白鹤滩水电站机组推力轴承结构特点分析

孙东旭 欧阳凌云 陈昕 赵传辉

摘  要：推力轴承对于大型水轮发电机组的安全稳定运行具有重要的作用。该文简述了白鹤滩水电站右岸机组推力轴承的基本组成和结构特点，并对轴承的工作性能进行了简要的分析与计算。白鹤滩水电站的百万容量大型机组要求推力轴承具有更好的性能和更高的可靠性。该电站右岸8台机组的推力轴承设计均采用弹性柱销簇支撑的双层瓦结构，该结构承载了巨大的推力，同时能够有效降低轴瓦温度，达到稳定运行的目的。

关键词：白鹤滩水电站;推力轴承;结构特点;外循环冷却

中图分类号：TV54            文献标志码：A

0 引言

对于立式水轮发电机组，转动部件的重量和水轮机运行产生的轴向水推力是由推力轴承所承载的。机组运行时，转子带动镜板转动，在推力瓦与镜板之间通入高压油形成油膜，油膜起到冷却和润滑的作用，推力瓦再将转子重量等作用力传递给下机架。白鹤滩水电站的百万容量大型机组，必须要求推力轴承具有更好的性能和更高的可靠性。该电站右岸8台机组的推力轴承设计均采用弹性柱销簇支撑的双层瓦结构，该结构在承载巨大的推力同时能够有效降低轴瓦温度，达到稳定运行的目的。目前已在三峡、向家坝、溪洛渡、龙滩、拉西瓦、小湾等电站使用过类似的推力轴承设计。

1 推力轴承总体概述

白鹤滩右岸机组推力轴承推力总负荷达到4 600 t，共設置有24块推力轴承瓦。推力轴承为双层结构，上层推力瓦为弹性小支柱支撑的巴氏合金瓦，下层为钢结构托瓦。该结构称为弹性柱销簇支撑结构，可以使轴瓦在运行时具备良好的自调节功能，保证了轴瓦受力的均匀。这相对于普通弹簧束支撑结构的推力轴承在设计方面是巨大的优化，普通弹簧束支撑结构的推力轴承要进行单块推力瓦的受力调整，难度较大，往往采用低温瓦弹簧束下加垫片、高温瓦减少适当数量的弹簧的方法加以尝试，没有一个定量的测量方法，调整起来不准确也不方便[1]。推力轴承采用外循环冷却方式，油流压力来自于导瓦旋转，无须辅助油泵。

白鹤滩右岸机组推力负荷为45 080 kN，轴承吨转速达到了492 660 t·r/min，表明推力轴承运行时所承受的载荷非常高。推力轴承总体结构如图1所示。

2 推力轴承结构特点

2.1 推力瓦与托瓦

推力轴承采用薄推力瓦、厚托瓦组成的双层结构，中间由不同直径的弹性小支柱支撑，如图2所示。小支柱将托瓦与温度较高的推力瓦隔离开，降低了托瓦的的温度，防止托瓦产生大的热变形，使推力瓦时刻保持平面。通过调整小支柱的高度、直径和位置，可对产生变形的推力瓦进行补偿。双层瓦结构还减小了高压油顶起时推力瓦无热变形而形成的过大机械变形，提高了高压油顶起推力瓦时的最小油膜厚度，有利于保护推力瓦，便于高压油顶起系统正常、可靠运行[2]。

2.2 推力轴承支撑型式

推力轴承底部采用可调支柱螺钉支撑结构，双层瓦之间为弹性小支柱支撑，总体结构如图3所示。在该结构中，推力瓦的变形主要取决于瓦下小支柱受载荷后的变形，而小支柱的尺寸及分布是根据轴承油膜的压力分布、轴瓦的倾斜需要而设计的，最终使推力瓦的变形得到控制，并能建立适合的油膜[3]。托瓦承受的载荷通过托盘传递到下方的支柱上，支柱由推力支架上的支柱座支撑，调整支柱高度可平衡瓦间受力。安装时，通过支柱内的传感器可对轴承的微小位移进行测量，补偿不同的负荷分布差异。

2.3 推力轴承冷却系统

推力轴承采用外循环冷却方式，由导瓦旋转带动油产生压力，无须添加辅助油泵。在对推力瓦进行检修时，冷却器不需要拆解，检修相对简单。单台冷却器退出运行也不会对整体冷却效果产生影响。在机组运行时，瓦块浸在油中，由于轴领的旋转产生的离心力，将轴领附近的油带动一起旋转，使其通过瓦的泵部分和支持面部分。由于瓦泵部分间隙较大，支持面部分间隙较小，大量的热油进入泵部分时不能全部通过支持面部分，因此，在支持面部位产生压力使热油进入出油孔，通过冷却器冷却后回到瓦面重新循环冷却，原理如图4所示。

3 推力轴承性能计算

白鹤滩电站右岸机组推力轴承在额定、断水和飞逸工况下，稳定运行时的性能见表1。

通过对推力轴承以及油冷却循环系统的性能分析计算结果表明，断水运行15 min和飞逸运行5 min时，推力轴承的最高油膜温度< 120 ℃，符合设计规范的要求。在惰转停机时的瓦温和油温同样符合设计要求，不会对推力轴承造成危害。

4 结语

白鹤滩水电站右岸机组推力轴承采用弹性柱销簇支撑的双层瓦结构，可以使轴瓦具备良好的自调节功能，有效降低轴瓦的形变，并且可以满足正常运行和极端工况的设计要求。冷却系统采用外循环加导瓦泵的冷却方式，结构紧凑，检修方便，冷却效果良好，具有一定的设计参考意义。

参考文献

[1]王轩，白钢.浅谈锦屏一级水电站推力轴承结构特点及安装工艺[J].中国水能及电气化，2016（1）：32-35.

[2]朱顺财，杨仕福.溪洛渡右岸水电站水轮发电机推力轴承及油循环冷却系统设计[J].东方电气评论，2015（1）：40-43.

[3]江晓林，卢进玉.大型水轮发电机组推力轴承结构型式及特点[J].水力发电，2015，41（1）：61-65.