三峽ALSTOM機(jī)組推力軸承結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)

魏玉國

（哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱150040）

0 引言

三峽電站ALSTOM機(jī)組推力軸承為彈性小支柱式推力軸承，為ALSTOM專利結(jié)構(gòu)，表面為巴氏合金，其內(nèi)外徑分別為3.5 m和5.2 m［1］。自機(jī)組投入運(yùn)行以來存在諸多問題，主要有：鏡板與推力頭連接螺栓均有不同程度的松動，部分機(jī)組鏡板與推力頭組合縫存在局部間隙及油流情況，鏡板與推力頭連接螺栓發(fā)生斷裂，鏡板與推力頭組合面銹蝕較嚴(yán)重等。受三峽電廠委托，我公司對造成上述現(xiàn)象的原因進(jìn)行分析，根據(jù)我公司設(shè)計(jì)規(guī)范以及參考其他公司類似問題處理方法［2-3］，分析為以下原因?qū)е律鲜鲚S承問題：1）鏡板厚度薄，剛度弱。推力頭與鏡板結(jié)合面間周期性出現(xiàn)了縫隙和被壓合的現(xiàn)象，導(dǎo)致鏡板推力頭結(jié)合面銹蝕及螺栓疲勞斷裂。2）把合螺栓數(shù)量少，規(guī)格小，抗疲勞能力弱。

為了消除三峽ALSTOM機(jī)組推力軸承問題要從這兩方面著手處理，增加鏡板厚度，增加把合螺栓數(shù)量或者增大螺紋規(guī)格，在鏡板推力頭把合面內(nèi)外側(cè)增加密封圈。

1 推力軸承結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

對左岸ALSTOM鏡板和推力頭結(jié)構(gòu)改造有下列4種方案，見表1。

表1 改造方案

1.1 方案Ⅰ具體實(shí)施步驟

推力頭、鏡板解體，拆開后全面清理銹蝕，車床分別修磨鏡板、推力頭把合面，在鏡板與推力頭把合面內(nèi)外圓開密封溝，推力頭鏡板把合螺栓孔增加一倍，螺紋規(guī)格不變。

此方案保留了原鏡板和推力頭，因此須增加把合螺栓個(gè)數(shù)。數(shù)量和規(guī)格為32-M20，雙排64個(gè)孔，然后按圖紙要求加工修復(fù)各自的結(jié)合面和鏡面。修復(fù)后的鏡板厚度約75 mm，加工量應(yīng)盡量小。此方案僅花加工費(fèi)用，按計(jì)劃須等候加工用時(shí)，停機(jī)時(shí)間較長。改造后結(jié)構(gòu)功能與右岸哈廠小改結(jié)構(gòu)相當(dāng)。

右岸哈廠機(jī)組推力頭與鏡板把合螺栓數(shù)量和規(guī)格為24-M20，雙排48個(gè)孔，無密封溝，目前使用下來，未再發(fā)現(xiàn)把合面銹蝕現(xiàn)象。此方案較哈廠右岸把合面的螺栓多，且設(shè)有密封條，把合面情況優(yōu)于右岸哈廠機(jī)組，因此該方案是可行的。

圖1 推力頭鏡板裝配圖

具體說明：1）在推力頭和鏡板兩孔之間分別加工光孔和螺孔。2）在推力頭內(nèi)外側(cè)加工密封溝8.6 mm×6.5 mm。3）配用的密封條為φ8 mm，長度32.5 m。4）因螺栓增加了，因此需要在內(nèi)外圈環(huán)蓋上同樣增加一倍的孔，便于擰緊螺桿；重新加工M20雙頭螺柱；重新采購墊圈（GB/T97.1-1985140HV）和螺母（GB/T6170-2000 M308）。

1.2 方案Ⅱ具體實(shí)施步驟

更換鏡板，厚度增加為160 mm，為保證原高程，推力頭相應(yīng)配車，推力頭鏡板把合螺栓孔增加一倍，內(nèi)外圈螺桿分別由16-M20增大為M30。

此方案僅保留原推力頭，更換新鏡板，目的是增加鏡板厚度，因受導(dǎo)瓦位置限制，新鏡板厚度為160 mm。把合孔和螺栓數(shù)量為64個(gè)M36螺桿。應(yīng)按改造用圖進(jìn)行加工。該方案改造費(fèi)用為修復(fù)推力頭和更換新鏡板費(fèi)用。改造后結(jié)構(gòu)功能優(yōu)于VGS鏡板和推力頭結(jié)構(gòu)，為推薦方案。

1.3 方案Ⅲ具體實(shí)施步驟

推力頭與鏡板采用整鍛結(jié)構(gòu)，省去了螺桿螺母，徹底根除此問題。

圖2 推力頭鏡板最終方案裝配圖

此方案將原鏡板和推力頭全廢掉，更換一個(gè)鍛造成一體的鏡板推力頭結(jié)構(gòu)，可徹底解決鏡板和推力頭結(jié)合面存在的不良影響。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：符合推力軸承性能計(jì)算時(shí)，假設(shè)鏡板和推力頭是完全一樣的剛性體，使性能提高；與導(dǎo)瓦摩擦的柱面比原鑄鋼的表面質(zhì)量得到提升，對導(dǎo)軸承運(yùn)行有利。保留原擋油管，需更換油槽蓋上的兩個(gè)小密封蓋，可保證原推力軸承的密封效果。改造費(fèi)用較高，但按計(jì)劃改造停機(jī)時(shí)間較短，可做大拆后立即安裝。哈廠已有多臺機(jī)組安全運(yùn)行整鍛鏡板推力頭實(shí)例，例如魯布革、天生橋、直孔電站。

1.4 方案Ⅳ具體實(shí)施步驟

推力頭、鏡板解體拆開后全面清理銹蝕，車床分別修磨鏡板、推力頭把合面，在鏡板與推力頭把合面內(nèi)外圓開密封溝，推力頭鏡板把合螺栓孔增加一倍，螺紋尺寸改為M30。

此方案保留原鏡板和推力頭，增加把合螺栓個(gè)數(shù)和規(guī)格，將推力頭把合孔在原分布位置擴(kuò)孔和鉆孔，數(shù)量和規(guī)格為32-φ32，雙排64個(gè)孔，將鏡板中螺孔在原分布位置攻鉆，螺孔數(shù)量和規(guī)格為32-M30雙排共64個(gè)，然后按圖紙要求加工修復(fù)各自的結(jié)合面和鏡面。修復(fù)后的鏡板厚度約為75 mm，加工量應(yīng)盡量小。此方案僅花加工費(fèi)用，按計(jì)劃須等候加工用時(shí)，停機(jī)時(shí)間較長。改造后結(jié)構(gòu)功能與右岸哈廠小改結(jié)構(gòu)相當(dāng)。

具體說明：1）M20螺紋大徑φ20 mm，M30粗牙螺紋底孔φ26.5 mm，因此可以把鏡板中的M20螺紋改為M30螺紋。2）將推力頭上對應(yīng)的孔加工到φ32 mm；沉頭孔加工到φ85 mm，距下面的距離為263 mm；在推力頭內(nèi)外側(cè)加工密封溝8.6 mm×6.5 mm。配用的密封條為φ8 mm，長度32.5 m。3）因螺栓增加了，因此同樣需要在內(nèi)外圈環(huán)蓋上同樣增加一倍的孔，便于擰緊螺桿；重新加工M30雙頭螺柱；重新采購墊圈（GB/T97.1-1985140HV）和螺母（GB/T6170-2000 M308）。

2 推力軸承結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

根據(jù)電廠觀測，推力頭與鏡板存在相對位移。螺桿斷裂部位為與鏡板連接段螺紋根部，斷口整齊，其中斷口上部約15 mm內(nèi)有疑似擠壓痕跡，檢查其他螺栓孔發(fā)現(xiàn)，內(nèi)圈螺栓孔及螺栓絕大部分有此痕跡，外圈螺栓孔無此現(xiàn)象。壓痕位置一致，均位于俯視逆時(shí)針側(cè)，懷疑螺桿有受到剪切應(yīng)力的可能，因此在方案Ⅰ的基礎(chǔ)上，在推力頭與鏡板把合面上安裝了徑向銷釘，為避免銷釘在轉(zhuǎn)動時(shí)飛出，銷釘設(shè)計(jì)成“T”形，具體如圖2所示。

三峽電廠綜合考慮了上述各方案的改造成本及改造時(shí)間，最終確定了方案如下［4］：

1）推力頭與鏡板把合螺栓數(shù)量由16個(gè)增加為32個(gè)。

2）推力頭與鏡板把合面內(nèi)外側(cè)增加2個(gè)密封槽，設(shè)置密封圈。

3）推力頭與鏡板把合面設(shè)置騎縫銷釘。

3 結(jié)語

三峽電站推力軸承已經(jīng)改造完畢，目前軸承運(yùn)行狀態(tài)良好。同時(shí)該案例提醒設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)時(shí)要注意合理選擇鏡板的厚度及把合螺栓數(shù)量。

［1］ 王樹清，梁波.三峽右岸電站水輪發(fā)電機(jī)主要參數(shù)及結(jié)構(gòu)優(yōu)化［C］//大型水輪發(fā)電機(jī)組技術(shù)論文集，2008.

［2］ 楊忠.水輪發(fā)電機(jī)推力軸承油變黑故障分析與處理［J］.云南水利發(fā)電，2010（4）：86-89.

［3］ 王松林.白龍電站機(jī)組推力頭損壞的原因分析及處理［J］.四川水利發(fā)電，2002（2）：63-65.

［4］ 劉康寧.三峽5F機(jī)組鏡板修復(fù)工藝及分析［J］.機(jī)械工程師，2013（6）：261.