葛洲坝电站水轮发电机上导轴承改造分析

杨　举，艾　斐（葛洲坝水力发电厂，湖北 宜昌 443002）



葛洲坝电站水轮发电机上导轴承改造分析

杨举，艾斐
（葛洲坝水力发电厂，湖北 宜昌 443002）

摘要：介绍了葛洲坝电站水轮发电机上导轴承的结构；计算、分析了上导轴承改造方案的可行性；通过对4号机上导轴承改造前、后各项试验及运行数据的对比分析，验证4号机上导轴承改造的效果，为葛洲坝其它机组上导轴承改造提供借鉴。

关键词：葛洲坝电站；水轮发电机；上导轴承；改造

1概述

葛洲坝电站安装有21台轴流转浆式水轮发电机组，均为立轴半伞式结构，额定水头18.6 m，总装机容量2 715 MW。1～7号机组安装于葛洲坝二江厂房，8～21号机组安装于葛洲坝大江厂房。其中，1、2号水轮发电机型号为TS1760/200-110，额定出力170MW，额定转速54.6 r/min。3～21号水轮发电机型号为SF125-96/15600，额定出力为125 MW，额定转速62.5 r/min。发电机主要由定子、转子、上机架、推力支架、下风罩、上导轴承、推力轴承、制动系统、空冷器等部分组成。

葛洲坝电站上导轴承布置于上机架中心体内，属分块瓦式滑动导轴承，主要由挡油筒、滑转子、12块轴承瓦、抗重螺栓、套筒、座圈、挡油板、12个油冷却器、油槽、盖板、密封环等组成（如图1所示）。上导轴瓦为扇形钨金瓦，瓦背设置有支持座、铬钢垫、槽型绝缘等部件（如图2所示）。上导轴承采用抗重螺栓限位方式，抗重螺栓端部为一球面，轴瓦间隙为抗重螺栓球面至铬钢垫间隙。1、2号机设计安装单边间隙为0.16～0.17 mm，3～21号机设计安装单边间隙为0.15～0.16 mm。

2上导改造必要性分析

（1）葛洲坝电站21台机组均已运行30年左右。受限于当时设计、制造及安装水平，加之上导轴承存在较大老化、磨损现象，原上导轴承已经不能完全保证机组安全、稳定运行。近年来，葛洲坝电站全面启动了水轮机转轮及发电机定、转子增容改造工作，可在此期间进行上导轴承更新改造工作。

（2）上导轴承抗重螺栓至上导瓦瓦背依次有铬钢

图1葛洲坝机组原上导轴承结构

图2葛洲坝机组原上导轴瓦剖面图

1）铬钢垫置于支撑座圆槽内，部分铬钢垫与圆槽配合比较松动，不能保证铬钢垫与支撑座圆槽底部之间紧密贴合。调整间隙时，铬钢垫与支撑座之间可能会存在间隙，此间隙的存在无疑会影响轴瓦实际间隙。

2）槽型绝缘与瓦背、槽型绝缘与支撑座之间因加工及安装因素存在间隙，此间隙会改变轴瓦间隙，且此两处间隙很难控制与消除。

3）机组在长时间运行时，在轴承所受径向不平衡力的冲击下，槽型绝缘、支持座、铬钢垫表面及抗重螺栓端部都会发生变形，这也会导致上导瓦间隙发生变化，从而影响上导摆度。例如，2013年前后葛洲坝7号机上导摆度偏大，汛期摆度达到0.41mm，处理时发现有10块上导瓦的铬钢垫表面都低于上导支撑座表面，抗重螺栓与支撑座表面有明显接触痕迹。3号、4号上导瓦支撑座表面有明显裂纹，应为机组大摆度运行时较大冲击力所致。如图3、图4所示。

图3铬钢垫表面低于支撑座表面

图4支撑座背面被抗重螺栓冲击出现裂痕

（3）间隙调整工艺落后。葛洲坝上导瓦间隙调整采用传统的大锤作业方式，用大锤敲击抗重螺栓，以改变抗重螺栓与铬钢垫间隙。作业空间狭小，工作量大，作业过程存在较多不安全隐患。

（4）上导轴瓦间隙的可靠性直接影响上导摆度及机组稳定性，关系到机组安全稳定运行。故需要探索、研究葛洲坝机组上导轴承改造方案，将原导轴承改造为调整间隙固定可靠、间隙调整方便的结构型式。

3上导改造方案

根据葛洲坝电站125 MW机组导轴承设计参数，可以计算得出额定工况下导轴承及冷却器相关参数。计算结果见表1。导轴承主要数据均符合有关参数取值范围。

表1 葛洲坝4F机组上导轴承润滑数据计算表

3.1改造内容

3.1.1更换12块上导瓦（瓦面材质仍为钨金瓦）。

3.1.2将导瓦支撑由支柱螺丝支撑改为楔子板加球面支柱支撑结构。如图5所示。与支柱螺丝支撑结构相比，楔子板结构具有结构尺寸确定、调整间隙固定可靠、导瓦间隙调整方便等特点，此种结构导轴承已在立式发电机上得到了普遍采用。

图5改造后上导轴承结构

3.1.3改变上导瓦支撑方式后，需要同步改造其它部位，如为使原油槽密封盖能正常使用，需在导轴承座圈上部增加支撑环。

3.2支撑部件计算

（1）铬钢垫参数。铬钢垫材质为锻钢GCr15，楔子板材质为锻钢38CrMoAl，铬钢垫球面半径SR1000 mm，直径60 mm，楔子槽深度10 mm。

（2）强度计算

1）铬钢块球面对楔子板槽底（球对平面）：

其中

2）铬钢块侧面对楔子板侧面（柱对平面）：

其中

以上计算结果表明，额定工况下支撑部件强度数据符合要求。

3.3间隙调整

调整间隙时，利用百分表或深度尺测量楔子板垂直高度差，调整轴瓦单边间隙为0.15～0.16mm。

4改造后数据分析

（1）在葛洲坝电站2014～2015年度A修暨水轮机增容改造中，对4号机组上导轴承进行了改造。4号机是葛洲坝电站第一台上导改造的机组，其改造方案、经验及成果对其它机组上导改造具有借鉴与指导意义。

（2）葛洲坝4号机修后进行自动开机、升速、变负荷、甩负荷等试验。各试验阶段上导轴承摆度及温度均符合标准要求，各项试验数据见表2。

（3）葛洲坝4号机组进入正常运行后，上导运行情况良好，摆度及温度数据均符号标准要求。修前、修后及与同类型机组比较数据见表3。

表2葛洲坝4号机试验阶段上导摆度及温度

表3 葛洲坝4号机正常运行阶段上导摆度及温度

5结束语

葛洲坝电站4号机上导改造后试验及运行情况良好，摆度及瓦温均远低于标准要求，改造达到了预期效果，为葛洲坝电站其它机组上导轴承的改造工作积累了经验，也希望对同类型机组轴承改造有一定的参考和借鉴意义。

参考文献：

［1］大连三环复合材料技术开发有限公司.葛洲坝电站上导轴承改造可行性方案研究［Z］.

［2］中国长江电力股份有限公司检修厂.葛洲坝电站4F机组上导轴承改造施工方案［Z］.

［3］中国长江电力股份有限公司技术研究中心.葛洲坝水电站4F水轮机增容改造后试验报告（2015）［Z］.

［4］GB/T8564-2003水轮发电机组安装技术规范［S］.

［5］刘三成.立式水轮发电机上导轴承摆度增大的分析处理［J］.研究与分析，2007（9）.

中图分类号：TK730.3+22

文献标识码：B

文章编号：1672-5387（2016）06-0006-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2016.06.003

收稿日期：2016-01-22

作者简介：杨举（1987-），男，工程师，从事水轮发电机组的维护与检修工作。垫、支撑座、槽型绝缘，调整间隙时，利用塞尺检查铬钢垫与抗重螺栓之间的间隙，将此间隙视为轴瓦单边间隙，轴瓦间隙受瓦背支撑座、铬钢垫、槽型绝缘等部件的影响较大。