沐若水輪發(fā)電機推力軸承設(shè)計

李　雷，肖先照，劉　宇，武倩倩

(哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江哈爾濱　150040)

沐若水輪發(fā)電機推力軸承設(shè)計

李雷，肖先照，劉宇，武倩倩

(哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江哈爾濱150040)

摘要：介紹了沐若水輪發(fā)電機推力軸承潤滑計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計特點，通過對推力軸承的計算，得出了推力軸承運行性能。同時，闡述了懸式水輪發(fā)電機推力軸承采用單波紋彈性油箱支撐結(jié)構(gòu)的合理性和運行的安全性。

關(guān)鍵詞：推力軸承；潤滑計算；單波紋彈性油箱

0引言

沐若水電站工程地處馬來西亞婆羅洲島的砂撈越州，壩址位于拉讓(Rajang)河流域源頭沐若河。電站總裝機容量為944 MW，裝有4臺單機容量為236 MW的混流式發(fā)電機組，為哈爾濱電機廠有限責任公司(以后簡稱“哈電”)提供。發(fā)電機為立軸、懸式、全封閉雙路自循環(huán)空氣冷卻、三相、凸極同步發(fā)電機。機組額定轉(zhuǎn)速為300 r/min，飛逸轉(zhuǎn)速為485 r/min，飛輪力矩不小于12 000 t·m2，發(fā)電機型號為SF236-20/7500。筆者介紹了沐若水輪發(fā)電機推力軸承關(guān)鍵部件的設(shè)計以及推力軸承運行性能。

1推力軸承結(jié)構(gòu)特點

推力軸承承受機組運行時的全部軸向推力負荷，推力軸承支撐結(jié)構(gòu)以及潤滑油循環(huán)方式的選取對整個推力軸承運行的安全穩(wěn)定性起到至關(guān)重要的作用。沐若推力軸承(如圖1)位于轉(zhuǎn)子上方，上機架中心體上，采用單波彈性油箱支撐，設(shè)置10塊烏金瓦。推力油槽采用整體結(jié)構(gòu)，在工地與上機架把合連接，油槽內(nèi)設(shè)置兩個相連的半環(huán)形油冷卻器，為內(nèi)循環(huán)冷卻方式。推力頭為“L”形推力頭，具有足夠的剛強度。推力頭上端與軸通過卡環(huán)連接，與軸采用間隙配合，配車間隙為0～0.03 mm。

2推力軸承計算

沐若推力負荷為885 t，采用10塊扇形烏金推力瓦，推力支撐為單波紋彈性油箱偏心支撐結(jié)構(gòu)，潤滑油為46號汽輪機機油。推力軸承潤滑計算、推力瓦的熱變形計算、單波紋彈性油箱有限元分析等相關(guān)計算是推力軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計、運行穩(wěn)定的前提保證。

2.1潤滑計算

沐若推力軸承參數(shù)如表1所示，用THRUST-DES程序?qū)ν屏S承進行分析計算，其額定工況潤滑參數(shù)計算分析結(jié)果如表2所示。

表1　沐若推力軸承參數(shù)

表2　額定工況分析計算結(jié)果

2.2推力瓦計算

采用ANSYS軟件對推力瓦進行計算，通過計算可知推力瓦變形，推力瓦溫，油膜溫度、厚度等重要參數(shù)都在哈電設(shè)計規(guī)范內(nèi)，故推力軸承能滿足機組的長期穩(wěn)定運行。推力瓦計算結(jié)果如圖2～圖6所示。

圖2　推力瓦軸向變形

圖3　推力瓦溫度

圖4　油膜溫度分布

圖5　油膜厚度分布

圖6　油膜壓力分布

2.3彈性油箱計算

推力軸承共設(shè)置10個單波紋彈性油箱，油箱內(nèi)充滿密閉的透平油，通過連通管使油連通在一起形成液壓支柱，每個單波紋彈性油箱受力為88.5 t。單波紋彈性油箱的形狀以及受力狀態(tài)屬空間軸對稱問題，用ANSYS程序進行分析，用軸對成單元PLANE42劃分網(wǎng)格。有限元模型如圖7所示，額定運行工況狀態(tài)下的應力分布如圖8所示，額定運行工況狀態(tài)下的變形如9所示。根據(jù)哈電設(shè)計經(jīng)驗，可以不考慮機組運轉(zhuǎn)一段時間后油槽與油箱內(nèi)油溫溫度差對于彈性油箱而產(chǎn)成的附加應力。另外，彈性油箱的疲勞壽命在材料使用性能滿足的基礎(chǔ)上，也可得到有效的保證。

圖7　單波紋彈性油箱有限元模型

圖8　額定運行工況狀態(tài)下的應力分布

圖9　額定運行工況狀態(tài)下的變形分布

3推力軸承運行性能

推力軸承的推力瓦溫、油槽潤滑油溫以及水溫度是考核推力軸承設(shè)計的關(guān)鍵指標。沐若電站4臺機組全部投入商業(yè)運行，機組整體運行性能良好，推力軸承運行穩(wěn)定可靠。表3為3號機組額定工況熱穩(wěn)定后的溫度數(shù)據(jù)。從溫度數(shù)據(jù)可知,最高瓦溫不超過68 ℃，瓦溫差在2.83 ℃以內(nèi)，熱油溫度僅為34.5 ℃，小于40 ℃的要求，進出水溫差在2 ℃以內(nèi)。由此可見，單波紋彈性油箱具有良好的自我調(diào)節(jié)平衡的優(yōu)點。另外，機組運行的振動擺度數(shù)據(jù)也完全滿足相關(guān)規(guī)范要求。所有數(shù)據(jù)表明推力軸承的設(shè)計完全滿足機組運行要求，并且還有一定的裕度。

表3　推力軸承額定工況熱穩(wěn)定溫度數(shù)據(jù)　℃

4結(jié)語

推力軸承支撐采用單波紋彈性油箱為傳統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)，多見于半傘式機組、推力瓦面為塑料瓦的結(jié)構(gòu)，哈爾濱電機廠有限責任公司在此類型結(jié)構(gòu)方面具有豐富的設(shè)計和生產(chǎn)經(jīng)驗。然而，沐若發(fā)電機為懸式機組，推力瓦為烏金瓦，推力軸承支撐采用單波紋彈性油箱支撐尚屬首例。沐若發(fā)電機的成功并網(wǎng)發(fā)電，并且運行性能優(yōu)越，各項參數(shù)滿足設(shè)計要求，充分說明推力負荷在700～1 000 t的懸式水輪發(fā)電機采用單波紋彈性油箱支撐結(jié)構(gòu)的合理性和可行性。沐若水輪發(fā)電機填補了單波紋彈性油箱用作懸式發(fā)電機推力支撐的空白，為后續(xù)結(jié)構(gòu)類似機組的設(shè)計、安裝和調(diào)試運行提供了寶貴經(jīng)驗。

作者簡介：

李雷，1982年生，主要從事水輪發(fā)電機的設(shè)計與研究，工程師。