白鶴灘水電站機組推力軸承結構特點分析

孫東旭 歐陽凌云 陳昕 趙傳輝

摘? 要：推力軸承對于大型水輪發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行具有重要的作用。該文簡述了白鶴灘水電站右岸機組推力軸承的基本組成和結構特點，并對軸承的工作性能進行了簡要的分析與計算。白鶴灘水電站的百萬容量大型機組要求推力軸承具有更好的性能和更高的可靠性。該電站右岸8臺機組的推力軸承設計均采用彈性柱銷簇支撐的雙層瓦結構，該結構承載了巨大的推力，同時能夠有效降低軸瓦溫度，達到穩(wěn)定運行的目的。

關鍵詞：白鶴灘水電站;推力軸承;結構特點;外循環(huán)冷卻

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0 引言

對于立式水輪發(fā)電機組，轉動部件的重量和水輪機運行產生的軸向水推力是由推力軸承所承載的。機組運行時，轉子帶動鏡板轉動，在推力瓦與鏡板之間通入高壓油形成油膜，油膜起到冷卻和潤滑的作用，推力瓦再將轉子重量等作用力傳遞給下機架。白鶴灘水電站的百萬容量大型機組，必須要求推力軸承具有更好的性能和更高的可靠性。該電站右岸8臺機組的推力軸承設計均采用彈性柱銷簇支撐的雙層瓦結構，該結構在承載巨大的推力同時能夠有效降低軸瓦溫度，達到穩(wěn)定運行的目的。目前已在三峽、向家壩、溪洛渡、龍灘、拉西瓦、小灣等電站使用過類似的推力軸承設計。

1 推力軸承總體概述

白鶴灘右岸機組推力軸承推力總負荷達到4 600 t，共設置有24塊推力軸承瓦。推力軸承為雙層結構，上層推力瓦為彈性小支柱支撐的巴氏合金瓦，下層為鋼結構托瓦。該結構稱為彈性柱銷簇支撐結構，可以使軸瓦在運行時具備良好的自調節(jié)功能，保證了軸瓦受力的均勻。這相對于普通彈簧束支撐結構的推力軸承在設計方面是巨大的優(yōu)化，普通彈簧束支撐結構的推力軸承要進行單塊推力瓦的受力調整，難度較大，往往采用低溫瓦彈簧束下加墊片、高溫瓦減少適當數量的彈簧的方法加以嘗試，沒有一個定量的測量方法，調整起來不準確也不方便[1]。推力軸承采用外循環(huán)冷卻方式，油流壓力來自于導瓦旋轉，無須輔助油泵。

白鶴灘右岸機組推力負荷為45 080 kN，軸承噸轉速達到了492 660 t·r/min，表明推力軸承運行時所承受的載荷非常高。推力軸承總體結構如圖1所示。

2 推力軸承結構特點

2.1 推力瓦與托瓦

推力軸承采用薄推力瓦、厚托瓦組成的雙層結構，中間由不同直徑的彈性小支柱支撐，如圖2所示。小支柱將托瓦與溫度較高的推力瓦隔離開，降低了托瓦的的溫度，防止托瓦產生大的熱變形，使推力瓦時刻保持平面。通過調整小支柱的高度、直徑和位置，可對產生變形的推力瓦進行補償。雙層瓦結構還減小了高壓油頂起時推力瓦無熱變形而形成的過大機械變形，提高了高壓油頂起推力瓦時的最小油膜厚度，有利于保護推力瓦，便于高壓油頂起系統(tǒng)正常、可靠運行[2]。

2.2 推力軸承支撐型式

推力軸承底部采用可調支柱螺釘支撐結構，雙層瓦之間為彈性小支柱支撐，總體結構如圖3所示。在該結構中，推力瓦的變形主要取決于瓦下小支柱受載荷后的變形，而小支柱的尺寸及分布是根據軸承油膜的壓力分布、軸瓦的傾斜需要而設計的，最終使推力瓦的變形得到控制，并能建立適合的油膜[3]。托瓦承受的載荷通過托盤傳遞到下方的支柱上，支柱由推力支架上的支柱座支撐，調整支柱高度可平衡瓦間受力。安裝時，通過支柱內的傳感器可對軸承的微小位移進行測量，補償不同的負荷分布差異。

2.3 推力軸承冷卻系統(tǒng)

推力軸承采用外循環(huán)冷卻方式，由導瓦旋轉帶動油產生壓力，無須添加輔助油泵。在對推力瓦進行檢修時，冷卻器不需要拆解，檢修相對簡單。單臺冷卻器退出運行也不會對整體冷卻效果產生影響。在機組運行時，瓦塊浸在油中，由于軸領的旋轉產生的離心力，將軸領附近的油帶動一起旋轉，使其通過瓦的泵部分和支持面部分。由于瓦泵部分間隙較大，支持面部分間隙較小，大量的熱油進入泵部分時不能全部通過支持面部分，因此，在支持面部位產生壓力使熱油進入出油孔，通過冷卻器冷卻后回到瓦面重新循環(huán)冷卻，原理如圖4所示。

3 推力軸承性能計算

白鶴灘電站右岸機組推力軸承在額定、斷水和飛逸工況下，穩(wěn)定運行時的性能見表1。

通過對推力軸承以及油冷卻循環(huán)系統(tǒng)的性能分析計算結果表明，斷水運行15 min和飛逸運行5 min時，推力軸承的最高油膜溫度< 120 ℃，符合設計規(guī)范的要求。在惰轉停機時的瓦溫和油溫同樣符合設計要求，不會對推力軸承造成危害。

4 結語

白鶴灘水電站右岸機組推力軸承采用彈性柱銷簇支撐的雙層瓦結構，可以使軸瓦具備良好的自調節(jié)功能，有效降低軸瓦的形變，并且可以滿足正常運行和極端工況的設計要求。冷卻系統(tǒng)采用外循環(huán)加導瓦泵的冷卻方式，結構緊湊，檢修方便，冷卻效果良好，具有一定的設計參考意義。

參考文獻

[1]王軒，白鋼.淺談錦屏一級水電站推力軸承結構特點及安裝工藝[J].中國水能及電氣化，2016（1）：32-35.

[2]朱順財，楊仕福.溪洛渡右岸水電站水輪發(fā)電機推力軸承及油循環(huán)冷卻系統(tǒng)設計[J].東方電氣評論，2015（1）：40-43.

[3]江曉林，盧進玉.大型水輪發(fā)電機組推力軸承結構型式及特點[J].水力發(fā)電，2015，41（1）：61-65.