新安江电站发电机推力轴承受力调整改进措施分析

邓亚新（国网新源水电有限公司新安江水力发电厂，浙江建德311608）



新安江电站发电机推力轴承受力调整改进措施分析

邓亚新
（国网新源水电有限公司新安江水力发电厂，浙江建德311608）

摘要：阐述了新安江电站推力轴承受力调整方式改进的研究过程。新安江电站原推力轴承受力调整方式存在诸多弊端，针对该电站机组推力轴承形式，为了优化机组推力轴承受力及改变人工打榔头调受力的费时费力等局面，本文对其推力轴承受力调整进行分析和研究，推荐一种良好的调整方法，并将实际应用情况进行分析介绍。实践表明，基于本文推荐方案，设计和优化出的受力调整装置具有安全、轻便、准确、可靠的优点。

关键词：推力轴承；受力调整；刚性螺钉支柱式轴承

1引言

新安江水力发电厂水轮发电机组推力轴承为刚性螺钉支柱式轴承（如图1所示），其主要由镜板、轴瓦、托盘、抗重螺丝、油冷却器和油槽等组成，轴瓦放在托盘上，托盘支持在球面的抗重螺丝头上，能在不同的转速和负荷时自动地调整轴瓦倾斜度，以建立适当的楔形油膜。轴承由10块扇形弹性金属塑料瓦组成，承受着整个机组的重量及机组轴向水推力。

图1　推力抗重螺栓

因机组推力轴承的结构和作用限制，该厂在机组大修或机组振动摆度过大抢修时，不仅对机组轴线等重新调整后，还须进行推力轴承受力调整。传统一般采用人工打榔头的方式，让10块推力瓦的受力基本相同。而人工打榔头弊端较多：①每次打榔头要打60～90圈，即打600～900下，非常费力、费时。②打榔头采用轮换制，每个人的水平、力度不均，造成推力受力调整困难。③工作强度和危险性大，造成人员疲劳、受伤风险增大。

因此，针对新安江电站中机组推力轴承的上述限制，为了优化机组推力轴承受力及改变人工打榔头调受力的费时费力局面，本文将对其推力轴承受力调整进行分析和优化，推荐一种良好的调整方法，并将实际应用情况进行分析介绍。本文的研究内容及相关成果对保证机组更准确地调整受力、保证设备和人身安全具有重要的意义。

2新安江电站推力轴承受力调整方案及措施分析

2.1推力轴承受力调整的改进方案

根据该厂推力轴承受力调整的要求和施工现场的实际特点，经前期现场勘查、图纸查阅、各尺寸重量设计、受力核算及技术规范检验等过程[1-3]，本文提出了一种有效的调整措施，并设计出一套优良的机组受力调整装置。该装置具有储能及快速间歇性打击的功能，且轻便、可靠、稳定性高，其打击力可调、均匀一致。该装置利用弹簧压缩进行储能，另外，因施工检修现场安装有检修用风设备，故设计该装置的能量由气动装置提供，即气动装置给弹簧做功，使弹簧储能后将其势能转换为打击锤的动能，从而进行打击工作。

根据上述设计要求该装置由打击锤、导轨、弹簧、击发装置、气动装置（包括气缸、气动换向开关）等组成。工作时，击发装置限位锁定打击锤，气动换向开关工作并将压缩气体送入气缸，气缸活塞在压缩气体的作用下前行并将弹簧压缩，当弹簧获得足够的势能后，启动击发装置，打击锤在弹簧力的作用下迅速将势能转化为动能，打击锤快速运动击打锤击扳手，从而使抗重螺丝在冲击力作用下获得足够的扭矩。该装置设有调压装置，以便通过调节气缸工作压力来调整打击力的大小，从而获得符合要求的扭矩。该机组受力调整装置加工制作完成后，在机组大修时进行现场试验验证，并根据实际运用情况对该装置做进一步完善，确保安全、可靠、精确后投入使用。

2.2推荐方案的计算分析

2.2.1扳手所受冲量计算

根据施工检修现场实际人工打受力时，身高1.70 m的人挥起24磅榔头至0.6 m高成圆周形路径锤击扳手，经现场试验核算为24磅重锤拉起1.3 m高成圆周形路径做自由下落锤击扳手。

1磅=0.45392 kg

能量守恒：mgh =（1/2）mv2（其中h=1.3 m）

由上计算出重锤下落后的速度v =5.05 m/s

即重锤获得的动量p=mv=55 kg·m/s

由于最终重锤与受力调整装置锤击扳手的效果相同，即扳手的受力和作用的时间相同，所受冲量一致：

即Ft =mv=m设计·v设计

则v设计= mv/m设计

2.2.2重锤的选取

为减轻该装置的重量，减少工作人员的劳动强度，选择8 kg的45号钢制作的重锤，重锤表面经热处理，表面硬度为HB300。

即v设计= mv/m设计=6.877m/s

所以重锤锤击扳手时的动能W设计=（1/2）m设计v2设计=189.17 J

2.2.3弹簧的选择

由于该受力调整装置通过弹簧储能后转换为重锤动能，再通过重锤动能实现锤击扳手，因此弹簧的储能等于重锤的动能，即对弹簧做功等于重锤的动能，即W弹簧=W设计。设计弹簧的有效行程为S=0.2 m，选择弹簧丝的许用剪应力为[δ]=784 MPa，则[τ]=784× 0.6=470 MPa，弹簧的中径为D=80 mm，弹簧剪切弹性模量G =80 GPa。

由W设计=W弹簧=（1/2）kx2=189.17 J

得k=9 458.3 N/m

即当弹簧压缩时的最大轴向压力F弹簧=kx=1 891.66 N

则d=（8F弹簧D/τπ）1/3=9.35 mm

即设计选取弹簧丝直径为10 mm

则弹簧丝的圈数n=S×G×d4/8/F弹簧/D3=20.64圈

即设计选取弹簧圈数为21圈，则此时弹簧的实际长度为：L=21×10+200=410 mm

则该弹簧自然状态下的尺寸如表1所示。

表1　弹簧自然状态下的尺寸　单位：mm

2.3基于推荐方案的设计分析

通过上述推荐方案计算分析，对受力调整装置结构进行了绘制，如图2所示，该装置由打击锤、储能弹簧、气动装置（气缸及气动元件）、缓冲装置、击发装置等组成。

图2　推荐方案中受力调整装置结构

打击锤用45号钢制作，减小打击时的作用时间，获得更大的打击力，打击锤的冲击表面应进行热处理，硬度不小于HB300。

击发装置由拔插、扳手、复位弹簧、调整螺丝、小轴及击发座等组成，拔插、扳手均用10 mm厚钢板经线切割加工而成。安装击发装置时，击发座底部应与锤头外径保持2 mm左右的间隙，并使拔插头部超出锤头外径2～3 mm，当锤头复位后起到限位作用。工作时，扣动扳手，拔插头与锤头脱离，锤头限位脱开，在弹簧力作用下向前运动并击打抗重螺丝专用扳手；打击结束后，利用复位拉手将锤头拉回到打击前状态，拔插在复位弹簧作用下复位并对锤头限位，从而完成一次冲击工作循环。

缓冲装置安装于打击锤出口处，以便吸收锤头打击后多余的能量。缓冲装置由均压环、缓冲垫（橡胶）、6组弹簧和M6的螺母、螺栓等组件组成，并通过5只M12的内六角螺栓与受力调整装置外壳连接在一起。为确保打击锤工作时定位准确、稳定，所有零件的安装均采用沉入式结构。设计上采用6组弹簧及M6的螺母、螺栓组件，使缓冲垫在弹簧力的作用下有一定的受压状态，须确保缓冲垫能稳定固定于缓冲座（端盖）上。当该缓冲装置受到冲击后，冲击锤在缓冲垫作用下减速的同时，M6的螺栓随同均压环一起向前运动；当打击锤离开缓冲装置时，缓冲垫复位同时均压环与6只M6的螺栓一起回复到初始状态。

气动装置由调压阀、气动开关、进出气管、气缸、连接法兰、弹簧座等组成。工作时启动气动开关（为一脚踏开关），气缸活塞在压缩气体的作用下向前运动并推动弹簧座前行，弹簧座压缩储能弹簧存储势能，启动击发装置，储能弹簧做功推动锤头前行并打击扳手；完成做功后，松开脚踏开关，活塞杆回收，拉动锤头至打击前位置，此时储能弹簧重新与弹簧座贴合。在总进气管上安装有调压阀，方便对锤头打击力的调整。

2.4推荐的受力调整措施及装置实际效果

2013年1月至3月，通过对电厂发电机推力轴承相关规程、标准、图纸和记录等资料查阅，核算相关部件尺寸、重量和受力，初步提出3套设计受力调整装置的方案。2013年4月至6月，结合新安江电站1号机组B级大修，根据现场施工环境，从3套初步方案中选取最优一套，同时现场复核相关部件位置和尺寸，另外，在机组检修至受力调整时，将设计制作的试验装置运至现场，测量计算出实际人工打受力时扳手所受冲量的大小。由此，提出受力调整装置设计图纸。2013年7月至8月，按正式审批的设计图纸，提出加工制造图，委托加工厂加工制造推力轴承受力调整装置。

2013年9月至10月，结合电厂6号机组A级大修，在机组检修至受力调整时，利用研制的推力轴承受力调整装置，现场进行受力调整，共击打53圈，最后3圈数据验收合格。调整过程和结果证明了推荐方案设计和受力调整装置具有安全、轻便、准确、可靠的优点，提高了工作效率，优化了受力调整的检修工艺。

受力调整时，在水导轴颈处X、Y方向各架设一百分表，打锤后待大轴稳定，记录每表的读数。根据“勾股定理”算出打锤后大轴的移动值。按下式计算：

式中：C—水导轴颈处的实际移动值；

a、b—水导百分表读变化量。

C值过大的抗重螺栓可补打1～2锤，过小的抗重螺栓可不打锤或反打锤（一般不反打），然后统打一遍，直到C值相差在0.01 mm内。

3结论

针对新安江水力发电厂水轮发电机组推力轴承的结构和作用限制，以及所采用的人工打榔头存在诸多弊端，本文根据该厂推力轴承受力调整的要求和施工现场的实际特点，经前期现场勘查、图纸查阅、各尺寸重量和受力等核算，提出了一种有效的调整措施，并设计出一套优良的机组受力调整装置。

该装置具有储能及快速间歇性打击的功能，且轻便、可靠、稳定性高，其打击力可调、均匀一致。该机组受力调整装置加工制作完成后，在机组大修时进行现场试验验证，结果证明了基于推荐方案设计和优化出的受力调整装置具有安全、轻便、准确、可靠的优点。并根据实际运用情况对该装置做进一步完善，确保安全、可靠、精确后投入使用，这对保证机组更准确的受力调整、保证设备和人身安全具有重要的意义。

参考文献：

[1]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T8564-2003水轮发电机组安装技术规范[S]，2003.

[2]中华人民共和国国家发展和改革委员会.DL/T1066-2007水电站设备检修管理导则[S]，2007.

[3]水电站机电设计手册编写组.水电站机电设计手册-水力机械[M].北京：水利电力出版社,1989.

[4]欧学修.水轮发电机推力轴承水平与受力的调整[J].水电机电安装技术,1980(02).

[5]杨斌.一种水轮发电机推力轴承受力平衡调整装置：中国，0255712.3[P].2014.

作者简介：邓亚新（1981-），男，工程师，从事水电站机组检修维护工作。

收稿日期：2015-12-08

中图分类号：TV734

文献标识码：B

文章编号：1672-5387（2016）03-0006-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2016.03.003