水轮机导轴承改造

摘要：通过改变水轮机导轴承分块导轴瓦定位方式，使水轮机导轴承检修过程中安装、拆卸更加方便，水导油温冷却效果更好，提高了设备运行的安全性和可靠性。

关键词：水轮机;导轴承;瓦间隙调整;方便拆装;结构改造

0    引言

万安水力发电厂电站大坝全长1 097.5 m，总库容为22.16亿m3，现装机规模533 MW，电厂兼有防洪、航运、灌溉、养殖等综合效益，是江西赣南、赣北电网的联络枢纽和调峰、调频、事故备用的主力电厂。5台机组全部是由东方电机有限公司生产，其3号机组（100 MW）是全伞式结构，水轮机型号为ZZ440-LH-850。

1    水导轴承的作用及工作原理

在水轮机内，转轮静不平衡会产生径向离心力，尾水管中的空腔空蚀会产生径向水推力，为了保证水轮机在规定的轴线位置旋转，限制大轴的摆度，必须在水轮机上安装一个导轴承，简称“水导轴承”。

该厂3号水轮机原设计（图1）是支柱螺钉式分块同心点接触面瓦油润滑导轴承，采用自循环油润滑。这种轴承的主要优点是轴瓦分块，间隙可调，并有一定的自调能力，运行可靠，安装方便，对顶盖的刚度要求较低;主要缺点是主轴上要套装轴颈，制造复杂，造价高，承载能力偏差，检修工期长，水导瓦需修刮，冷却效果一般。

2    水导轴承结构存在的问题

（1）由于当时的生产加工条件转轮加工精度受限，存在动不平衡，水导轴承受力大，承载能力差，运行中支柱螺钉时常松动，瓦背帽容易开裂，造成瓦间隙变化大，机组水导处运行摆度超高限（600 μm），需停机进行抢修，此类缺陷曾发生多次。

（2）巴氏合金水导瓦运行温度普遍偏高，夏季运行瓦温有时超过报警值，最大能达到57 ℃，造成限负荷运行。3号机组该问题尤为突出，比其他机组瓦温高出3～4 ℃。

（3）如果不进行扩大性检修，水导瓦只能在油槽内进行修刮，空间狭小，无法满足设计要求。

（4）瓦间隙调整工作量大，人身安全隐患大。因为调整瓦间隙时，锁固支柱螺栓需要用两个5 t葫芦对称拉紧，然后用24磅大锤打击扳手才能锁紧，在这个过程中又容易造成瓦间隙变化，要反复几次才能调整好。工作人员体力消耗极大，耗时也很长，调整好10块瓦最快需要10个人加班1天时间。

3    新水导轴承的结构特点与技术要求

3.1    新的水导轴承结构

新的水导轴承结构如图2所示。

（1）轴承体采用分半结构，分半把合面在Y方位上，并确保设有油道通孔。

（2）楔子板（调整块）线型轴瓦以-X方位为起始瓦在轴承体圆周上分布，轴瓦数量为10块，且满足楔子板线型瓦结构的装配要求。

（3）轴承托瓦环采用分半结构，与轴领间隙0.75～1.2 mm。

（4）主要部件材料要求：轴承体采用ZG270-500，轴瓦采用ZG20SiMn+巴氏合金，托瓦环和调整块采用Q235A。

（5）轴瓦与轴领双边间隙0.55～0.70 mm。

（6）改造方案图如图2所示，图中双点画线为原结构中的零部件，实线为需要更换的零部件。取消原水导轴承装配中的轴承体、托瓦环、轴瓦、支柱螺钉及相关配件，重新制作楔子板（调整块）及配套的轴承体、托瓦环、轴瓦及轴瓦上的自动化元件和相关标准件。在保证原轴承体在轴承装配中的轴向控制尺寸535 mm、110 mm和接口尺寸不变的情况下对原水导轴承进行改造，达到方便安装、拆卸的要求。

（7）由于此次未对机组滑转子等转动部分进行改造，且机组转速不变，只对水导轴承轴瓦定位结构进行了优化，在轴瓦间隙不变的情况下，水导轴承损耗不会发生变化，沿用原水导油冷却器是可行的，不会出现冷却能力不够的情况。

3.2    轴承安装

（1）将轴承体吊入，主轴处于中心位置时，在X、Y十字方向测量轴颈与轴承体加工面处的距离，并做记录。（2）根据主轴中心位置并考虑盘车的摆度方位和大小进行间隙调整，并调整水平，在安装总间隙符合设计要求后打定位销。（3）放入調整垫块配刮调整垫块背面圆弧面与轴承体接触处，以保证是线接触。（4）将轴瓦与轴颈配合表面涂少量黄干油和背面的调整块对称装入轴承体，用顶瓦螺钉将轴瓦与轴颈顶紧，并在调整块背面加入0.3 mm铜皮，调整螺母，让铜皮、调整块与轴承体贴紧。（5）检测轴瓦与轴颈、调整块与铜皮间隙不大于0.03 mm，局部间隙允许不大于0.1 mm，但相邻两块瓦的间隙与要求值的偏差不能大于0.03 mm。（6）取出铜皮，将轴瓦及调整块一起取出，旋紧螺栓将调整块与轴瓦装配在一起。（7）重新将轴瓦调整垫块装入，用顶瓦螺钉让轴瓦钨金面与主轴贴紧，检查调整块背面与轴承体之间的间隙应符合图纸要求，调整完后将顶瓦螺钉退出适当距离并锁紧螺母。

4    新水导轴承结构的改善和不足

经过一段时间的运行可知，3号发变机组在两个方面得到了改善：一是水导摆度稳定在300 μm，消除了水导摆度超标的缺陷;二是优化了水导轴承结构，较好地消除了水轮机发电运行的重大安全隐患，提高了水轮机运行的可靠性，改善了水导瓦间隙调整的检修工艺，使抱瓦和间隙调整工序的劳动强度大大减轻，缩短了水轮机水导轴承检修工期，间隙调整工序只需4人花费半天时间即可完成。

存在的不足：一是水导瓦温最高54 ℃，与往年同期有所降低，但对比其他机组并无明显优势，未达到改造前的预期结果;二是水导油位越来越低，低于原水导油位，有水导油位低的缺陷，为此，分别拆除各块轴瓦的一个顶瓦螺钉，让水导油盆内的透平油更加流通，内挡油筒油位降低，但油位依然未达到原设计位置。

5    结语

此结构改进可消除制造厂家设计上的考虑不周，实现水轮机水导轴承检修在小修中迅速完成，使水导瓦间隙更加稳定，调整起来方便快捷;可减少水导轴承抢修的时间及发电经济损失，缩短机组检修工期，提高设备运行的安全性和可靠性，对电网有着极其重要的作用。

收稿日期：2020-04-16

作者简介：刘晨光（1992—），男，江西赣州人，助理工程师，研究方向：水轮机检修。