灯泡贯流式水轮发电机推力轴承受力调整

刘孝皎 余以明 肖 刚

（东方电机有限公司，德阳 618000）

杰瑞电站为世界灯泡贯流式机组单机容量最大的水电站，单机容量75 MW，电站总容量3 750 MW[1]。杰瑞电站共50台机组，东方电机有限公司负责左岸的22台机组的制造安装。左岸机组分两期完成，一期工程共12台机组，二期工程共10台机组。新机组投运后判断其性能是否优良时，瓦温是一项重要指标。巴西杰瑞电站机组瓦温均匀，运行稳定，能使东方电机有限公司的机组满足合同要求，并提升国外市场的品牌效应。

1 基本参数

杰瑞发电机推力轴承相关数据如表1所示，结构如图1所示[2]。

图1 杰瑞发电机推力轴承结构示意图

表1 杰瑞发电机推力轴承相关数据

2 推力轴承受力调整的目标设定和原因分析

2.1 目标设定

推力轴承受力调整应量化灯泡贯流式水轮发电机推力轴承受力，使结果可追溯，以便降低机组对现场安装的要求和安装难度。即使在国外对于零安装经验的安装工人，机组的安装质量依然能够得到保证。同时，为保证机组推力轴承稳定运行，各推力瓦的瓦温温差不大于5 K。

2.2 原因分析

对推力轴承受力调整的主要原因有：发电机推力轴承为刚性支撑结构，在推力轴承受力状态下，无法直接测量各推力瓦的受力；如果推力瓦受力不均匀，机组运行时各推力瓦温差较大，严重情况下可能导致推力轴承烧损；公司灯泡贯流式机组推力轴承的冷却一般都为喷淋式结构，无法保证各推力瓦润滑油流量的均匀性，且各推力瓦的冷却效果存在一定的差异；国内灯泡贯流式机组的推力轴承受力调整依靠操作者的经验。

3 推力轴承受力调整的方案确定

在其他电站，贯流式机组推力轴承的打受力以前只能靠人工用冲击扳手实现[3]。该方法的实施大多时候完全依靠安装人员以往的打受力经验，导致推力轴承受力的调整无法量化且结果不可追溯。

杰瑞电站推力轴承受力调整的方案确定为通过用特制的力矩扳手对单个推力瓦支柱螺栓施加统一力矩的方法对推力轴承进行受力调整。

4 推力轴承受力调整方案的准备

4.1 理论计算

支柱螺栓的最大力矩对应的是大轴同轴瓦的最大静摩擦力。

大轴同轴瓦的最大静摩擦力为[4]：

式中：μ为大轴同轴瓦的静摩擦力，一般为0.15～0.20，此处取μ=0.15；N为轴承载荷，即为转动部分质量。因此，带入数据可得F=612 666.6 N。

该摩擦力转换到推力轴承的16件支柱螺栓上的受力F´为38 291.66 N。

在不考虑支柱螺栓同推力瓦的摩擦力而只考虑支柱螺栓的螺纹摩擦力的情况下，支柱螺栓的最大力矩为[5]：

式中：d2为螺纹中径，取0.066 m；λ为螺纹升角，取2.5°；ρv为螺纹当量摩擦角，取9.83°。代入数值，计算可得Tmax=276.2 N·m。

在考虑安全余量情况下，推力轴承支柱螺栓的统一力矩设定为T=100 N·m。

4.2 力矩扳手设计和制造

结合支柱螺栓的齿状结构和普通力矩扳手的结构，力矩扳手的结构设定如图2所示。该力矩扳手需联系外购厂家根据图纸进行单独定制。

图2 力矩扳手示意图

4.3 推力轴承受力的安装工艺准备

推力轴承受力调整前，推力轴承应完成安装，并将机组转动部分的轴向位置调整到位。调整时，在大轴镜板端面上、下游侧各架设一块百分表，用于监测大轴在受力调整过程中是否发生轴向位移。若发生位移，可考虑降低支柱螺栓的统一力矩值。在支柱螺栓统一打力矩前，反向旋转所有支柱螺栓，防止支柱螺栓因大轴作用力或者螺纹里有杂质而无法自由旋转。对正推力轴承的支柱螺栓统一打90 N·m力矩，观察大轴是否发生位移。若没有发生位移，再对正推力轴承的支柱螺栓统一打100 N·m力矩，观察大轴是否发生位移，然后对反推力轴承的支柱螺栓统一打100 N·m力矩，观察大轴是否发生位移。在推力轴承受力调整完毕后，根据支柱螺栓的螺距将支柱螺栓旋转一定的角度或者周向长度，以调整反推间隙，间隙值取0.80 mm。在反推间隙调整完毕后，拧紧支柱螺栓的锁定螺栓。

5 推力轴承受力调整方案的实施

按上述推力轴承受力调整方案的实施过程如下。

（1）用方案提供的力矩扳手对正推力轴承的支柱螺栓统一打90 N·m力矩，力矩扳手能正常使用且轴承内有足够的操作空间。打力矩前后监测未发现大轴发生位移。

（2）用方案提供的力矩扳手对正推力轴承的支柱螺栓统一打100 N·m力矩，力矩扳手能正常使用且轴承内有足够的操作空间。打力矩前后监测未发现大轴发生位移。

（3）用方案提供的力矩扳手对反推力轴承的支柱螺栓统一打100 N·m力矩，且打力矩前后监测未发现大轴发生位移。

（4）在正、反推力轴承的支柱螺栓打完力矩后，检查发现部分推力轴承的推力瓦同托梁间存在间隙；在提起推力瓦的状态下对推力轴承的支柱螺栓打完力矩后，检查推力瓦同托梁的间隙已消除。

（5）统一调整反推力轴承同大轴间的间隙为0.80 mm。（6）将支柱螺栓两侧的锁定螺栓同时拧紧。

6 结语

在方案的具体实施过程中，统一对正推力轴承的支柱螺栓打100 N·m力矩，大轴的受力小于大轴同径向瓦的最大静摩擦力，该力矩满足方案中的前期理论计算。在方案的具体实施过程中，发现大部分推力轴承的支柱螺栓在打100 N·m力矩后，基本能保证推力瓦同托梁间无间隙，个别需要手动调整以消除间隙。在安装的机组中，按该方案对推力轴承进行受力调整。机组投入运行后，正推力轴承的瓦温数据如表2所示。

根据表2中数据，最终实现了“机组推力轴承稳定运行，各推力瓦的瓦温温差不大于5 K”的目标。

表2 机组带58.02 MW负荷长时间正常运行时，正推瓦瓦温数据