葛洲坝大江电站水轮发电机导轴承结构优化方案

2018-06-08

防爆电机 2018年3期

(哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨 150040)

0 引言

葛洲坝水电站位于湖北省宜昌市长江三峡末端河道段上，它是长江上第一座大型水电站，也是世界上最大的低水头大流量、径流式水电站。坝型为闸坝，最大坝高47米，总装机容量271.5万千瓦。从2012年开始，该电站进入增容改造期，开始陆续对电站各台机组进行升级改造。

1 支柱螺丝式上导轴承结构分析

葛洲坝大江电站的8台机组的上导轴承结构均为支柱螺丝式，如图1、图2所示。支柱螺丝式上导轴承结构由上导轴承瓦、支柱螺丝、固定套筒、把合螺母组成。上导轴承瓦放置在滑转子外圆侧，由下端的底盘提供轴向支撑，将固定套筒放置在座圈预先开好的配合孔中并打紧，固定套筒内圆上开有螺纹，用于与支柱螺丝配合；支柱螺丝本体为圆柱形，一侧加工有长方体方头，作为安装、调整、旋转时的固定受力点，可使用扳手等工具施加力矩。通常支柱螺丝长度上的3/4加工有外螺纹，用以和固定套筒配合。支柱螺丝与上导轴承瓦配合一侧为球面，用于和上导轴承瓦配合使用。将支柱螺丝拧入固定套筒的内孔中，与上导轴承瓦配合一侧顶在上导轴承瓦背面的支撑座上，以达到给予上导轴承瓦径向支撑力的目的。支柱螺丝与固定套筒的螺纹配合可以通过旋转支柱螺丝来达到调整上导轴承瓦与滑转子距离的目的，将支柱螺丝调整到适宜位置后，使用把合螺母从背面锁紧即可。如图3、图4所示。此种结构的上导轴承瓦由瓦本体、支撑座、槽型绝缘、绝缘管、绝缘垫圈、垫圈、螺栓组成。支撑座与瓦本体通过螺栓把合成整体，二者间通过槽型绝缘进行绝缘处理，把合成时使用绝缘管和绝缘垫圈保证螺栓与瓦本体之间的绝缘。支撑座中心位置内嵌一块圆形的轴承钢座，用于和支柱螺丝配合。

图1 原机组上导轴承结构

图2 原机组上导轴承瓦

图3 原机组上导轴承处俯视结构图

图4 原机组上导轴承瓦背面结构图

2 运行中出现的问题分析

原上导轴承结构靠支柱螺丝的径向支撑实现上导轴承瓦与滑转子之间间隙恒定，而支柱螺丝的紧固仅靠固定套筒和把合螺母进行双侧把合紧固。当机组运行中发电机因轴线摆渡大而对上导轴承中各块上导轴承瓦压力不均匀时，摆渡带来的变化冲击力易造成部分支柱螺丝与固定套筒、把合螺母的把合紧固松动，进而导致支柱螺丝不能有效的给予上导轴承瓦固定的径向支撑力，从而使得上导轴承瓦与滑转子间隙过大，导致发电机轴在上导轴承处偏心。在维护期需要调整上导轴承瓦与滑转子间隙时，由于间隙的调整量一般都以0.01mm为单位，而支柱螺丝的调整方式是螺纹旋转，原本要通过旋转周数来推算径向调整量就很难做到精确。由于机组运行时间久远，螺牙的螺距已经有磨损，螺距的不均匀易造成换算不准确，加之套筒与座圈的配合为小间隙配合，旋转支柱螺钉时，如果所加的力矩过大，很难保证固定套筒不随之转动，旋转支柱螺丝调整径向间隙很难操作，精确度也很差。经常为了调好一块上导轴承瓦与滑转子之间的间隙，要经过十几遍的反复调整和复核，对电站运行维护带来了繁琐的工作量和难以解决的安全隐患。

3 优化设计方案

由于葛洲坝大江电站承担着重要、长期的发电任务，机组的改造周期短，且要求尽量减小对原机组该位置的结构性更改。本着这一原则，针对原机组上导轴承装配的结构缺陷，优化设计的主要思路为：(1)新结构确定原机组上机架、顶轴滑转子等其余部件不需结构性变更，新结构需完全适应原结构与上机架、顶轴滑转子等部件的接口配合尺寸；(2)彻底改变对上导轴承瓦的径向支撑方式，放弃单纯支柱螺丝结构，使用楔子板和球面支柱结构与支柱螺体装配结合的复合结构，如图5、图6所示。

图5、图6中，新上导轴承结构由上导轴承瓦、锁定螺栓、调整螺杆、锁定螺母、楔子板、支柱螺体装配组成。支柱螺体装配由球面支柱、定位螺栓、绝缘套筒、绝缘垫圈、垫块、绝缘垫片、支柱螺体、背部螺母、固定块组成。

安装时需先安装支柱螺体装配，将支柱螺体放入座圈与原固定套筒配合的孔中，然后使用定位螺栓将垫块、绝缘垫片、支柱螺体把合成整体。定位螺栓的绝缘依靠绝缘套筒和绝缘垫圈来实现，完成把合后使用背部螺母锁紧，并将固定块点焊在背部螺母的适宜位置，达到加强固定的目的。整体安装后将球面支柱放入垫块中心处的配合孔中完成安装。上导轴承瓦下部仍使用原底盘提供轴向支撑，径向一侧与滑转子配合，另一侧按照1:70的斜率与楔子板的斜面配合，调整螺杆与楔子板把合成整体，并通过锁定板和锁定螺栓固定在上导轴承瓦上部，锁定螺母用于调整好楔子板紧度后锁定楔子板行程。楔子板一侧加工出1:70的斜率与上导轴承瓦斜面配合，另一次加工成凹字形竖直凹槽用以和球面支柱配合。本结构可以通过调整楔子板轴向位置来达到调整上导轴承瓦与滑转子间隙的目的。

图5 优化设计后的上导轴承结构总图

图6 优化设计方案细化图

4 两种上导轴承结构对比

新结构的支柱螺钉装配作为上导轴承瓦的径向支撑力来源，为整体固定，在后期使用、维护时，均不需要对其进行改动，调整上导轴承瓦与滑转子间隙时依靠楔子板的轴向移动来完成，楔子板与上导轴承瓦配合一侧二者均有1:70斜率的斜面，楔子板向下位移则减小导瓦与滑转子间隙，反之则增大。与老结构相比，首先解决了径向支撑力不稳定的问题，新结构的配合更稳定、更紧固，即使受到摆渡带来的变化冲击力也不会轻易改变间隙；其次新结构解决了调整间隙不精准的问题，楔子板与上导轴承瓦配合面的斜率为1:70，通过楔子板径向位移量可以精确判断出上导轴承瓦与滑转子间隙的变化量，调整间隙更加精准、方便。