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发电机组中推力轴承的结构与安装
作者：bearingpower 发表时间：2010-12-12
三峡左岸电站14台700MW机组中的8台由ALSTOM公司供货，其推力轴承及其承重机架的结构设计较为独特，其中ALSTOM申请专利技术的有两项：一是下机架斜支臂，二是自泵式下导瓦。其它显著特点还有：推力瓦为厚薄瓦两层结构，设有推力负荷测量和调整传感器，油冷却方式为外循环，不需要外部动力，未设循环油泵，依靠自泵式下导瓦，通过机组的旋转运动，自动形成冷热油交换回路。 下机架中心体油槽内的推力轴承(24块推力瓦)承受5520t的最大轴向总负荷(包括转动部分总重量2 600t和最大水推力2 920t)，该负荷通过下机架轴向基础板传至混凝土基础。油槽内的下导轴承(16块下导瓦)承受机组运行时径向不平衡力，并将该力通过下机架上单独的径向基础板传至混凝土基础(转子风闸混凝土支墩)。 其在现场安装时的新技术主要包括：推力负荷的测量和调整，高压油润滑系统的高压油流量调节，抱下导瓦、即现场加工下导瓦键。 2 结构介绍 2.1 下机架本体 下机架本体包括1个中心体和16条斜支臂，在现场用螺栓把合而成，不需焊接。中心体和支臂连接法兰面之间有键，防止产生相对轴向位移。 下机架推力油槽位于中心体内，其内挡油圈到货时已焊接好，挡油圈表面设有铝质螺旋形密封油沟，增加油爬行阻力，防止甩油。 斜支臂其支臂不是径向的，支臂与中心体夹角小于90°，这种结构的好处在于：运行时中心体推力油槽产生很大的径向热膨胀，使斜支臂产生稍稍的弯曲和扭曲变形(仍维持一定的径向刚度)，从而吸收掉大部分膨胀力，可保持中心体的中心和圆度，维持下导瓦间隙不变，并大大减少了基础的受力，降低了对基础的维护要求，同时支臂断面尺寸也相对减小。下机架结构剖面图如图1所示。 图1 下机架结构剖面图 2.2 推力轴承 推力轴承为偏心倾斜式，以利于运转时形成润滑油膜，支柱螺栓中心与推力瓦中心的偏心距约为48mm。 2.2.1 轴承支撑 推力轴承的支撑方式为刚性支柱螺栓式，支柱螺栓顶部表面为半径llm的球面，增加推力瓦倾斜的灵活度。支柱螺栓中心孔内安装有推力负荷测量传感器和测杆，机组全部轴向力通过推力瓦施加到支柱螺栓上，从而在支柱螺栓螺纹以上部分产生压缩变形，同时带动测杆向下位移，给传感器一个位移信号，并在计算机上显示出相应的支柱螺栓变形数值。推力负荷测量原理如图2所示。 2.2.2 推力瓦 推力瓦主要由托架、厚瓦、薄瓦以及厚薄瓦之间的小支撑柱组成。如图3所示。 厚薄瓦分开，厚瓦的厚度为237mm，运行时温度为油槽油温，其热变形和机械变形很小。厚瓦内圆侧设有切向限位销钉。 图2 推力负荷测量原理示意图 图3 下导瓦示意图 薄瓦厚64mm、表面为4mm厚的巴氏轴承合金，瓦表面开有两个深度为0.5mm的12mmX60mm的浅槽，此为瓦面高压油喷口，经支管和分配节流阀与高压油环管相连通。瓦面以下34mm处即为推力瓦温度传感器孔。两块推力瓦之间有导油隔板，起引导油流、防止冷热油串通的作用。薄瓦的设计应在满足强度和刚度的条件下厚度尽量薄，有利于推力瓦的快速散热。有较高刚度的厚瓦和小支撑柱一起可使薄瓦保持水平。 厚薄瓦之间的弹性小支撑柱共有4种直径不同的类型，根据瓦面负荷有限元计算以及在哈尔滨制造厂对12块推力瓦做的3 000t推力瓦负荷试验，决定各种支撑柱的分布位置和数量，不同位置处的每个支撑柱的压缩变形大小一致，从而适应瓦面弹性变形，使瓦面在运行过程中保持水平。另外小支撑柱将厚薄瓦分开，使厚瓦的温度远低于薄瓦的温度，几乎没有热变形。 2.3 下导瓦 下导瓦瓦面半径比推力头轴颈面半径大10mm，且下导瓦支撑靠近出油边，使瓦面和轴颈面之间产生径向偏斜间隙，便于形成润滑油膜。另外，下导瓦进油边有一个专门设计的深度为1mm的油室，该油室与轴颈面之间产生泵隙，机组旋转时将大部分冷却过推力瓦的热油通过此油室甩入下导瓦中间的排油孔中，即在推力油槽油路循环中相当于油泵的功能，然后热油随排油管进入外部油冷却器中，另?部分油则随推力头轴颈旋转起润滑作用。下导瓦如图4所示。 安装时下导瓦间隙为1.2mm，所以机组冷态启动时，下导瓦并不起导向作用，此时由上导和水导导向。 2.4 油路循环 在下机架中心体推力油槽的外部有8个油冷却器，从冷却器下部出来的冷油返回油槽，经推力轴承下部至推力瓦内圆侧，然后再经导油板流至推力瓦外圆侧，从而对推力瓦进行冷却，最后经自泵式下导瓦将热油泵至油冷却器上部的进油管后进入外部油冷器。机组过速的瞬间转速增高，导致泵油量增大，推力瓦温反而会比额定转速时下降。油路循环参见图1所示。 8个油冷却器最多1个出现故障的话，机组仍可正常运转，瓦温在报警温度以下。 返回油槽的每根冷油管中设有一个临时的很细的滤网，厂家原来要求在机组试运行程序结束后才拆除该滤网，当第1台机组试运行进行到100％额定转速下的瓦温稳定试验时，推力瓦温度一直上升到跳闸温度90℃，导致停机，试验失败。拆掉滤网后检查发现滤网被棉纱堵塞，由于当时冷油管中流量计出现故障，未能正确监控到冷油流量而没有报警。后来根据厂家要求，在该瓦温稳定试验前拆除了滤网，重新开机后瓦温恢复正常。由此我们看出，这种推力外循环临时滤网的设计可在机组首次启动后，使油槽内的杂质流动到滤网附近，避免杂质随循环油路进入油槽，对油槽清洁度提供了安全保障。 油路循环管道材料为不锈钢，管道工作压力约为0.5～0.6kR/cm2，现场管道接头不用焊接，而是用专利设计的Metal?Grip一Clamp管接头，按设计力矩拧紧螺栓即可。 3 安装新工艺 3.1 推力负荷的测量和调整 在推力负荷测量元件和计算机的监控下，向上或向下旋转支柱螺栓，调整每块推力瓦支撑的支柱螺栓轴向位置，以增加或减小该块瓦面上的负荷，使每个支柱螺栓的变形值差异在0.03mm之内，即认为每块推力瓦的推力负荷已调整均匀。 在将推力瓦吊装到支柱螺栓上以前，将传感器通过端子箱与计算机相连，将读数置为零，设置负荷传感器的零位；然后每当转动部分的重量有较大变化时，即转子吊装后、转子与大轴／转轮联接后、机组安装完成后，都要测量传感器的读数，若读数差值超过0.03mm，就进行上述的调整。在机组轴线调整完成后，也要进行测量确认。 实际调整时，需先测量24个传感器的读数，然后用风闸将转子顶起，将每个支柱螺栓按读数结果进行上抬或下降，再落下转子，重新读数，必要的话，再重复上述调整过程，直到获得?致的读数为止。 3.2 高压油流量调节 在推力头和镜板吊入油槽之前，要检查每块推力瓦面的高压油喷油高度是否一致。油槽注油至高压油系统取油口以上50mm，启动高压油泵，测量每块瓦面上的喷油高度，设计值为30～35mm，若高度不一致的话，则调节高压油环管至每块推力瓦的分配和节流阀。该阀有两个节流孔，一个是固定的，直径为2mm，另一个为可调节的(最大1.5mm)，当每块瓦的喷油高度调节一致后，就将可调节口的手柄锁住，防止松动。但是在第l台机组试运行的过程中，机组过速后人工转动转子准备打磁极键时(因为只拆了一块上挡风板，所以需要转动转子)，发现机组转动时产生异常声响，经检查确认原因为：有4块推力瓦的分配和节流阀的可调节孔因过速试验时的巨大振动而被固定孔的油嘴堵住，在启动时无高压油流量润滑瓦面，推力瓦和镜板面之间因无润滑油膜、产生干摩擦而发出异响。后来厂家对该阀的可调节孔在结构上进行了修改，以保证可靠的高压油供给，其修改方案是：将可调节孔的孔板及手柄拆除，重新加工一块堵板，这样可调节孔不再起作用，并且将固定孔的直径由2mm扩大到3.5mm，修改后机组转动和运行时的结果表明：这种办法是可行的。因为在实际安装时并没有对手柄进行调节，而是将每个阀的可调节孔的手柄旋到最大位置，然后核查每块推力瓦的喷油高度基本是一致的，就将手柄锁住了。 3.3 抱下导瓦 机组盘车摆度和中心合格后，正式安装下导瓦，以得到1.2±0.02mm的下导瓦间隙。下导瓦间隙是通过加工背部键槽内的键来得到，实际测量瓦背部与瓦架的间隙值，然后按该值对键进行机加工。这种结构的优点在于固定可靠，不会因机组的振动而松动，但下导瓦的实际间隙值受测量误差和键机加工误差的影响，对于满足1.2±0.02mm的间隙要求有一定的难度，而且当插入机加工好的键以后的实际下导瓦间隙很难测量。 4 结语 在目前三峡电站低水头运行条件下，夏季推力瓦最高温度为76℃，而秋季的最高温度71℃(报警温度85℃)。三峡今年已发电的3台ALSTOM机组运行结果表明：三峡ALSTOM机组的推力轴承及其承重机架的设计、制造、安装和运行都是成功的，它为超重型推力轴承的发展提供了可供借鉴的经验和数据。 回答者：hzj121121 - 举人 五级 3-10 15:55三峡ALSTOM机组下机架及推力/下导轴承安装 禹家莲 (葛洲坝集团三峡机电安装施工项目部，湖北宜昌443133) 摘要：三峡左岸电站8台ALSTOM发电机组，其推力轴承及其承重机架的结构设计较为独特，ALSTOM专利技术两项：下机架斜支臂和自泵式下导瓦。其它显著特点有：推力瓦为厚薄瓦两层结构设有推力负荷测量和调整传感器，油冷却方式为外循环，不需要外部动力，未设循环油泵，依靠自泵式下导瓦，通过机组的旋动，自动形成，冷热油交换回路。现场安装下机架的新技术i要包括：推力负荷的测量和调整，高压油润滑系统的高压油流量调节，抱下导瓦，即现场加工下导瓦键。 关键词：发电机组；推力轴承；下机架；结构；安装；三峡电站 三峡左岸电站14台700MW机组中的8台由ALSTOM公司供货，其推力轴承及其承重机架的结构设计较为独特，其中ALSTOM申请专利技术的有两项：一是下机架斜支臂，二是自泵式下导瓦。其它显著特点还有：推力瓦为厚薄瓦两层结构，设有推力负荷测量和调整传感器，油冷却方式为外循环，不需要外部动力，未设循环油泵，依靠自泵式下导瓦，通过机组的旋转运动，自动形成冷热油交换回路。 下机架中心体油槽内的推力轴承(24块推力瓦)承受5520t的最大轴向总负荷(包括转动部分总重量2 600t和最大水推力2 920t)，该负荷通过下机架轴向基础板传至混凝土基础。油槽内的下导轴承(16块下导瓦)承受机组运行时径向不平衡力，并将该力通过下机架上单独的径向基础板传至混凝土基础(转子风闸混凝土支墩)。 其在现场安装时的新技术主要包括：推力负荷的测量和调整，高压油润滑系统的高压油流量调节，抱下导瓦、即现场加工下导瓦键。 2 结构介绍 2.1 下机架本体 下机架本体包括1个中心体和16条斜支臂，在现场用螺栓把合而成，不需焊接。中心体和支臂连接法兰面之间有键，防止产生相对轴向位移。 下机架推力油槽位于中心体内，其内挡油圈到货时已焊接好，挡油圈表面设有铝质螺旋形密封油沟，增加油爬行阻力，防止甩油。 斜支臂其支臂不是径向的，支臂与中心体夹角小于90°，这种结构的好处在于：运行时中心体推力油槽产生很大的径向热膨胀，使斜支臂产生稍稍的弯曲和扭曲变形(仍维持一定的径向刚度)，从而吸收掉大部分膨胀力，可保持中心体的中心和圆度，维持下导瓦间隙不变，并大大减少了基础的受力，降低了对基础的维护要求，同时支臂断面尺寸也相对减小。下机架结构剖面图如图1所示。 图1 下机架结构剖面图 2.2 推力轴承 推力轴承为偏心倾斜式，以利于运转时形成润滑油膜，支柱螺栓中心与推力瓦中心的偏心距约为48mm。 2.2.1 轴承支撑 推力轴承的支撑方式为刚性支柱螺栓式，支柱螺栓顶部表面为半径llm的球面，增加推力瓦倾斜的灵活度。支柱螺栓中心孔内安装有推力负荷测量传感器和测杆，机组全部轴向力通过推力瓦施加到支柱螺栓上，从而在支柱螺栓螺纹以上部分产生压缩变形，同时带动测杆向下位移，给传感器一个位移信号，并在计算机上显示出相应的支柱螺栓变形数值。推力负荷测量原理如图2所示。 2.2.2 推力瓦 推力瓦主要由托架、厚瓦、薄瓦以及厚薄瓦之间的小支撑柱组成。如图3所示。 厚薄瓦分开，厚瓦的厚度为237mm，运行时温度为油槽油温，其热变形和机械变形很小。厚瓦内圆侧设有切向限位销钉。 图2 推力负荷测量原理示意图 图3 下导瓦示意图 薄瓦厚64mm、表面为4mm厚的巴氏轴承合金，瓦表面开有两个深度为0.5mm的12mmX60mm的浅槽，此为瓦面高压油喷口，经支管和分配节流阀与高压油环管相连通。瓦面以下34mm处即为推力瓦温度传感器孔。两块推力瓦之间有导油隔板，起引导油流、防止冷热油串通的作用。薄瓦的设计应在满足强度和刚度的条件下厚度尽量薄，有利于推力瓦的快速散热。有较高刚度的厚瓦和小支撑柱一起可使薄瓦保持水平。 厚薄瓦之间的弹性小支撑柱共有4种直径不同的类型，根据瓦面负荷有限元计算以及在哈尔滨制造厂对12块推力瓦做的3 000t推力瓦负荷试验，决定各种支撑柱的分布位置和数量，不同位置处的每个支撑柱的压缩变形大小一致，从而适应瓦面弹性变形，使瓦面在运行过程中保持水平。另外小支撑柱将厚薄瓦分开，使厚瓦的温度远低于薄瓦的温度，几乎没有热变形。 2.3 下导瓦 下导瓦瓦面半径比推力头轴颈面半径大10mm，且下导瓦支撑靠近出油边，使瓦面和轴颈面之间产生径向偏斜间隙，便于形成润滑油膜。另外，下导瓦进油边有一个专门设计的深度为1mm的油室，该油室与轴颈面之间产生泵隙，机组旋转时将大部分冷却过推力瓦的热油通过此油室甩入下导瓦中间的排油孔中，即在推力油槽油路循环中相当于油泵的功能，然后热油随排油管进入外部油冷却器中，另?部分油则随推力头轴颈旋转起润滑作用。下导瓦如图4所示。 安装时下导瓦间隙为1.2mm，所以机组冷态启动时，下导瓦并不起导向作用，此时由上导和水导导向。 2.4 油路循环 在下机架中心体推力油槽的外部有8个油冷却器，从冷却器下部出来的冷油返回油槽，经推力轴承下部至推力瓦内圆侧，然后再经导油板流至推力瓦外圆侧，从而对推力瓦进行冷却，最后经自泵式下导瓦将热油泵至油冷却器上部的进油管后进入外部油冷器。机组过速的瞬间转速增高，导致泵油量增大，推力瓦温反而会比额定转速时下降。油路循环参见图1所示。 8个油冷却器最多1个出现故障的话，机组仍可正常运转，瓦温在报警温度以下。 返回油槽的每根冷油管中设有一个临时的很细的滤网，厂家原来要求在机组试运行程序结束后才拆除该滤网，当第1台机组试运行进行到100％额定转速下的瓦温稳定试验时，推力瓦温度一直上升到跳闸温度90℃，导致停机，试验失败。拆掉滤网后检查发现滤网被棉纱堵塞，由于当时冷油管中流量计出现故障，未能正确监控到冷油流量而没有报警。后来根据厂家要求，在该瓦温稳定试验前拆除了滤网，重新开机后瓦温恢复正常。由此我们看出，这种推力外循环临时滤网的设计可在机组首次启动后，使油槽内的杂质流动到滤网附近，避免杂质随循环油路进入油槽，对油槽清洁度提供了安全保障。 油路循环管道材料为不锈钢，管道工作压力约为0.5～0.6kR/cm2，现场管道接头不用焊接，而是用专利设计的Metal?Grip一Clamp管接头，按设计力矩拧紧螺栓即可。 3 安装新工艺 3.1 推力负荷的测量和调整 在推力负荷测量元件和计算机的监控下，向上或向下旋转支柱螺栓，调整每块推力瓦支撑的支柱螺栓轴向位置，以增加或减小该块瓦面上的负荷，使每个支柱螺栓的变形值差异在0.03mm之内，即认为每块推力瓦的推力负荷已调整均匀。 在将推力瓦吊装到支柱螺栓上以前，将传感器通过端子箱与计算机相连，将读数置为零，设置负荷传感器的零位；然后每当转动部分的重量有较大变化时，即转子吊装后、转子与大轴／转轮联接后、机组安装完成后，都要测量传感器的读数，若读数差值超过0.03mm，就进行上述的调整。在机组轴线调整完成后，也要进行测量确认。 实际调整时，需先测量24个传感器的读数，然后用风闸将转子顶起，将每个支柱螺栓按读数结果进行上抬或下降，再落下转子，重新读数，必要的话，再重复上述调整过程，直到获得?致的读数为止。 3.2 高压油流量调节 在推力头和镜板吊入油槽之前，要检查每块推力瓦面的高压油喷油高度是否一致。油槽注油至高压油系统取油口以上50mm，启动高压油泵，测量每块瓦面上的喷油高度，设计值为30～35mm，若高度不一致的话，则调节高压油环管至每块推力瓦的分配和节流阀。该阀有两个节流孔，一个是固定的，直径为2mm，另一个为可调节的(最大1.5mm)，当每块瓦的喷油高度调节一致后，就将可调节口的手柄锁住，防止松动。但是在第l台机组试运行的过程中，机组过速后人工转动转子准备打磁极键时(因为只拆了一块上挡风板，所以需要转动转子)，发现机组转动时产生异常声响，经检查确认原因为：有4块推力瓦的分配和节流阀的可调节孔因过速试验时的巨大振动而被固定孔的油嘴堵住，在启动时无高压油流量润滑瓦面，推力瓦和镜板面之间因无润滑油膜、产生干摩擦而发出异响。后来厂家对该阀的可调节孔在结构上进行了修改，以保证可靠的高压油供给，其修改方案是：将可调节孔的孔板及手柄拆除，重新加工一块堵板，这样可调节孔不再起作用，并且将固定孔的直径由2mm扩大到3.5mm，修改后机组转动和运行时的结果表明：这种办法是可行的。因为在实际安装时并没有对手柄进行调节，而是将每个阀的可调节孔的手柄旋到最大位置，然后核查每块推力瓦的喷油高度基本是一致的，就将手柄锁住了。 3.3 抱下导瓦 机组盘车摆度和中心合格后，正式安装下导瓦，以得到1.2±0.02mm的下导瓦间隙。下导瓦间隙是通过加工背部键槽内的键来得到，实际测量瓦背部与瓦架的间隙值，然后按该值对键进行机加工。这种结构的优点在于固定可靠，不会因机组的振动而松动，但下导瓦的实际间隙值受测量误差和键机加工误差的影响，对于满足1.2±0.02mm的间隙要求有一定的难度，而且当插入机加工好的键以后的实际下导瓦间隙很难测量。 4 结语 在目前三峡电站低水头运行条件下，夏季推力瓦最高温度为76℃，而秋季的最高温度71℃(报警温度85℃)。三峡今年已发电的3台ALSTOM机组运行结果表明：三峡ALSTOM机组的推力轴承及其承重机架的设计、制造、安装和运行都是成功的，它为超重型推力轴承的发展提供了可供借鉴的经验和：凉粉未来你好 -上一篇：如何清洗轴承
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