。施工期間，操作者揮動8磅左右的大錘，逐個敲擊扳手，旋緊托盤底部的支柱螺栓，要求每次的打擊力度均勻一致。使用千分表，從距離推力瓦最遠處的軸頸部位觀察，每次打擊支柱螺栓，軸線需要有所擺動，但不能超過0.01mm。最終，一周支柱螺栓錘擊完畢，操作者認為：各支柱螺栓緊度相同；而每次錘擊對軸線的影響也都在0.01mm以內；軸線的累積變化也不超標，即視為受力調整完畢，這是一個很精細的工作。

近年來由于從事該工作的操作者不斷減少，軸承的結構也越來越緊湊，尤其是傘式和半傘式機組，推力軸承布置在轉子下部，操作空間很有限。很多情況下人無法直立起來，難以揮動大錘來調整受力，都給受力調整造成了很大的困難。這時千分表法的實踐意義就顯得越來越重要。

1 試驗前的準備工作

（1）研究對象介紹。我們的受力調整研究是以千分表法為基礎，針對狹小空間的推力軸承結構來進行的。這種調整，不需要將推力瓦抽出，并在托盤上焊接測桿座，或者是布置應變片，軸承結構為本次研究對象，運行后8塊推力瓦溫偏差較大。最高運行溫度達到了79度，而最低溫度只有63度，顯然推力瓦的受力并不均勻。

（2）調整期間存在的問題。該推力軸承結構，使用推力頭下平面作為鏡板面，并且推力頭已經與轉子連接。如果將推力頭與鏡板脫開，需要大范圍拆機。傳統方式：起落轉子，將受力反復作用在鏡板上，并同時測量彈性托盤的變形在這種情況下無法實施。每次頂起轉子，都會使鏡板與推力瓦脫開。沒有鏡板幫助推力瓦保持水平，由于重心的關系，推力瓦會向進油邊方向傾斜。這就造成了一個問題：轉子回落時，我們在推力瓦上測得的可能不僅是壓縮量，還包含了推力瓦開始接觸鏡板，到受力期間產生的軸向旋轉。（以支柱螺栓球面為圓心）。并且，每次起落轉子時，無法保證鏡板各方向均勻向上提起，回落的過程也是一樣。部分推力瓦會先與鏡板面接觸。很難找到推力瓦完全與鏡板接觸，并開始受力的臨界點，為測量造成了很大的難度。

2 測量方法

（1）在推力瓦外側的起吊孔內安裝測量桿，每次只測量一塊推力瓦。（2）在距離推力瓦較遠的軸頸處，+x，+y方向，徑向布置千分表，用于檢測軸系的擺動。（3）在鏡板底部+x，+y方向，軸向布置千分表。用于檢測每次起落轉子時，鏡板的復歸情況。理論上，調整各推力瓦的受力，不應影響原鏡板的水平，或對軸系產生影響。（4）頂起轉子，直到被測推力瓦與鏡板面之間出現間隙，通過操作頂起油泵泄壓閥，使轉子緩慢下落，并同時監測鏡板與推力瓦的間隙變化，直到推力瓦與鏡板剛剛緊密結合的臨界點，鎖緊泄壓閥。（5）該項目中，頂起油泵壓力在10mp左右即可頂起，直到推力瓦和鏡板接觸前，壓力不下降。所以，轉子回落的過程中，也可以使用這一特點，交叉驗證，通過間隙監測所取的“推力瓦開始受力臨界點”是否正確。需要注意的是：由于鏡板回落的過程中并不均勻，有可能其他并未監測的推力瓦提前與鏡板接觸，并開始受力，也會造成油泵處壓力表的壓力回落。而此時被測的推力瓦與鏡板尚有間隙，這種情況應以間隙為準。但這種情況不常發生。通過實踐：通過間隙測得的“臨界點”和通過檢測壓力表測得的“臨界點”基本一致。（6）鎖緊泄壓閥后，開始將千分表座吸附在軸承內固定件上，如軸承油箱或座圈。千分表針打在測桿上。（7）快速泄壓，讓轉子重量壓在推力瓦上。（8）檢查鏡板下千分表歸零情況，檢查軸頸處千分表變化情況，檢查制動器脫開情況。讀取千分表讀數，即為該塊瓦的彈性托盤壓縮量。

3 受力調整

根據運行溫度，現場使用2、4、6、7四塊瓦作為基準，將其他四塊瓦向上不斷頂緊。瓦溫與測得的壓縮量基本吻合，但其中也包含了測量誤差和支柱螺栓的變形量等因素。并反復測量。完成第一次調整后，開機進行檢查。

對推力瓦進行了進一步調整，使各瓦受力情況進一步改善，8塊瓦的溫差已經得到縮小。鑒于這種經驗，并啟動運行了機組。

通過兩次的受力調整，已經使推力瓦溫差由16度縮小到了11.5度。測得的壓緊量僅相差10微米，所以，繼續用這種方法調整已經沒有意義了。現場針對最高的2號推力瓦，和最低的1、8號兩塊推力瓦，進行適當的錘擊來進一步縮小溫度差，最終保證8塊瓦的溫差在10度以內。

4 數據分析

通過實踐論證：在無法使用特制測量工具，測量推力瓦和托盤之間相對變形的情況下。（需要取出托盤，焊接螺母）直接測量單塊推力瓦，在受壓臨界點時，一直到完全承受轉子重量過程中的下沉量，也是調整推力瓦受力的一種可行方法。但由于測得的下沉量中包含了支柱螺釘、軸承座彈性變形以及部分測量誤差。通過這種方法來調整的推力瓦溫，溫差僅能控制在10度以內。但在這種特殊的工況下，傳統千分表法和應變儀法皆無法使用，無論從工作效率，還是調整精度上來說。該方法已經遠遠優于錘擊法。

5 結語

在未來的研究中，我們將使用特制的杠桿型千分表，直接將特制測頭伸入托盤下方，測量其變形量。并通過運行的數據來進行驗證其可行性。使推力瓦受力調這項工作愈加簡便，科學。最終擺脫對操作者經驗的依賴，適應標準化、程序化生產作業的要求。

作者簡介：王永亮（1979-），男，黑龍江哈爾濱人，研究方向：汽發發電機安裝。