梨园水电站发电机推力轴承设计

■⑥水电站发电机靠力枯呆世计

张丽萍（水利部农村电气化研究所浙江杭州310012）

张立明（杭州慧翔电液技术开发有限公司浙江杭州310012）

【摘要】结合梨园水电站水轮发电机推力轴承附高的特点，详细介绍了推力轴承的结构和加工方式。舸靠性的设

计，能物呆证搬口的安全运行。图3幅，数个。

【关键词】水电站推力轴承设计支撑方式

概述梨园水电站的发电机组属于现代巨型水轮发电

1机组，推力轴承有四“高”的特点一一推力负荷

梨园水电站位于云南省丽江市玉龙县与迪庆州高、单位压力高、镜板运行速度高、损耗高。这样

香格里拉县交界的金沙江干流上，为金沙江中游河大的损耗转变为大量的热能就要求推力轴承设计必

段“一库八级”水电开发方案中的第三梯级。该工须具有高可靠性，确保发电机的机械心脏推力

程属I等大型工程，以发电为主，兼顾防洪、旅游轴承的润滑和冷却系统运行稳定，否则将直接影响

等综合效益。电站装机容量2400MW（4x到机组的安全经济运行。

600MW）,与上游龙盘水库联合运行时年发电量水轮发电机推力轴承的制造难度处于大型推力

107.03亿kW-h,联合运行保证出力为1103MWo轴承制造难度范围以内，但仍应高度重视（见

枢纽主要由挡水、泄洪排沙、电站引水系统及坝后表1）。

岸边厂房等组成。

表1推力轴承难度系数及支撑方式

额定容量额定转速轴承难度系数

电站名称国家支撑方式

（MW/MVA）（r/min）（tXrpmX100000）

葛洲坝小机中国12562.52弹簧油箱

乐滩中国15062.52.3弹性支撑

克拉斯诺亚尔斯克前苏联50093.82.4托盘+刚性支撑

Lajeado1002.6弹性垫

大古力HI厂美国615722.9刚性支撑+梁

古里II厂委内瑞拉700/805112.53弹性支撑

鼓形弹性支撑

邱吉尔瀑布加拿大5002003.4

梨园（设计）中国600/66793.82.94弹性垫

伊泰普巴西/巴拉圭90.94.1弹符盘

弹性支撑

三峡右岸（空冷）中国777.8/840754.2VGS小弹簧簇或AI或0M

（大支柱螺栓+小圆柱簇）

水口中国200107.14.5平衡梁

萨彦舒申斯克前苏联640142.84.6托盘+刚性支撑

收稿日期：2013014）1

作者简介：张丽萍（1982-）,女，工程师，主要从事水电

史十及项目劄EL作。

Einail:lpzhang@

技术交流SMALLHYDROPOWER2013No4,TotalN。172

梨园水电站水轮发电机推力轴承的总体布置部分重量，包括水轮机水推力在内的所有载荷。

为：推力轴承和下导轴承为组合轴承，置于转子下针对梨园水电站的具体情况和要求，在设计时

方，安装在下机架上。上导轴承置于转子上方，安应重点考虑以下几方面：

装在上机架上。•推力瓦的支撑方式。

推力轴承的运行工况为：推力轴承能承受水轮•轴向偏心率。

发电机组所有转动部分的重量，包括水轮机最大水•瓦面热变形。

推力在内的最大荷载.推力轴承结构设计考虑可以•油膜刚度。

方便地进行整体镜板的更换，即在转子吊出后，镜•推力瓦受力调整。

板能拆卸。推力轴承的结构设计和布置能在顶起转•推力瓦残余变形。

子、卸除轴承负荷的情况下，便于检查、调整、拆•机组振动干扰。

卸和组装推力瓦，且不干扰定子、转子或轴承架。•润滑油的循环和冷却。

在各种可能的负荷工况，包括机组在最大输出

推力轴承的结构和特点

时甩负荷和发生双倍转轮间隙的工况下，导轴承、2

推力轴承设计保证能够承受水轮发电机组所有转动设计结构布置如下所示（见图1）。

1.镜板

2.销子

3.供油管

4.推力头

5.通气孔

6.油槽盖

7.盖板

8.支撑环

9.调整装置

10.导轴瓦

11.巴氏合金瓦面

12.推力瓦定位销

13.弹性橡胶垫

14.推力瓦

图1组合轴承结构

2.1推力轴承的支撑方式并推荐的。

从表1可以看出，一些典型的推力轴承，不论根据笔者的经验，建议采用弹性垫支撑方式。

难度系数如何，其支撑方式各不相同，没有统一的应用该支撑方式的推力轴承通过了工厂和工地的各

方式（这一点三峡电站的机组就可以充分地证明）。项试验。经过详细地测量和记录推力轴承在正常、

现有机组的结构基本上表现了不同厂家的设计技术过速及各种异常状态下的运行情况，最后的结论是

风格，如弹性小支柱支撑、弹簧簇支撑、弹性垫支该支撑方式是十分安全可靠的。

撑、强簧油箱支撑、平衡梁支撑、支柱螺栓支撑

该支撑的每个弹性垫由1层金属基层和1层硬

等，都是不同厂家根据自己的传统优势和经验提出度很高的航天特殊材料复合而成，总厚度为

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小水电2J13什:第4期（总第172期）_______________技术交一流

10mm,其轴向刚度比金属小弹簧要大，推力瓦采负荷快速切换时，弹性支撑可以确保卓越的阻尼

用弹性垫的支撑结构，这种弹性支撑允许机组在运效应。

行时有1mm的伸缩量，并允许轴瓦在圆周方向上支撑结构是推力轴承的重要组成部分，对瓦间

和半径方向上倾斜，高度调节上也允许有0.10mm负荷分配有很大影响。采用弹性垫支撑方式，增加

的公差。了轴承座上叉撑结构的相对弹性，补偿了不同轴向

该支撑的结构设计能使推力瓦承受均匀荷载，载荷下负荷分布的差异。根据支撑结构的精确计算

而且能通过自身的机械变形来补偿推力瓦的热变形结果布置弹性垫，可使瓦的偏心值达到最佳理论位

和机械变形，有利于维持最大可能的油膜厚度。在置。推力轴承还配有高压油顶起系统（见图2）。

1.轴瓦

2.高压油槽

3.销孔

4.高压油进油孔

5.轴瓦定位孔

6.测温元件安装孔

7.支撑垫

8.径向固定销

9.切向固定销

10.轴承瓦固定块

11.弹性垫

图2推力硝际意

采用弹性垫支撑的优点是：通过计算可以准确地分析机组带某一负荷时的

•对动态负载有极好的阻尼作用。最高油膜压力值，承受总推力负荷时的平均油膜压

•瓦的偏心值能达到最佳理论位置。力值及压力比，分析判断推力轴瓦在不同工况下的

•在圆周方向上能自我调节，有利于生成楔形承载能力及其好坏。

油膜。根据轴承支承受力和镜板镜面不平度计算结

•在径向能自我调节，以补偿转子倾斜或机架果，可以准确分析计算推力轴承的静动态载荷的最

变形。大值、平均值、最小值以及不均衡度，分析判断轴

•补喈转子和轴瓦热变形。承运行时负荷分配的不均匀性和各个轴瓦支承受力

•对短暂过我不敏感。大小。通过镜板镜面不平度引起的颤动量，还可以

•可降低机组高程，增加稳定性；减少厂房地判定每块轴瓦上的脉动力及最大脉动值。

面高程，降低建筑总成本。通过分析计算可确定轴承负荷与油膜厚度的关

­已有30a成功应用的经验，性能可靠。系；轴承负荷与油膜压力的关系；轴瓦负荷与瓦温

2.2设计计算结果及油膜特性分析的关系；轴承负荷脉动与镜板镜面不平度的颤动量

根据油膜厚度和轴瓦温度的边界条件，采用油的关系；轴承受力负荷分配关系。这些相互关系为

膜三维仿真软件GENMAT35A52程序可进行轴承参推力轴承的设计和对运行状态的分析判断提供了可

数的精确计算，确定轴瓦的结构和几何形状，使热靠的依据。

变形和机械变形最小，有利于机组的运行。轴承设计尺寸参数计算结果如下所示（见

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交流SMALJHYDBOPOWEB2013No4.TotalNol72

表2）。度，平均油膜厚度及轴瓦的倾斜度），可以准确分

析计算推力轴瓦运行时变形和轴承设计的偏心率是

表2轴承设计尺寸参数

否合理；推力瓦的整个支撑中心将沿着机组的旋转

外径（mm）4930

方向偏移一定的距离，具体偏心值经设计计算确

内径(nun)3260

推力轴承定。这样可以更好地形成楔形油膜以及在滑动面间

轴瓦数量16建立泊压。

轴瓦尺寸BXL（mm）835X603

额定转速（rpm）93.83循环润滑冷却方式

转速

飞逸转速（rpm）

180推力和下导组合轴承采用外循环冷却方式。外

润滑油类型国产46号汽轮机油循环冷却是指冷却器安装在油槽的外部，外循环又

根据循环动力的方式分为自身泵和外加泵两种形式

通过轴瓦油膜特性的3个参数（即最小油膜厚（见图3）。

图3油槽内的油｛脚

自身泵外循环适宜在高转速机组上使用，一是•冷却系统可以独立于机组工作。无需其他设

推力轴承PV值高，二是轴承的尺寸较小。备，在机组试运行或维修后，可以直接过滤冷却油。

与依靠自身泵作用的外循环方式相比，外加泵•油从油槽出来，经过泵、过滤器、油冷却

油循环冷却系统有如下优点：器，然后回到油槽内的供油环管。使用温度、压力

•外加泵可保证流速稳定，完全满足冷却油循及流量控制等监测设备可以保证油循环的可靠性。

环流量的需要。导轴承间隙完全不影响油的流量。油冷却器固定在下机架附近，并考虑有足够的

•油槽内不必设置流速控制装置，避免了设备备用量。冷却器和油槽内的冷油和热油区直接相

操作的麻烦。通，每个冷却器组并联2台冷却器，为管壳式。热

•油泵工作压力可达10bar,后力足够高，可以油进油温度50C,冷油出油温度40°C;冷却水进

使用油过滤器。水温度25°C,冷却水出水温度29℃。工作压力

•冷却器尺寸可以减少，因为外加泵油循环冷10bar,试验压力15bar;水侧压力损失＜0.5bar;油

却系统对冷却器油侧压力损失的限制远没有自身泵侧压力损失＜1.0bare

系统要求的高。

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小水电2013年第4期（总第172期）技术交流

镜板加工工艺：

轴承加工焊接装配和拆卸

4•粗加工与精加工，初步精车并留2~3mm余量。

推力头为锻造结构，是通过螺栓固定在转子中・超声波探伤，确定其中适合于精磨的最佳镜

心体上，由止口定位。转子中心体与推力头在厂内板表面。

进行预装，采用销钉传递扭矩。推力头和镜板面的•精加工到图纸要求尺寸。

配合加工精度较高，镜板和推力头间用螺栓和销子•粗磨。

固定。通过销和螺栓将推力头固定在转子支架上，•精磨，椅杳尺寸和形位公差。

•超级精磨。

以确保发生轴抬升时的稳定性。

•防腐包装。

推力头外缘用于导轴承滑转子的加工面，加工

轴瓦采用在钢瓦环上浇铸轴承合金的钢制瓦。

精度较高，采取锻件可避免出现类似铸件有铸造砂

瓦面材料牢固地锚结在瓦坯上，经超声波检查以保

眼的问题。

证接触面积大于96%。瓦面无夹渣、气孔和缩孔，

镜板是整体锻钢件，经过足够的时效，并保证金相组织及硬度均匀，硬度差不大于平均值的

有足够的刚度。镜板与推力头采用刚性连接，且可10%„推力釉承和导轴承瓦都作100%超声波检查。

更换。通过设置密封可防止推力头和镜板面的接触

所有的盖板、法兰均采用耐油橡胶或其他耐油

腐蚀使机组轴线偏摆，使轴的摆度增大。镜板硬的密封。油槽底部与轴接触的密封将采用非导电材

度、粗糙度、平面度和平行度完全符合规范要求。料以防止轴电流。

硬度和表面加工符合以下要求：

5安装说明

•镜板硬度平均值：>200

推力瓦安装时，不需现场刮瓦。镜板和主轴经

•镜板硬度差值：<30

校直后的精度应能保证将所有推力负荷均匀分配在

­镜而粗糙度：<).4pm

所有推力瓦上。推力瓦具有互换性，设计上能使推

•镜板与推力头结合面粗糙度：<1.6pm

力瓦承受均匀荷载。

­内外圆粗糙度：<3.2lim

•镜板平面度：<0.02mm

•两平面平行度：<0.03mm责任编辑吴昊

（上接第36页）算结