大推力负荷下机组推力轴承安装技术研究

陈允兵，陶 钻

(中国水利水电第八工程局有限公司，湖南 长沙 410004)

1 引言

大藤峡左岸水轮发电机由哈尔滨电机厂有限公司设计制造，形式为立轴、半伞式发电机，发电机推力轴承设置在下机架中心体上法兰面，采用锥形支撑，机组共设置24个锥形支撑，推力负荷为3800 t，属国内轴流转浆式水轮发电机组大推力负荷[2]。大推力负荷下推力轴承安装存在设计精度高，安装难度大，受力调整困难等问题，本文通过对大藤峡发电机组机推力轴承构特点及与之对应的安装调整的工艺分析，为大推力负荷下推力轴承安装及调整技术研究开辟道路。

2 工程概述

大藤峡水利枢纽工程位于珠江流域西江水系的黔江河段末端，坝址在广西桂平市黔江彩虹桥上游6.6 km处，地理坐标为东经110°01′，北纬23°28′，是红水河梯级规划中最末一个梯级。大藤峡水利枢纽是一座以防洪、航运、发电、补水压咸、灌溉等综合利用的流域关键性工程。水库正常蓄水位61.00 m，汛限水位47.60 m，死水位47.60 m，总库容34.79×108m3，总装机容量1600MW，工程规模为Ⅰ等大(1)型工程。

大藤峡水利枢纽工程由黔江主坝、黔江副坝和南木江副坝组成。电站装机容量1600MW，安装8台单机容量为200MW的轴流转桨式水轮发电机组，其中左岸厂房3台机组，右岸厂房5台机组，多年平均发电量60.55亿kWh，保证功率366.9MW。目前已完成左岸厂房3台机组安装并投入商业运行。

2 推力轴承机构特点

推力轴承布置在下机架中心体的上法兰面[3]。主要由推力头、镜板、推力轴承瓦、锥形支撑、抽屉式油冷却器、推力油槽等组成。

推力头采用铸钢ZG20MnSi制造，整体加工。推力头安装在转子支架下圆盘上，与转子支架采用止口配合，有一定的配合间隙，以方便安装时根据盘车、静平衡等需要做一定的径向调整。推力头与转子支架采用单排螺栓把紧[4]。

镜板采用55#锻钢精加工成。镜板的厚度为240 mm，足以承受机组的推力负荷及工作状态的热应力而不产生有害的变形。镜板与推力头采用止口小间隙定位，螺钉连接把合。镜板外圆比推力头外圆单边大40 mm，以方便安装时测量镜板的水平。

推力轴承瓦共24块，采用双层瓦结构，由薄瓦、托瓦组成。薄瓦为巴氏合金瓦，有良好的承载能力。推力轴承瓦可以互换，便于运行维护。推力轴承采用热弹流体动力润滑性能有限元分析计算，以保证其具有最佳的油膜压力分布，和最佳的油膜厚度分布。经严格分析计算，其单位压力为3.82MPa，最大油膜压力为9.77MPa，最小动态油膜厚度0.0346 mm，完全满足机组在各种工况下运行的要求。

推力轴承采用锥形支撑，机组共设置24个锥形支撑[5]。锥形支撑的支柱中心加工有通孔，孔内装有测量杆。测量杆的不同位移反应各瓦间的不均匀载荷，在安装时可以通过电子位移表测量该位移量，并据此对中心柱进行高度调节，从而使各瓦载荷达到均衡，该结构最大的优点是有根据机组实际运行情况适时调节各瓦温差的功能。

推力轴承共设置24台内循环抽屉式油冷却器，2个冷却器串联为一组，共12 组并联。冷却器与推力轴承安装在同一油槽内，依靠油槽内旋转部件推力头、镜板等的粘滞作用和油的对流换热形成循环回路。冷却器安装在油槽壁上，每个冷却器对应于一块推力轴承瓦的位置。冷却器的冷却水管采用铜管，由一组同心排列的“U”型管组成。这种冷却器的冷却管的长度较短，不易堵塞，对水质的要求也相对较低。冷却器拆装方便，通过其安装孔可以拆取或检修推力轴承瓦，使冷却器和轴承的维护检修更便利。

推力轴承还设有挡油管、接触式油挡等零部件。

推力轴承剖视图如图1所示。

图1 推力轴承剖视

推力轴承俯视图如图2所示。

图2 推力轴承俯视图

4 安装调整工艺

大推力负荷下推力轴承安装难点主要有：安装精度极高，施工工序多，各数据间相互影响，多次调整才能达到设计及规范要求[6]。以大藤峡推力轴承安装为例，推力轴承安装主要分四部分进行：①下机架预装完成吊出机坑后进行的预装；②下机架吊装完成后进行的正式安装；③在机组轴线调整前进行推力轴承的受力调整等工作；④进行推力轴承其他部件安装工作。具体安装工艺如下。

4.1 推力轴承预装

4.1.1 推力轴承预装条件

(1) 下机架预装调整合格、基础垫板加固后浇筑二期混凝土。

(2) 吊出下机架，在安装间对进行推力轴承预装配。

4.1.2 推力轴承预装工艺

(1) 彻底清理下机架配合面、锥形支撑装配、推力轴承瓦装配、推力头镜板等部件。

(2) 油槽、轴承座等部件浸油表面，应把残余的型砂和污物清理干净，并应补刷与厂家同型号的耐油漆。

(3) 对推力瓦进行全面清理，去除表面的油污及表面高点、毛刺，检查瓦上的温度计孔和高压油顶起 装置管接头孔和丝堵孔，并彻底清除这些孔内的杂质。测量瓦的厚度，并做好相应的记录。应特别注意 对瓦面的保护，防止被损伤。

(4) 调整下机架水平满足≤0.02 mm/m。

(5) 推力瓦安装，锥形支撑(按图纸要求安装密封圈、锁固胶)在支柱螺栓支撑上安装支柱螺栓。

4.1.3 安装顺序

(1) 清洁支柱螺栓支撑和支柱螺栓的螺纹。

(2) 用最终装配油脂润滑螺纹。润滑脂只许涂在干燥面。

(3) 在支柱螺栓支撑上安装支撑螺栓。柱螺栓调到正确高程。

(4) 在支柱螺栓支撑上安装推力负荷测量装置。

注意：①支柱螺栓支撑之间的距离必须完全相等。②支柱螺栓支撑的分度圆必须与挡油管同心。

(5) 吊装推力瓦到锥形支撑上，通过支柱螺钉调节各块推力瓦，使所有推力瓦在同一高程。对推力瓦和推力瓦螺栓支撑做装配标记。

(6) 按照图纸安装和试验高压油顶起系统。

(7) 推力头、镜板安装。吊装推力头镜板至推力瓦上，调整镜板水平≤0.02 mm。

(8) 安装机架部分推力油水管路。

推力轴承的预装结束，但在正式安装前，为保证镜板安全，在下机架吊装前吊出轴承并在安装间存放好。

4.2 推力轴承正式安装

4.2.1 推力轴承正式安装条件

(1) 转子吊装前按预装方位回装下机架。

(2) 调整其中心体水平度≤0.02 mm，中心高差偏差小于0.5 mm。

(3) 调整合格后把紧基础螺栓。

4.2.2 推力轴承正式安装工艺

首先，下机架调整完成后对推力头高程及水平进行复测，采用电子水准仪进行复查。

其次，吊装镜板，对镜板水平进行调整，镜板水平≤0.02 mm/m。具体步骤如下：

(1)测量镜板边缘±X、±Y 4个方向的水平，进行合成计算。

(2)在±X、±Y 4个方向最近位置调整4块推力瓦，注意架表和框式水平仪监测。

(3)反复调整4块推力瓦，使镜板水平满足≤0.02 mm/m。

(4)测量镜板绝对高程，在满足高程偏差±0.5 mm范围内，调整才有效，否者，调整高程后再进行镜板水平的调整，使镜板水平及高程都满足要求。

(5)在镜板水平及高程满足要求后，再调整其余推力瓦的受力。此工序调整中，要做到既不要影响镜板水平，又要达到其余推力瓦有真实受力，要求我们的安装人员认真、仔细工作，调整每一块瓦，都要架设百分表监测。此工序可以选择在吊装推力头后进行，因推力头和镜板的重量全部落在推力瓦上，单靠锥形支撑的螺栓提升是不足以影响镜板水平。

(6)在完成所有推力瓦受力调整后，再进行推力头的吊装，再次测量镜板边缘水平，满足要求才可进行下一步安装。

(7)推力头吊装后进行推力头与镜板的预把合，调整推力头与挡油圈的同心度。

(8)彻底清扫推力头与镜板面后，进行转子吊装。

4.3 推力轴承的受力调整

大藤峡水利枢纽电站推力轴承设有一套受力监测系统，通过锥形支撑的支柱中心加工有通孔，孔内装有测量杆，测量杆的不同位移反应各瓦间的不均匀载荷，在安装时可以通过电子位移表测量该位移量，并据此对中心柱进行高度调节，从而使各瓦载荷达到均衡。在机组轴线调整之前，就要把推力轴承的受力调整在合格范围内，也就是各托盘变形值与平均变形值之差不能超过平均变形值的±10%。

4.3.1 推力轴承受力调整条件

(1) 机组大件吊装完成，准备进行轴线调整。

(2) 高压油顶起管路，制动器油、气管路安装完成。

(3) 高压油顶起管路，制动器油、气管路调试完成。

(4) 推力受力监测系统安装调试完成。

4.3.2 推力轴承受力调整工艺

(1) 用移动油泵车通过制动器顶起转子4～6 mm，同时启动高压油顶，使镜板与推力瓦分离。

(2) 设置机组受力监测系统初始值为0。

(3) 移动油泵泄压，落转子，使转子所有重量落到推力瓦上。

(4) 记录数据并根据数据调整分块瓦中心柱，受力小的往上调，调整值初次不要太大，反复多次调整后得出经验值。在调整受力时，中心柱调整最好同起或同落，这样有利于经验判断。根据实际经验中心柱起、落量对受力的影响不同，并且差异很大，不成比例，所以建议要么只调整受力小的中心柱往上起，或只调整受力大的中心柱往下落。

(5) 重复以上步骤反复多次调整，使受力调整满足±0.005 mm(大藤峡托盘平均变形值为0.078 mm，依据规范要求为±0.0078 mm)。

(6) 在机组轴线调整完成后，复测推力轴承受力情况，若不满足要求，重复1～4步骤。

4.4 推力轴承剩余工作安装

推力轴承剩余工作安装主要为：测温电阻安装，推力油冷器安装、推力油槽盖板安装，推力油槽油挡安装，油水管路安装等。

4.4.1 推力轴承剩余工作安装条件

(1) 机组轴线调整完成。

(2) 机组轴线调整推力临时用油排出。

(3) 机组中心定位完成。

4.4.2 推力轴承剩余工作安装工艺

(1) 彻底清理推力轴承油槽内部。

(2) 完成测温电阻安装及布线。

(3) 再次清扫推力油槽，并联合监理、业主进行验收。

(4) 安装油槽盖板，把合，组合螺栓都要涂胶并依据图纸做好锁固工作。

(5) 安装推力轴承油冷器，注意检查密封。

(6) 安装推力轴承油挡，调整油挡与大轴同轴度，使其满足要求。

(7) 安装推力轴承油水管路。

(8) 推力轴承注油。

至此，推力轴承安装全部完成。

5 结语

大藤峡水利枢纽左岸厂房发电机组推力轴承安装，属国内轴流转浆式水轮发电机组大推力负荷。目前大藤峡水利枢纽左岸厂房机组已全部投入商业运行，机组振动摆度数据优良，推力瓦温各项数据满足规范及设计要求。通过对大藤峡左岸机组推力轴承安装及调整的分析与实践总结，为大推力负荷下推力轴承安装增加了宝贵的经验，也给后续更大推力负荷推力轴承安装提供了借鉴。