燈泡貫流式水輪發電機推力軸承受力調整

劉孝皎 余以明 肖 剛

（東方電機有限公司，德陽 618000）

杰瑞電站為世界燈泡貫流式機組單機容量最大的水電站，單機容量75 MW，電站總容量3 750 MW[1]。杰瑞電站共50臺機組，東方電機有限公司負責左岸的22臺機組的制造安裝。左岸機組分兩期完成，一期工程共12臺機組，二期工程共10臺機組。新機組投運后判斷其性能是否優良時，瓦溫是一項重要指標。巴西杰瑞電站機組瓦溫均勻，運行穩定，能使東方電機有限公司的機組滿足合同要求，并提升國外市場的品牌效應。

1 基本參數

杰瑞發電機推力軸承相關數據如表1所示，結構如圖1所示[2]。

圖1 杰瑞發電機推力軸承結構示意圖

表1 杰瑞發電機推力軸承相關數據

2 推力軸承受力調整的目標設定和原因分析

2.1 目標設定

推力軸承受力調整應量化燈泡貫流式水輪發電機推力軸承受力，使結果可追溯，以便降低機組對現場安裝的要求和安裝難度。即使在國外對于零安裝經驗的安裝工人，機組的安裝質量依然能夠得到保證。同時，為保證機組推力軸承穩定運行，各推力瓦的瓦溫溫差不大于5 K。

2.2 原因分析

對推力軸承受力調整的主要原因有：發電機推力軸承為剛性支撐結構，在推力軸承受力狀態下，無法直接測量各推力瓦的受力；如果推力瓦受力不均勻，機組運行時各推力瓦溫差較大，嚴重情況下可能導致推力軸承燒損；公司燈泡貫流式機組推力軸承的冷卻一般都為噴淋式結構，無法保證各推力瓦潤滑油流量的均勻性，且各推力瓦的冷卻效果存在一定的差異；國內燈泡貫流式機組的推力軸承受力調整依靠操作者的經驗。

3 推力軸承受力調整的方案確定

在其他電站，貫流式機組推力軸承的打受力以前只能靠人工用沖擊扳手實現[3]。該方法的實施大多時候完全依靠安裝人員以往的打受力經驗，導致推力軸承受力的調整無法量化且結果不可追溯。

杰瑞電站推力軸承受力調整的方案確定為通過用特制的力矩扳手對單個推力瓦支柱螺栓施加統一力矩的方法對推力軸承進行受力調整。

4 推力軸承受力調整方案的準備

4.1 理論計算

支柱螺栓的最大力矩對應的是大軸同軸瓦的最大靜摩擦力。

大軸同軸瓦的最大靜摩擦力為[4]：

式中：μ為大軸同軸瓦的靜摩擦力，一般為0.15～0.20，此處取μ=0.15；N為軸承載荷，即為轉動部分質量。因此，帶入數據可得F=612 666.6 N。

該摩擦力轉換到推力軸承的16件支柱螺栓上的受力F′為38 291.66 N。

在不考慮支柱螺栓同推力瓦的摩擦力而只考慮支柱螺栓的螺紋摩擦力的情況下，支柱螺栓的最大力矩為[5]：

式中：d2為螺紋中徑，取0.066 m；λ為螺紋升角，取2.5°；ρv為螺紋當量摩擦角，取9.83°。代入數值，計算可得Tmax=276.2 N·m。

在考慮安全余量情況下，推力軸承支柱螺栓的統一力矩設定為T=100 N·m。

4.2 力矩扳手設計和制造

結合支柱螺栓的齒狀結構和普通力矩扳手的結構，力矩扳手的結構設定如圖2所示。該力矩扳手需聯系外購廠家根據圖紙進行單獨定制。

圖2 力矩扳手示意圖

4.3 推力軸承受力的安裝工藝準備

推力軸承受力調整前，推力軸承應完成安裝，并將機組轉動部分的軸向位置調整到位。調整時，在大軸鏡板端面上、下游側各架設一塊百分表，用于監測大軸在受力調整過程中是否發生軸向位移。若發生位移，可考慮降低支柱螺栓的統一力矩值。在支柱螺栓統一打力矩前，反向旋轉所有支柱螺栓，防止支柱螺栓因大軸作用力或者螺紋里有雜質而無法自由旋轉。對正推力軸承的支柱螺栓統一打90 N·m力矩，觀察大軸是否發生位移。若沒有發生位移，再對正推力軸承的支柱螺栓統一打100 N·m力矩，觀察大軸是否發生位移，然后對反推力軸承的支柱螺栓統一打100 N·m力矩，觀察大軸是否發生位移。在推力軸承受力調整完畢后，根據支柱螺栓的螺距將支柱螺栓旋轉一定的角度或者周向長度，以調整反推間隙，間隙值取0.80 mm。在反推間隙調整完畢后，擰緊支柱螺栓的鎖定螺栓。

5 推力軸承受力調整方案的實施

按上述推力軸承受力調整方案的實施過程如下。

（1）用方案提供的力矩扳手對正推力軸承的支柱螺栓統一打90 N·m力矩，力矩扳手能正常使用且軸承內有足夠的操作空間。打力矩前后監測未發現大軸發生位移。

（2）用方案提供的力矩扳手對正推力軸承的支柱螺栓統一打100 N·m力矩，力矩扳手能正常使用且軸承內有足夠的操作空間。打力矩前后監測未發現大軸發生位移。

（3）用方案提供的力矩扳手對反推力軸承的支柱螺栓統一打100 N·m力矩，且打力矩前后監測未發現大軸發生位移。

（4）在正、反推力軸承的支柱螺栓打完力矩后，檢查發現部分推力軸承的推力瓦同托梁間存在間隙；在提起推力瓦的狀態下對推力軸承的支柱螺栓打完力矩后，檢查推力瓦同托梁的間隙已消除。

（5）統一調整反推力軸承同大軸間的間隙為0.80 mm。（6）將支柱螺栓兩側的鎖定螺栓同時擰緊。

6 結語

在方案的具體實施過程中，統一對正推力軸承的支柱螺栓打100 N·m力矩，大軸的受力小于大軸同徑向瓦的最大靜摩擦力，該力矩滿足方案中的前期理論計算。在方案的具體實施過程中，發現大部分推力軸承的支柱螺栓在打100 N·m力矩后，基本能保證推力瓦同托梁間無間隙，個別需要手動調整以消除間隙。在安裝的機組中，按該方案對推力軸承進行受力調整。機組投入運行后，正推力軸承的瓦溫數據如表2所示。

根據表2中數據，最終實現了“機組推力軸承穩定運行，各推力瓦的瓦溫溫差不大于5 K”的目標。

表2 機組帶58.02 MW負荷長時間正常運行時，正推瓦瓦溫數據