抽水蓄能發電電動機推力瓦位移案例分析與處理

王 榮，王小建，肖先照，朱益鵬

(江蘇國信溧陽抽水蓄能發電有限公司，江蘇常州213334)

0 引 言

推力軸承起到承擔水輪發電機組軸向水推力和轉動部件重量，限制轉動部件在給定的軸向位置旋轉的作用，是水輪發電機中至關重要的部分。推力瓦是推力軸承中設計、加工精度最高、安裝標準最為嚴格、運行和維護需重點關注的部件之一。推力瓦燒毀、損壞事故也是所有水輪發電機組推力軸承事故中最為嚴重的事故[1-3]。因此，推力瓦問題應該予以高度重視。

近幾年來，抽水蓄能電站建設發展勢頭迅猛；與此同時，也出現了各種問題。其中，推力瓦位移問題是一個比較具有代表性的問題，蓄能機組和常規機組均出現過。本文研究了溧陽抽水蓄能機組推力及下導軸承裝配中推力瓦位移問題，分析了推力瓦產生位移的原因，總結了一些處理方案和防范措施。

1 基本情況

溧陽抽水蓄能電站裝有6臺單機容量為250 MW的混流可逆式水泵水輪機-發電電動機組。發電電動機為半傘式結構。推力及下導軸承組合體位于轉子下方，共用一個油槽[3-7]。機組額定轉速為300 r/min，飛逸轉速為475 r/min，額定推力負荷為7 987 kN。推力軸承配置12塊巴氏合金推力瓦，并配備有高壓油頂起系統[8]，采用外加泵外循環冷卻方式[9-10]。推力瓦由薄瓦和托瓦組成，薄瓦和托瓦采用鴿尾鍵連接固定，前后采用擋板限位。推力及下導組合軸承裝配見圖1所示，推力瓦裝配見圖2所示。

圖1 推力及下導組合軸承裝配

2 推力瓦位移問題

溧陽抽水蓄能電站在機組檢修期間先后發現2號和5號機組推力及下導軸承中幾乎所有推力薄瓦和托瓦在徑向發生了相對位移，均為向內側移動，最大移動量達到40 mm，內側擋板變形嚴重，推力瓦面出現了損壞(見圖3～5)。

圖3 推力瓦位移

圖4 推力瓦位移

圖5 推力瓦面損壞

由于大部分推力瓦存在較大位移，致使推力瓦的承載能力減小，推力瓦的相對位置得不到限制，可能面臨著推力瓦燒損的風險。另外，內側擋板隨時存在斷裂，固定擋板的螺栓松動脫落在油槽內損傷推力瓦烏金表面和測溫元件引線的可能性。薄瓦向內側撞擊擋油管，使擋油管變形的可能性增加。

3 推力瓦位移原因分析

推力瓦和鏡板之間存在油膜，依靠剛性油膜來承載整個推力負荷，機組運行過程中鏡板和推力瓦之間存在周向摩擦力，周向摩擦力作用在推力瓦上，沿徑向內側有個分力。機組頻繁啟停作用下，最終導致薄瓦向內側移動，產生相對位移。目前只發現2號、5號機組存在此問題，其余機組均未出現明顯位移跡象，且2號機組運行的時間最短。如此之大的差異，綜合分析如下：

(1)機組啟停過程中推力瓦在徑向方向受到較大的分力，內側擋板受力力臂較長，剛度較差(10 mm鋼板Q235B)，彎曲變形是推力薄瓦存在徑向位移的本質原因。

(2)機組起停機頻繁，正反轉的運行特性導致擋板頻繁受徑向分力的作用，最終擋板疲勞彎曲。

(3)擋板螺栓出現松動，擋板與薄瓦存在間隙，推力薄瓦上鴿尾槽和固定的鴿尾鍵間隙過大等因素是造成2號、5號機與其他機組存在差異的原因。

(4)由于停機時推力頭由熱態變為冷態，從而產生徑向向內的熱收縮力。當高頂退出后，推力頭與推力瓦之間無潤滑，摩擦力較大。徑向收縮力將帶動推力瓦向內產生微小位移。上述過程在停機過程中反復出現。經過長期的累積，軸瓦出現向內徑的明顯移位。

4 處理措施

針對上述分析原因，溧陽抽水蓄能電站機組采取了如下處理措施：

(1)內、外側擋板材質由Q235B更改為Q345B。內、外側擋板厚度由10 mm改為20 mm，并且將外側擋板與薄瓦把合固定。

(2)在推力瓦裝配外側左右兩側借用薄瓦和托瓦的起吊孔增加兩個把合固定擋板。

(3)調整高壓油頂起裝置在機組停機后延時退出的時間，由原先的1 min調整到6 min。

(4)對損壞的推力瓦用油石處理，用刀口尺檢查合格后回裝。

這些措施在溧陽抽水蓄能電站6臺機組中實施，直到目前1年的時間沒有再次出現推力瓦位移問題。推力瓦位移問題得到了很好的解決。

5 結 論

在水輪發電機中，推力瓦裝配采用薄瓦和托瓦結構很普遍，位移問題在蓄能機組和常規水輪發電機組中并不少見。廣大推力軸承研究、設計和運維人員應對此予以高度重視。溧陽抽水蓄能電站對推

力瓦位移問題的分析和處理的實踐表明，措施有效，結果較好；其推力瓦位移問題處理的思路、方法和經驗可供類似問題的分析和處理參考。