响水涧推力轴承高压油顶起装置设计

肖先照，王建刚，魏玉国

(哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨　150040)

响水涧推力轴承高压油顶起装置设计

肖先照，王建刚，魏玉国

(哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨150040)

摘要：立式水轮发电机组的高压油顶起装置，其作用是当机组启动和停机的低速适转过程中，向推力瓦表面和镜板之间注入高压油，建立承载油膜，减少干摩擦，从而保障推力轴承的安全运行。通过介绍高压油顶起装置的系统结构和润滑计算，给出了响水涧电站机组推力轴承高压油顶起装置的计算数据，并结合响水涧电站4台机组的启动和运行情况正常，证明了高压油顶起装置设计的合理性。

关键词：抽水蓄能；推力瓦；油膜；推力轴承

1高压油顶起装置在机组运行中的作用

响水涧抽水蓄能电站装有4台单机容量为250 MW的可逆式发电电动机组，承担华东电网调峰、填谷、事故备用、调频、调相等任务。响水涧推力轴承设置有高压油顶起装置，在机组启停机的过程中不间断地向推力瓦块和镜板间注入高压油。高压油形成的承载油膜将转动部分顶起，对推力轴承起到润滑作用。响水涧机组推力轴承设置高压油顶起装置能满足机组多次启动和热启动的要求，其目的是保障推力瓦在低转速下安全运行，避免推力瓦磨损或者烧瓦。

2高压油顶起装置结构设计

响水涧推力轴承高压油顶起装置由液压系统和管路系统两个主要部分组成(如图1)。液压系统主要由交流泵组、直流泵组、节流控制阀、溢流阀、止回阀、压力开关、过滤器、流量开关和管路阀门部件组成。交流泵组电机为AC380V 30 kW，直流泵组电机为DC220V 30 kW。直流泵组为备用泵，当交流泵组出现故障或压力较低时，直流泵组在较短的时间内自动投入运行。管路系统是连接液压系统和推力油槽的部件，由取油管路、溢油管路和高压油管路组成。交流泵组或直流泵组通过取油管从推力油槽取油，将高压油通过高压油管路注入到每一个推力瓦块和镜板间。溢油管路是为了保护液压系统中交流电动泵组(直流电动泵组)、管路和阀门而设置，当液压系统中压力超过安全阀值时，通过溢油管路泄压。

1. 推力瓦； 2. 单向阀； 3. 推力油槽； 4. 分配器； 5. 高压油管路； 6. 溢油管路； 7. 取油管路； 8. 高压球阀； 9. 低压球阀； 10. 压力表； 11. 压力开关； 12. 流量开关； 13. 高压过滤器； 14. 安全阀； 15. 节流阀； 16. 止回阀； 17. 交流电动泵组； 18. 直流电动泵组； 19. 低压过滤器； 20. 高压油顶起柜图1　高压油顶起装置系统图

3液压顶起理论计算

根据机组运行特征可知，高压油顶起装置实际上是短时运行的静压推力轴承，可以采用静压轴承的理论原理和计算方法来分析和计算。计算所需参数为推力瓦油室尺寸、推力瓦尺寸、推力负荷和顶起高度。根据这些参数确定高压油压力和泵的流量，为电机与泵的功率选择提供依据。通常推力瓦尺寸中高压油室半径R3与推力瓦面内切圆半径R4应该满足以下关系式：0.15

1.乌金瓦面;2.高压接头;3.瓦基图2　推力瓦

1) 计算所需数据

圆形油室半径R3=4.5 cm

瓦内切圆半径R4=22.3 cm

瓦块数K=12

顶起负荷F=588 000 kg

油膜厚度h=0.08 mm

润滑油动力粘度μ=0.004 4 kgf·s/m2

泵和电机效率η=0.8

2) 热负荷系数

3) 轴瓦投影面积

4) 油室的工作压力

5) 顶起时油室理论上承受的最大压力

6) 流量系数

7) 流过一个轴瓦油膜间隙的润滑油流量

8) 流过12块瓦的总流量

Q=KQ1=12×3.99=47.88 l/min

9) 高压油泵功率

10) 电机功率的选择。选择高压油泵功率的时候需考虑余量，油泵压力按照1.5Q，油室的工作压力按照(1.5～2)Pr。因此有：

=(28.8~38.4) kW

最终选取P=30 kW

从计算过程可知，电机和泵功率与顶起高度有很大的关系。考虑到抽水蓄能机组启动的频繁性、工况转换的要求以及目前蓄能机组出现过几次烧推力瓦事故，在设计时选取顶起高度为0.08 mm，而一般在设计时取值为0.05 mm。

4结语

响水涧抽水蓄能电站4台机组已经投入商业运行。从机组的启动运行情况可知，高压油顶起装置顶起高度为0.09 mm(盘车架百分表数据)，顶起压力为16 MPa，泄流压力为10.5 MPa，泄流后电机稳态工作功率为20 kW。实际运行情况表明，响水涧推力轴承高压油顶起装置设计合理，能满足机组推力轴承的安全运行的要求。

肖先照，男，1981年生，工程师，长期从事水轮发电机的设计工作。

王建刚，男，1964年生，高级工程师，长期从事水轮发电机的设计工作。

魏玉国，男，1980年生，工程师，长期从事水轮发电机的设计工作。

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