楊開黎,羅建華
(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司,哈爾濱 150040)
蒲石河抽水蓄能電站機(jī)組制造合同于 2006年 11月簽訂,是哈電公司繼回龍、白山、寶泉抽水蓄能項(xiàng)目之后的又一大型抽水蓄能項(xiàng)目,哈電公司作為主承包方,與ALSTOM公司進(jìn)行聯(lián)合設(shè)計(jì)合作制造。
表1 機(jī)組主要參數(shù)
蒲石河抽水蓄能電站位于遼寧省丹東市寬甸滿族自治縣境內(nèi),電站總裝機(jī)容量1200MW,安裝4臺(tái)單機(jī)容量 300MW 的立軸可逆式機(jī)組。電站建成后并入東北電網(wǎng),擔(dān)任調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相和事故備用任務(wù)。
圖1 總裝配
電站首臺(tái)機(jī)組已于2011年12月30日并網(wǎng)發(fā)電。
發(fā)電電動(dòng)機(jī)為立軸半傘式密閉自循環(huán)空氣冷卻三相凸極同步發(fā)電電動(dòng)機(jī),如圖1和圖2。發(fā)電電動(dòng)機(jī)主要部件包括:定子、轉(zhuǎn)子、上機(jī)架、上導(dǎo)軸承、下機(jī)架、推力及下導(dǎo)軸承、空氣冷卻器、埋入基礎(chǔ)、制動(dòng)系統(tǒng)、滅火系統(tǒng)、蓋板、管路、電纜等必要的輔助部件。
圖2 總裝配三維圖
圖3 推力及下導(dǎo)軸承裝配
發(fā)電電動(dòng)機(jī)布置一套推力軸承和兩套導(dǎo)軸承。機(jī)組上端設(shè)置一套獨(dú)立的上導(dǎo)軸承,與其配套布置一個(gè)油槽和一套內(nèi)循環(huán)冷卻器。機(jī)組下端設(shè)置一套組合軸承,包括推力軸承和下導(dǎo)軸承,與其配套布置一個(gè)油槽和一套外循環(huán)冷卻系統(tǒng)。
推力及下導(dǎo)軸承由下機(jī)架、下導(dǎo)軸承、推力軸承、擋油管、外循環(huán)油冷卻器和油槽密封蓋板等組成,如圖3和圖4所示。
圖4 推力及下導(dǎo)軸承三維圖
下機(jī)架為負(fù)荷機(jī)架,包括1個(gè)中心體和8個(gè)徑向支臂,用優(yōu)質(zhì)熱軋鋼板焊接而成,如圖5和圖6所示。支臂與中心體在廠內(nèi)進(jìn)行預(yù)裝,在工地進(jìn)行組焊。在中心體的外壁上開有8個(gè)窗口,便于檢修推力軸承瓦。下機(jī)架的末端與基礎(chǔ)連接。下機(jī)架不僅承受機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分重量和水推力等軸向負(fù)荷,同時(shí)還承受下導(dǎo)軸承的徑向負(fù)荷。
圖5 下機(jī)架
推力軸承設(shè)12塊巴氏合金軸瓦。軸承支撐包括托盤、支柱及支座等部件,見圖7和圖8。
托盤位于推力瓦與支柱之間,可以起到減小軸瓦變形和避免軸瓦中部應(yīng)力集中的作用。
圖6 下機(jī)架三維圖
支柱頂面為球面,中間通過(guò)一段M80的螺紋與支座相連,通過(guò)M80的螺紋來(lái)調(diào)節(jié)支柱的高度。支柱中心加工有通孔,孔內(nèi)設(shè)有測(cè)量桿。因?yàn)楦鬏S瓦上的不均衡載荷會(huì)造成各支柱間的壓力差,這個(gè)壓力差直接反應(yīng)為各支柱中測(cè)量桿的不同位移量,在安裝時(shí)可以通過(guò)電子位移表測(cè)量該位移量,并據(jù)此對(duì)支柱進(jìn)行高度調(diào)節(jié),從而使各軸瓦的載荷達(dá)到均衡。
圖7 推力軸承瓦支撐
圖8 推力軸承瓦
下導(dǎo)軸承設(shè)置12塊巴氏合金瓦,為自泵型導(dǎo)瓦,利用推力頭外緣作為摩擦面,可實(shí)現(xiàn)油的自循環(huán)而無(wú)需輔助油泵,見圖9。
下導(dǎo)軸承采用楔子板支撐結(jié)構(gòu),導(dǎo)瓦與滑轉(zhuǎn)子的間隙通過(guò)測(cè)量并配加工楔子板背面的凸臺(tái)厚度來(lái)保證,該結(jié)構(gòu)可以保證導(dǎo)瓦與滑轉(zhuǎn)子的間隙值不會(huì)因?yàn)檎駝?dòng)等因素而發(fā)生改變。
下導(dǎo)軸承瓦軸向自由放置在固定環(huán)上,在下導(dǎo)軸承瓦的背面沿周向設(shè)有兩個(gè)圓柱銷,運(yùn)行時(shí)兩銷夾在方形支柱的兩側(cè),對(duì)下導(dǎo)軸承瓦可以起到周向限位的作用,該結(jié)構(gòu)可以保證下導(dǎo)軸承瓦在機(jī)組運(yùn)行時(shí)活動(dòng)自如。
圖9 下導(dǎo)軸承瓦
圖10 外循環(huán)冷卻器系統(tǒng)及主要參數(shù)
下導(dǎo)軸承與推力軸承合用一個(gè)油槽, 油槽內(nèi)設(shè)有兩層蓋板,一層是推力軸承瓦附近的中間蓋板,另一層是下導(dǎo)軸承瓦上方的內(nèi)軸承蓋。油槽被分為三部分,一部分是推力軸承瓦以下的冷油區(qū)域,第二部分是下導(dǎo)軸承瓦附近的熱油區(qū)域,第三部分是下導(dǎo)軸承瓦上部的溢油區(qū)域。冷油區(qū)域和溢油區(qū)域間用管路連接,這樣可以保證由于溫升和轉(zhuǎn)動(dòng)等原因?qū)е乱绯龅挠土骰氐嚼溆蛥^(qū)域,并起到平衡各區(qū)域油壓的作用。
內(nèi)軸承蓋與推力頭之間徑向?yàn)殚g隙密封,可以防止熱油的溢出,間隙可用螺栓調(diào)整,其軸向可移動(dòng),以滿足頂轉(zhuǎn)子的要求。
在下導(dǎo)軸承的上部設(shè)有上密封蓋,上密封蓋為 2層密封結(jié)構(gòu)。密封件為嵌入槽內(nèi)的銅質(zhì)密封條,軸承油霧在密封蓋層間通過(guò)吸油霧系統(tǒng)排出。
推力和下導(dǎo)軸承瓦全部浸入潤(rùn)滑油,機(jī)組運(yùn)行時(shí)潤(rùn)滑油被帶入推力和下導(dǎo)軸承磨擦面之間,從而保證油膜形成。
推力及下導(dǎo)軸承循環(huán)潤(rùn)滑冷卻系統(tǒng)為外循環(huán)系統(tǒng),利用下導(dǎo)軸承瓦自身泵的作用維持油路循環(huán),見圖11。油冷卻器設(shè)置在機(jī)架支臂上(如圖10),冷卻器容量配置滿足在一臺(tái)冷卻器退出運(yùn)行時(shí),機(jī)組在額定工況下安全、連續(xù)運(yùn)行而軸承的溫度不超過(guò)允許保證值。
圖11 外循環(huán)冷卻系統(tǒng)管路
推力軸承設(shè)置一套高壓油頂起裝置,以供機(jī)組起、停機(jī)時(shí)自動(dòng)向推力軸承瓦表面注入高壓油。高壓油泵在機(jī)組起動(dòng)前投入,在機(jī)組達(dá)到90%額定轉(zhuǎn)速時(shí)關(guān)閉;機(jī)組停機(jī)過(guò)程中,當(dāng)轉(zhuǎn)速下降至90%額定轉(zhuǎn)速時(shí),高壓油泵投入,在機(jī)組完全停轉(zhuǎn)后5s時(shí),關(guān)閉高壓油泵,如圖12。高壓油頂起計(jì)算參數(shù)見表2。
表2 推力軸承高壓油頂起參數(shù)
圖12 高壓油頂起系統(tǒng)原理圖
(1)發(fā)電工況各軸承振動(dòng)擺度值見表3。
表3 發(fā)電工況軸承振動(dòng)擺度值
(2)抽水工況各軸承振動(dòng)擺度值見表4。
表4 抽水工況軸承振動(dòng)擺度值
(3)發(fā)電工況各軸承瓦溫度見表5。
表5 發(fā)電工況軸承溫度
(4)抽水工況各軸承瓦溫度見表6。
表6 抽水工況軸承溫度
蒲石河發(fā)電電動(dòng)機(jī)是哈電公司首次作為抽水蓄能項(xiàng)目的主承包方,法國(guó)ALSTOM公司僅作為技術(shù)支持方負(fù)責(zé)審查哈電公司設(shè)計(jì)的圖紙,改變了抽水蓄能項(xiàng)目打捆招標(biāo)學(xué)習(xí)技術(shù)階段,哈電公司只能作為國(guó)外公司的分包廠家從事部分零部件生產(chǎn)制造的地位,同時(shí)也進(jìn)一步強(qiáng)化了對(duì)抽水蓄能技術(shù)的消化吸收。蒲石河首臺(tái)機(jī)組運(yùn)行參數(shù)均滿足合同技術(shù)規(guī)范的要求,軸承整體運(yùn)行性能良好,證明推力軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是合理的,為后續(xù)獨(dú)立自主設(shè)計(jì)抽水蓄能機(jī)組提供可靠的技術(shù)依據(jù)。