水布垭电厂推力瓦锁定装置结构优化设计

傅 超，熊佳进，代轶帅，江 旭

(湖北清江水电开发有限责任公司，湖北 宜昌 443000)

水布垭电站的发电机结构形式为立式半伞式结构，推力轴承位于转子下部的下机架上，承受水轮发电机组所有转动部分的重量以及水轮机的轴向水推力，机组推力负荷为2 350 t。推力轴承共有20块钨金瓦，推力瓦是双层瓦的结构，托瓦与面瓦之间通过键连接，推力瓦前后通过挡块限位。推力轴承采用的是弹簧束支柱形式，每块瓦下有92个小弹簧，各推力瓦之间用间隔块进行分隔。

1 情况介绍

2017年10月，对水布垭2号机组进行常规性B修，在检修过程中发现推力瓦存在卡死的情况，且推力瓦底瓦和面瓦之间存有径向相对位移的现象。测量20块底瓦与间隔块之间的间隙，发现多块瓦的间隙为零。数据如表1。水布垭机组采用小弹簧束支撑结构，通过推力瓦底部小弹簧的自调节作用，一方面帮助机组在运行过程中，在推力瓦与镜板之间形成油膜来减小摩擦力；另一方面可以优化推力瓦载荷分布，减小推力瓦变形，进而优化推力瓦瓦面的压力、油膜和温度分布[1]。而推力瓦卡死，使推力瓦丧失了自调节作用，会导致推力瓦瓦面受力不均匀，使瓦温升高，造成机组的非计划停运，给机组安全稳定运行带来极大隐患。根据水布垭电厂2号机组2017年汛期推力瓦温情况如表2，出现卡死现象的推力瓦温度明显偏高。为保证机组安全稳定运行，决定对推力瓦挡块结构进行优化设计。

表1 水布垭2F托瓦与间隔块间间隙测量数据表(测量精确度为0.05 mm)

表2 水布垭电站2号机组2017年汛期推力瓦温情况表

2 原因分析

结合实际情况分析造成推力瓦出现卡死现象的原因主要有以下4个原因。

2.1 机组轴线不好

水布垭电站2号机组2008年投产发电以来，机组的轴线一直处于合格范围的边缘，且推力轴承处摆度存在超标的情况。由于推力轴承处摆度大，机组满负荷运行时，镜板有限的范围内发生不规则摆动同时带动推力瓦发生径向位移，从而造成推力瓦卡死。

经过后续1、4号机组C修中检查推力轴承发现推力瓦也存在不同程度的卡死现象，但1、4号机组的轴线情况良好。因此机组轴线不好应该不是造成推力瓦出现卡死现象的主要原因。

2.2 推力瓦内侧挡块强度不够

如图1所示，水布垭电站推力轴承推力瓦锁固装置有三个部分：①瓦架和底瓦之间的挡块；②底瓦与面瓦之间的挡块；③装在内侧的内挡块。通过这三个部分处的挡块将推力瓦限制在一定范围内。

图1 水布垭电站推力轴承推力瓦锁固装置图

在2号机组推力轴承解体检修中发现装在内侧的20块挡块发生了不同程度的变形，有的挡块已经不能对推力瓦起到限制作用。查阅相关图纸资料可以确定，内挡块尺寸25×45×10mm，材料为Q235，通过一个M16×60的螺栓固定在瓦架上。在机组运行过程中，内侧挡块受到推力瓦给它的较大冲击力，长此以往对内侧挡块的冲击导致挡块变形。据此判断，推力瓦内侧挡块强度不够是推力瓦出现卡死现象的主要原因。

2.3 停机后镜板的热胀冷缩带动推力瓦径向移动

当机组处于停机状态时，推力轴承中的镜板和推力瓦贴合在一起，会产生吸住的现象，我们称之为“吸瓦”，这种状态，镜板与推力瓦间摩擦力较大。机组停机后，由于镜板的热胀冷缩，在镜板冷却收缩时，通过摩擦力带动推力瓦往大轴方向发生微小移动，停机过程中反复出现，对推力瓦径向位移产生一定影响[2]，本项为推力瓦出现卡死的一个原因。

2.4 检修次数频繁，安装工艺不到位

由于机组检修空间限制，历次检修抽取的推力瓦都是在1/6/11/16号4块推力瓦中随机两块方向相互垂直的推力瓦。在机组回装时，为了确保推力瓦回装到位，安装人员都需要把推力瓦回推到顶，推力瓦面瓦与其内挡块发生碰撞使其弯曲。但在推力轴承解体检查时发现不经常抽取的推力瓦也存在卡死的情况，所以这不是主要原因。

3 解决问题

针对以上分析的原因，制定了相应的处理方法。

3.1 机组停机时增加投入高压油装置时间

目前水布垭机组停机过程中，当转速达到90%时，投入高压油顶起装置，当停机后，退出高压油装置[3]。现在停机后延迟1～2 min，再退出高压油泵，来保持推力瓦镜板间油膜，减少摩擦力，来减少热胀冷缩带来的径向位移。

3.2 对推力轴承内挡块进行改造

针对内侧挡块强度不够的原因，我们对其内侧挡块进行改造。改造设计如图2所示；由于这种设计需要改变机组结构，日常的B修和C修中不具备改造条件。在日后的水布垭电站A修中会采取这种改造设计。

图2 内挡块改造设计图

3.3 对推力轴承外侧挡块进行优化设计

利用推力瓦外侧现有的螺纹孔进行挡块的优化设计，加工强度更高的挡块。通过对外侧挡块优化设计，使其具有限制推力瓦发生径向位移的功能。安装后如图3所示。

图3 推力挡块安装图

此次对推力轴承外侧挡块结构进行优化设计，使其具有以下几个特点：①加大两侧挡块，增加强度；②两侧挡块限制托瓦径向移动，大轴方向和机架方向均受到束缚；③新挡块上面的螺纹孔加工成椭圆孔，保证了推力瓦轴向和圆周方向的自由度，推力瓦自调节作用不受影响，有利于油膜的形成；④推力瓦上部螺栓平垫，改造成斜垫，将薄的一端安装在上部，给推力瓦预留了一点径向活动量。

并且在安装工艺上总结了几点注意事项：①推力瓦安装时，保证间隙约2 mm；②挡块紧固件需要涂螺纹紧固剂，防止松动；③限位螺栓调整到位后，用背帽对其限位[4]。

4 结 语

目前已对水布垭1、2、3号机组进行改造，2年来，通过后续C修中，对推力瓦进行检查，推力瓦与间隔块之间间隙均大于1.5 mm，用小撬棍可以上下撬动，移动灵活，无卡死现象，本次改造取得了成功。

推力瓦是机组的心脏，推力瓦卡死，导致多点弹簧束支撑式推力瓦失去自我调节能力，将直接关系到机组的安全和稳定运行。通过对推力瓦挡块的改造，有效解决这个问题，保证了机组安全稳定运行，对出现类似情况的水电站推力轴承改造工作具有很好的借鉴意义。