湖南镇电站5号发电机推力轴承改造技术

徐剑峰，闫晓辉，陈长游，李冬翠，朱荣华，黄亿良

(1．中国华电集团有限公司衢州乌溪江分公司，浙江 衢州 324000；2．浙江富春江水电设备有限公司，浙江 杭州 311121)

1 概 述

湖南镇电站是位于乌溪江流域两级开发的第一级电站，距浙江省衢州市区约37 km。电站共有2座厂房，5台立轴混流式水轮发电机组，其5号发电机于1996年12月投产运行，2009年4月机组增容改造引起推力负荷增加。至本次改造前推力轴承已服役20多年，弹性油箱金属材料疲劳老化，其轴向变形和压缩变形误差值超标，轴瓦温度偏差较大，修复处理困难且成本较高，因此亟需对推力轴承相关部件进行更新改造。

2 相关参数

湖南镇电站5号发电机推力轴承改造前负荷为880 t，推力瓦块数为10块，推力轴承采用三波纹弹性油箱支撑方式。改造后的推力轴承额定容量120 MW，额定转速187.5 r/min，飞逸转速373 r/min。推力瓦材质为弹性金属塑料瓦，仍然采用多波弹性油箱支撑方式，并保持瓦块数10块不变，冷却方式为外加泵外循环；推力负荷按1 200 t进行推力轴承的改造设计。

3 推力轴承

5号发电机推力轴承主要由推力瓦及弹性油箱支撑组成。弹性油箱具有自动平衡负荷功能，性能优越，因此通常用于推力负荷较大的机组，详见图1。

图1 改造后的推力轴承结构示意图

3.1 弹性金属塑料推力瓦

5号发电机推力瓦尺寸外径φ2 750 mm、内径φ1 600 mm、薄瓦厚度60 mm，设计面压4.6 MPa。

薄瓦PTFE(聚四氟乙烯)层硬度较低，一般为4～5 HB，在较大压力的作用下，容易产生变形；在推力镜板和瓦面之间容易发生泄压，因此无法设置高压油顶起装置。

不设高顶装置，既简化了轴承润滑系统，增强系统可靠性，又减少了检修维护的工作量。PTFE瓦不但静摩擦系数小，而且耐磨损性能优良，可实现机组较长期停机后，不需顶转子直接开机。

3.2 托瓦

5号发电机由推力瓦(薄瓦)和托瓦组成双层瓦结构，详见图2。通过鸽尾键将薄瓦固定在托瓦上，防止运行工况或顶转子工况下薄瓦向上脱开；同时在瓦外径侧设置挡块固定，阻止薄瓦的径向移动。托瓦上表面设置若干条周向沟槽，利用润滑油的周向旋转，流过沟槽对薄瓦进行冷却。

图2 双层瓦结构示意图

机组运行时，推力镜板相对推力瓦高速滑动，瓦面的润滑油膜产生的损耗无法快速地从推力瓦侧发散，从而使油膜的温度升高，导致塑料瓦面呈凹形。塑料层具有较低的导热性，在瓦面层产生很大的温度梯度，而薄瓦瓦坯的温度几乎均匀一致，温度梯度很小，润滑油通过托瓦上的周向油沟带走塑料层传递到瓦坯的少量热量，进一步减小瓦坯的温度，从而减小薄瓦的热变形。

托瓦通常由厚钢板制成，为薄瓦提供足够的支撑刚度，其上下表面油温温差较小，自身热变形小，从而减小了薄瓦的变形。

大量项目的推力轴承有限元分析结果表明，双层瓦设计可以改善油膜的形状，使油膜压力分布更趋流畅圆弧形，从而大幅提高推力轴承运行的安全裕度；而且薄瓦轻量化设计，拆卸方便，检修更容易。

3.3 弹性油箱

弹性油箱直径φ400 mm，通过加工精度保证弹性油箱的弹性模量，严格要求所有油箱高度偏差在520±0.04范围内。

弹性油箱支撑由多只弹性油箱串联组成，用钢管焊接成一个整体，详见图3。内腔抽真空后充入汽轮机油，并用丝堵封堵。弹性油箱负荷不均匀时，利用连通器原理，压力油向低负荷油箱快速流动，自动平衡每个弹性油箱所承担的负荷，并确保推力瓦的荷载不平衡率不大于5%。

图3 弹性油箱结构示意图

弹性油箱厂内装配后整体发货，现场不需要再做调整，整体安装方便。机组运行时能够自动平衡瓦间负荷，而且推力瓦倾斜灵活，可以很好地控制瓦变形等特点，被广泛应用。但弹性油箱结构复杂，加工用时长，加工精度要求高，装配工期及耐压试验用时周期长，因此制作成本大；而且弹性油箱有漏油风险，一旦发生漏油，会造成瓦温明显升高，因此日常巡检需特别注意。

4 推力轴承润滑方式

5号发电机推力轴承采用外加泵外循环冷却方式，该冷却方式应用广泛。该系统对电动机、油泵和供电电源的可靠性要求较高，而且油泵和电机需定期进行检查维护；全套设备需要在一定周期内更换，从而防止冷却系统突然故障，影响推力轴承甚至机组的运行安全。

5 改造效果

5号发电机更换的推力轴承各项检测尺寸均满足设计要求。机组轴线质量得到大幅改善，水导盘

车摆度明显下降。推力轴承水导盘车摆度从最大的0.89 mm下降为0.18 mm；推力轴承盘车摆度由最大的0.91 mm下降为0.10 mm。

改造后推力轴瓦温度低于改造前，并满足合同规定的低于46 ℃的要求，且留有较大裕度，详见表1。

表1 改造后推力轴瓦温度

6 结 论

湖南镇电站5号发电机推力轴承改造采用PTFE薄瓦和托瓦，配合弹性油箱支撑，是当前大型机组的主流设计方案之一；其结构具有自动平衡推力瓦间负荷、过滤水力振动性能好等优点。

改造后推力轴承的运行记录表明，经受住了夏季高温的考验，推力瓦温满足合同要求且有较大裕度，瓦温偏差不高于5 ℃。

因此，湖南镇电站5号发电机推力轴承此次更新改造是成功的。