葛洲壩電站水輪發電機上導軸承改造分析

楊　舉，艾　斐（葛洲壩水力發電廠，湖北 宜昌 443002）

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葛洲壩電站水輪發電機上導軸承改造分析

楊舉，艾斐
（葛洲壩水力發電廠，湖北 宜昌 443002）

摘要：介紹了葛洲壩電站水輪發電機上導軸承的結構；計算、分析了上導軸承改造方案的可行性；通過對4號機上導軸承改造前、后各項試驗及運行數據的對比分析，驗證4號機上導軸承改造的效果，為葛洲壩其它機組上導軸承改造提供借鑒。

關鍵詞：葛洲壩電站；水輪發電機；上導軸承；改造

1概述

葛洲壩電站安裝有21臺軸流轉漿式水輪發電機組，均為立軸半傘式結構，額定水頭18.6 m，總裝機容量2 715 MW。1～7號機組安裝于葛洲壩二江廠房，8～21號機組安裝于葛洲壩大江廠房。其中，1、2號水輪發電機型號為TS1760/200-110，額定出力170MW，額定轉速54.6 r/min。3～21號水輪發電機型號為SF125-96/15600，額定出力為125 MW，額定轉速62.5 r/min。發電機主要由定子、轉子、上機架、推力支架、下風罩、上導軸承、推力軸承、制動系統、空冷器等部分組成。

葛洲壩電站上導軸承布置于上機架中心體內，屬分塊瓦式滑動導軸承，主要由擋油筒、滑轉子、12塊軸承瓦、抗重螺栓、套筒、座圈、擋油板、12個油冷卻器、油槽、蓋板、密封環等組成（如圖1所示）。上導軸瓦為扇形鎢金瓦，瓦背設置有支持座、鉻鋼墊、槽型絕緣等部件（如圖2所示）。上導軸承采用抗重螺栓限位方式，抗重螺栓端部為一球面，軸瓦間隙為抗重螺栓球面至鉻鋼墊間隙。1、2號機設計安裝單邊間隙為0.16～0.17 mm，3～21號機設計安裝單邊間隙為0.15～0.16 mm。

2上導改造必要性分析

（1）葛洲壩電站21臺機組均已運行30年左右。受限于當時設計、制造及安裝水平，加之上導軸承存在較大老化、磨損現象，原上導軸承已經不能完全保證機組安全、穩定運行。近年來，葛洲壩電站全面啟動了水輪機轉輪及發電機定、轉子增容改造工作，可在此期間進行上導軸承更新改造工作。

（2）上導軸承抗重螺栓至上導瓦瓦背依次有鉻鋼

圖1葛洲壩機組原上導軸承結構

圖2葛洲壩機組原上導軸瓦剖面圖

1）鉻鋼墊置于支撐座圓槽內，部分鉻鋼墊與圓槽配合比較松動，不能保證鉻鋼墊與支撐座圓槽底部之間緊密貼合。調整間隙時，鉻鋼墊與支撐座之間可能會存在間隙，此間隙的存在無疑會影響軸瓦實際間隙。

2）槽型絕緣與瓦背、槽型絕緣與支撐座之間因加工及安裝因素存在間隙，此間隙會改變軸瓦間隙，且此兩處間隙很難控制與消除。

3）機組在長時間運行時，在軸承所受徑向不平衡力的沖擊下，槽型絕緣、支持座、鉻鋼墊表面及抗重螺栓端部都會發生變形，這也會導致上導瓦間隙發生變化，從而影響上導擺度。例如，2013年前后葛洲壩7號機上導擺度偏大，汛期擺度達到0.41mm，處理時發現有10塊上導瓦的鉻鋼墊表面都低于上導支撐座表面，抗重螺栓與支撐座表面有明顯接觸痕跡。3號、4號上導瓦支撐座表面有明顯裂紋，應為機組大擺度運行時較大沖擊力所致。如圖3、圖4所示。

圖3鉻鋼墊表面低于支撐座表面

圖4支撐座背面被抗重螺栓沖擊出現裂痕

（3）間隙調整工藝落后。葛洲壩上導瓦間隙調整采用傳統的大錘作業方式，用大錘敲擊抗重螺栓，以改變抗重螺栓與鉻鋼墊間隙。作業空間狹小，工作量大，作業過程存在較多不安全隱患。

（4）上導軸瓦間隙的可靠性直接影響上導擺度及機組穩定性，關系到機組安全穩定運行。故需要探索、研究葛洲壩機組上導軸承改造方案，將原導軸承改造為調整間隙固定可靠、間隙調整方便的結構型式。

3上導改造方案

根據葛洲壩電站125 MW機組導軸承設計參數，可以計算得出額定工況下導軸承及冷卻器相關參數。計算結果見表1。導軸承主要數據均符合有關參數取值范圍。

表1 葛洲壩4F機組上導軸承潤滑數據計算表

3.1改造內容

3.1.1更換12塊上導瓦（瓦面材質仍為鎢金瓦）。

3.1.2將導瓦支撐由支柱螺絲支撐改為楔子板加球面支柱支撐結構。如圖5所示。與支柱螺絲支撐結構相比，楔子板結構具有結構尺寸確定、調整間隙固定可靠、導瓦間隙調整方便等特點，此種結構導軸承已在立式發電機上得到了普遍采用。

圖5改造后上導軸承結構

3.1.3改變上導瓦支撐方式后，需要同步改造其它部位，如為使原油槽密封蓋能正常使用，需在導軸承座圈上部增加支撐環。

3.2支撐部件計算

（1）鉻鋼墊參數。鉻鋼墊材質為鍛鋼GCr15，楔子板材質為鍛鋼38CrMoAl，鉻鋼墊球面半徑SR1000 mm，直徑60 mm，楔子槽深度10 mm。

（2）強度計算

1）鉻鋼塊球面對楔子板槽底（球對平面）：

其中

2）鉻鋼塊側面對楔子板側面（柱對平面）：

其中

以上計算結果表明，額定工況下支撐部件強度數據符合要求。

3.3間隙調整

調整間隙時，利用百分表或深度尺測量楔子板垂直高度差，調整軸瓦單邊間隙為0.15～0.16mm。

4改造后數據分析

（1）在葛洲壩電站2014～2015年度A修暨水輪機增容改造中，對4號機組上導軸承進行了改造。4號機是葛洲壩電站第一臺上導改造的機組，其改造方案、經驗及成果對其它機組上導改造具有借鑒與指導意義。

（2）葛洲壩4號機修后進行自動開機、升速、變負荷、甩負荷等試驗。各試驗階段上導軸承擺度及溫度均符合標準要求，各項試驗數據見表2。

（3）葛洲壩4號機組進入正常運行后，上導運行情況良好，擺度及溫度數據均符號標準要求。修前、修后及與同類型機組比較數據見表3。

表2葛洲壩4號機試驗階段上導擺度及溫度

表3 葛洲壩4號機正常運行階段上導擺度及溫度

5結束語

葛洲壩電站4號機上導改造后試驗及運行情況良好，擺度及瓦溫均遠低于標準要求，改造達到了預期效果，為葛洲壩電站其它機組上導軸承的改造工作積累了經驗，也希望對同類型機組軸承改造有一定的參考和借鑒意義。

參考文獻：

［1］大連三環復合材料技術開發有限公司.葛洲壩電站上導軸承改造可行性方案研究［Z］.

［2］中國長江電力股份有限公司檢修廠.葛洲壩電站4F機組上導軸承改造施工方案［Z］.

［3］中國長江電力股份有限公司技術研究中心.葛洲壩水電站4F水輪機增容改造后試驗報告（2015）［Z］.

［4］GB/T8564-2003水輪發電機組安裝技術規范［S］.

［5］劉三成.立式水輪發電機上導軸承擺度增大的分析處理［J］.研究與分析，2007（9）.

中圖分類號：TK730.3+22

文獻標識碼：B

文章編號：1672-5387（2016）06-0006-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2016.06.003

收稿日期：2016-01-22

作者簡介：楊舉（1987-），男，工程師，從事水輪發電機組的維護與檢修工作。墊、支撐座、槽型絕緣，調整間隙時，利用塞尺檢查鉻鋼墊與抗重螺栓之間的間隙，將此間隙視為軸瓦單邊間隙，軸瓦間隙受瓦背支撐座、鉻鋼墊、槽型絕緣等部件的影響較大。