亭子口电站小弹簧簇推力轴承结构特点

2014-10-21何丹心

水力发电 2014年9期

何丹心

（嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川苍溪 628400）

亭子口水利枢纽位于四川省广元市苍溪县境内，下距苍溪县城约15 km，是嘉陵江干流开发中唯一的控制性工程。工程以防洪、城乡供水及灌溉、发电为主，兼顾航运、拦沙减淤等其他综合利用效益。工程等级为一等，规模为大（1）型，通航建筑物为2×500 t级，厂房内装设4台单机额定容量为275 MW、额定转速为100 r/min的水轮发电机组，水轮发电机的型号为SF275-60/14700，发电机采用了全空冷的立轴半伞式结构。

1 推力轴承选型及主要技术参数

在大型水轮发电机组中，推力轴承是机组核心的组成部分之一，推力轴承的设计选型是否合理将直接影响水轮发电机组的安全稳定运行，亭子口水利枢纽工程通过技术和经济比较，选用了东芝水电设备（杭州）有限公司生产的小弹簧簇支撑结构推力轴承发电机，该结构轴承具有结构简单，能适应推力瓦的热变形和应力变形，满足推力瓦和镜板间的油膜特性，具有油膜厚度均匀、油膜压力峰值小、承载能力大、运行平稳和适应范围广的特点；另外，其下导轴承和推力轴承共用一个油槽安装在下支架上，机组的整体高度有所降低。

小弹簧簇支撑结构推力轴承的主要技术参数如下:推力负荷1730 t；额定转速100 r/min；推力瓦内外径分别为φ2270、φ3400 mm，厚度130 mm，推力瓦角度22°，有效面积43052.621 cm2，平均面压41.1 kg/cm2，平均周速度14.84 m/s；轴承最小油膜厚度0.05 mm；镜板内外径φ2265、φ3405 mm，厚度150 mm；每块瓦有弹簧50个，弹簧弹性系数1140 kg/mm；设计平均油温45℃；油槽轴承总损耗234.7 kW。

2 推力轴承结构及特征

2.1 轴承结构

推力轴承装于下机架中心体的推力油槽内，采用巴氏合金瓦，由14块扇形瓦组成，主要结构部件有:推力头、镜板、小弹簧簇、推力轴承平台、隔油板、集油室、挡油板、外置油冷器、高压油顶起装置等组成。亭子口水利枢纽电站机组的轴向负荷达17300 kN，综合考虑轴承的面压、周速及PV值的要求后，采用了14块扇形巴氏合金瓦的布置方式，每块瓦下面布置有50个共计700个小弹簧来支撑，这是该推力轴承最为突出的特点，小弹簧有一定的预紧量，这在出厂时已做好调整。机组运行时油膜的形成，主要来源于这50个小弹簧布置，每个间隔区内的小弹簧按瓦在周向的偏心要求布置，布置范围达到每块瓦圆周方向范围的85%，使得整块瓦的底部都受到弹簧的作用，保证了推力瓦受力均匀，瓦的热变形和应力变形都能通过小弹簧的弹性变形来调节。推力瓦的检查无需吊到油槽外进行，只需把专用的工具安装在油槽上，就可以在油槽内检查推力瓦了。小弹簧的布置示意如图1所示。

图1 推力轴承小弹簧布置

推力轴承台与下机架连接，轴承台的水平由下机架支臂来安装调节，小弹簧支撑面的水平则通过控制弹簧高度及弹性系数来实现，简化了电站安装时调整的工作量。

推力轴承配有高压油顶起系统，以便机组在开机或停机过程中向推力瓦面注入高压油，形成润滑油膜，防止镜板与推力瓦间形成干摩擦而损坏镜板或推力瓦；高压油泵压力为20 MPa，启动瞬间压力大18 MPa，正常运行时压力为8.5 MPa，以保证有0.05 mm的油膜厚度。

推力头与转子中心体及镜板与推力头均通过螺栓直接联接，所有联接螺栓都用液压拉伸器按规定的伸长量进行紧固，确保0.03 mm厚的塞尺无法塞入，此联接方式安装拆卸非常方便。

下导瓦布置在推力油槽内，与推力轴承共用一个油槽，共20块瓦均匀地分布在推力头圆周上，轴瓦与滑转子的间隙由调整螺栓进行调整；推力油槽盖板整体成型安装在油槽上方，在180°方位开有2个轴瓦检修窗，只要装上专用的轮子，无需把油槽盖吊起来只需转动油槽盖就能检修所有的轴瓦，这减轻了机组检修维护的工作量。

2.2 推力轴承的冷却方式

推力轴承另一个独具特点的就是轴承的冷却系统，推力轴承的冷却系统由镜板泵外循环、集油室、隔油板、外置并列运行的2个油冷却器组成，集油室在镜板侧的表面材料为巴氏合金，方便现场安装时进行修刮，以达到集油室密封间隙（单侧）0.55 mm的要求。在油槽油温45℃下，通过对推力瓦滑动面的摩擦损耗、瓦间的搅拌损耗、推力头（镜板）内外侧的搅拌损耗、下导轴承的摩擦损耗、下导瓦间的搅拌损耗的计算，得出了推力油槽轴承的总损耗为234.7 kW，所有油冷器的循环油量Q为1000 L/min、功率为260 kW。镜板的设计厚度为150 mm，在满足推力轴承循环油量即1000 L/min条件下，充分考虑镜板泵的工作压力、镜板泵泵孔数量对镜板等效厚度、镜板固定螺栓数量的影响下，合理的选择泵孔的数量可提高泵的循环油流量和工作压力。本工程在镜板的径向方位开了30个φ40 mm的泵孔，利用机组转动时润滑油旋转的离心力作用形成泵的效应，通过集油室独特的流道，保证了推力轴承冷却循环油所需的工作压力和流量，确保了热油在流经冷却器时能够进行充分的热-冷能量交换，使油槽的油温维持在设计的范围内。这种独特的冷却方式不需要单独设置外循环油泵及其控制系统，具有安全可靠、结构简单、检修维护简单等特点。同时，为了使推力瓦的散热效果更好，根据对推力瓦的强度及轴向负荷核算结果，在每块推力瓦的径向方位开了5个φ32 mm的散热孔。