文档介绍：三峡水轮发电机推力轴承
武中德1  张宏1  梁广泰2  吴军令1  张仁江1
(1哈尔滨大电机研究所; 2哈尔滨电机厂有限责任公司)
摘要:三峡水轮发电机采用了巴氏合金瓦今后还可能采用弹性金属塑料瓦推力轴承。巴氏合金瓦推力承轴采取小支柱双层瓦的结构形式,由于小支柱将推力瓦和托瓦分开了,使推力瓦的不均匀温度分布对托瓦影响极小,不会引起较大的热变形。弹性金属瓦具有运行可靠性高,安装维护简单、运行性能优良和省去高压油顶起系统等优点外,其复合层的隔热作用也使托瓦热变形很小,克服了普通双层巴氏瓦轴承瓦面变形不易调整的问题。
关键词:水轮发电机;推力轴承;巴氏合金瓦;弹性金属塑料瓦;三峡工程
在大型水轮发电机电组中,推力轴承是最重要的组成部分之一,它的设计是否合理将直接影响水轮发电机组的可靠运行。1990年代,哈电机公司和ALSTOM公司投入了大量的人力和物力,对三峡6000t级弹性金属塑料瓦和巴氏合金瓦在3000t推力轴承试验台上进行真机全尺寸模拟实验,对基本性能取得了更为深入的了解,并对实验表现出的一些问题也进行深层次的理论分析和补充试验,这些工作为巨型推力轴承的试验研究积累了经验,为确保三峡推力轴承可靠和稳定运行奠定了基础。
哈电机公司和ALSTOM公司的主要工作:1)设计制造并投入运行推力负荷大于40MN的巴氏合金瓦推力轴承,哈电公司还有推力负荷达352MN的弹性金属塑料瓦推力轴承;2)试验6000t级弹性金属塑料瓦推力轴承和6000t级巴氏合金瓦的推力轴承。
1 三峡推力轴承
1970年代,ALSTOM公司为研制巴西依泰普电站发电机,针对该机组推力轴承设计负荷高达4700t,开发了图1所示的小支柱双层瓦推力轴承,并申请了专利。这种轴承有推力瓦(薄瓦)和托瓦(厚瓦)两层,之间布置了一系列直径不等的小支柱,在托瓦底部有一小托盘,轴承瓦通过托盘支撑在一个长支柱上面,长支柱可以通过螺纹调整高程。
图1 三峡巴氏合金瓦推力轴承
图2 轴瓦变形对油膜压力分布的影响
当瓦面为一刚性平面时,油膜压力比较平缓,峰值压力与平均压力之比Pmax/,见图2。实际瓦面在油膜压力和油膜温度联合作用下会发生变形,瓦面的变形会影响油膜厚度分布,瓦面变形越大,油膜中的峰值压力与平均比压之比越大,而最小油膜厚度会变小。对于重载大型推力轴承,瓦面和镜板面的综合变形可能会超过最小油膜厚度量级,轴承就可能发生磨损和烧瓦。
小支柱双层瓦推力轴承控制瓦面变形的原理:由于小支柱将推力瓦和托瓦分开了,循环油可以在托瓦和推力瓦之间自由流动,推力瓦中的不均温度分布对托瓦的影响极小,托瓦温度沿轴向、径向和周向基本上是均匀的,托瓦的热变形很小,托瓦在支柱压力作用下,主要产生弹性变形。推力瓦由于厚度很小,通过调整小支柱的直径,可以使瓦面在油膜压力和温度联合作用下的热弹变形控制在较小的范围。推力瓦的变形主要由支柱在载荷作用下的压缩变形所决定。由于温度梯度引起的变形相对压力变形小很多,温度对支柱变形影响也很小,支柱的直径和长度是根据计算的压力分布并且考虑轴瓦变形,以使在载荷作用下瓦面平行下移来确定的。
三峡推力轴承就采用这种结构。1999年在哈电公司完成的三峡推力轴承试验,实测推力瓦面温度35~71℃,托瓦面温度32~34℃,托瓦温度基本上是均匀的。