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        三峽ALSTOM機(jī)組推力軸承結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)

        2014-12-23 06:44:06魏玉國(guó)
        機(jī)械工程師 2014年12期
        關(guān)鍵詞:合面鏡板螺桿

        魏玉國(guó)

        (哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司,哈爾濱150040)

        0 引言

        三峽電站ALSTOM機(jī)組推力軸承為彈性小支柱式推力軸承,為ALSTOM專利結(jié)構(gòu),表面為巴氏合金,其內(nèi)外徑分別為3.5 m和5.2 m[1]。自機(jī)組投入運(yùn)行以來存在諸多問題,主要有:鏡板與推力頭連接螺栓均有不同程度的松動(dòng),部分機(jī)組鏡板與推力頭組合縫存在局部間隙及油流情況,鏡板與推力頭連接螺栓發(fā)生斷裂,鏡板與推力頭組合面銹蝕較嚴(yán)重等。受三峽電廠委托,我公司對(duì)造成上述現(xiàn)象的原因進(jìn)行分析,根據(jù)我公司設(shè)計(jì)規(guī)范以及參考其他公司類似問題處理方法[2-3],分析為以下原因?qū)е律鲜鲚S承問題:1)鏡板厚度薄,剛度弱。推力頭與鏡板結(jié)合面間周期性出現(xiàn)了縫隙和被壓合的現(xiàn)象,導(dǎo)致鏡板推力頭結(jié)合面銹蝕及螺栓疲勞斷裂。2)把合螺栓數(shù)量少,規(guī)格小,抗疲勞能力弱。

        為了消除三峽ALSTOM機(jī)組推力軸承問題要從這兩方面著手處理,增加鏡板厚度,增加把合螺栓數(shù)量或者增大螺紋規(guī)格,在鏡板推力頭把合面內(nèi)外側(cè)增加密封圈。

        1 推力軸承結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

        對(duì)左岸ALSTOM鏡板和推力頭結(jié)構(gòu)改造有下列4種方案,見表1。

        表1 改造方案

        1.1 方案Ⅰ具體實(shí)施步驟

        推力頭、鏡板解體,拆開后全面清理銹蝕,車床分別修磨鏡板、推力頭把合面,在鏡板與推力頭把合面內(nèi)外圓開密封溝,推力頭鏡板把合螺栓孔增加一倍,螺紋規(guī)格不變。

        此方案保留了原鏡板和推力頭,因此須增加把合螺栓個(gè)數(shù)。數(shù)量和規(guī)格為32-M20,雙排64個(gè)孔,然后按圖紙要求加工修復(fù)各自的結(jié)合面和鏡面。修復(fù)后的鏡板厚度約75 mm,加工量應(yīng)盡量小。此方案僅花加工費(fèi)用,按計(jì)劃須等候加工用時(shí),停機(jī)時(shí)間較長(zhǎng)。改造后結(jié)構(gòu)功能與右岸哈廠小改結(jié)構(gòu)相當(dāng)。

        右岸哈廠機(jī)組推力頭與鏡板把合螺栓數(shù)量和規(guī)格為24-M20,雙排48個(gè)孔,無密封溝,目前使用下來,未再發(fā)現(xiàn)把合面銹蝕現(xiàn)象。此方案較哈廠右岸把合面的螺栓多,且設(shè)有密封條,把合面情況優(yōu)于右岸哈廠機(jī)組,因此該方案是可行的。

        圖1 推力頭鏡板裝配圖

        具體說明:1)在推力頭和鏡板兩孔之間分別加工光孔和螺孔。2)在推力頭內(nèi)外側(cè)加工密封溝8.6 mm×6.5 mm。3)配用的密封條為φ8 mm,長(zhǎng)度32.5 m。4)因螺栓增加了,因此需要在內(nèi)外圈環(huán)蓋上同樣增加一倍的孔,便于擰緊螺桿;重新加工M20雙頭螺柱;重新采購(gòu)墊圈(GB/T97.1-1985140HV)和螺母(GB/T6170-2000 M308)。

        1.2 方案Ⅱ具體實(shí)施步驟

        更換鏡板,厚度增加為160 mm,為保證原高程,推力頭相應(yīng)配車,推力頭鏡板把合螺栓孔增加一倍,內(nèi)外圈螺桿分別由16-M20增大為M30。

        此方案僅保留原推力頭,更換新鏡板,目的是增加鏡板厚度,因受導(dǎo)瓦位置限制,新鏡板厚度為160 mm。把合孔和螺栓數(shù)量為64個(gè)M36螺桿。應(yīng)按改造用圖進(jìn)行加工。該方案改造費(fèi)用為修復(fù)推力頭和更換新鏡板費(fèi)用。改造后結(jié)構(gòu)功能優(yōu)于VGS鏡板和推力頭結(jié)構(gòu),為推薦方案。

        1.3 方案Ⅲ具體實(shí)施步驟

        推力頭與鏡板采用整鍛結(jié)構(gòu),省去了螺桿螺母,徹底根除此問題。

        圖2 推力頭鏡板最終方案裝配圖

        此方案將原鏡板和推力頭全廢掉,更換一個(gè)鍛造成一體的鏡板推力頭結(jié)構(gòu),可徹底解決鏡板和推力頭結(jié)合面存在的不良影響。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是:符合推力軸承性能計(jì)算時(shí),假設(shè)鏡板和推力頭是完全一樣的剛性體,使性能提高;與導(dǎo)瓦摩擦的柱面比原鑄鋼的表面質(zhì)量得到提升,對(duì)導(dǎo)軸承運(yùn)行有利。保留原擋油管,需更換油槽蓋上的兩個(gè)小密封蓋,可保證原推力軸承的密封效果。改造費(fèi)用較高,但按計(jì)劃改造停機(jī)時(shí)間較短,可做大拆后立即安裝。哈廠已有多臺(tái)機(jī)組安全運(yùn)行整鍛鏡板推力頭實(shí)例,例如魯布革、天生橋、直孔電站。

        1.4 方案Ⅳ具體實(shí)施步驟

        推力頭、鏡板解體拆開后全面清理銹蝕,車床分別修磨鏡板、推力頭把合面,在鏡板與推力頭把合面內(nèi)外圓開密封溝,推力頭鏡板把合螺栓孔增加一倍,螺紋尺寸改為M30。

        此方案保留原鏡板和推力頭,增加把合螺栓個(gè)數(shù)和規(guī)格,將推力頭把合孔在原分布位置擴(kuò)孔和鉆孔,數(shù)量和規(guī)格為32-φ32,雙排64個(gè)孔,將鏡板中螺孔在原分布位置攻鉆,螺孔數(shù)量和規(guī)格為32-M30雙排共64個(gè),然后按圖紙要求加工修復(fù)各自的結(jié)合面和鏡面。修復(fù)后的鏡板厚度約為75 mm,加工量應(yīng)盡量小。此方案僅花加工費(fèi)用,按計(jì)劃須等候加工用時(shí),停機(jī)時(shí)間較長(zhǎng)。改造后結(jié)構(gòu)功能與右岸哈廠小改結(jié)構(gòu)相當(dāng)。

        具體說明:1)M20螺紋大徑φ20 mm,M30粗牙螺紋底孔φ26.5 mm,因此可以把鏡板中的M20螺紋改為M30螺紋。2)將推力頭上對(duì)應(yīng)的孔加工到φ32 mm;沉頭孔加工到φ85 mm,距下面的距離為263 mm;在推力頭內(nèi)外側(cè)加工密封溝8.6 mm×6.5 mm。配用的密封條為φ8 mm,長(zhǎng)度32.5 m。3)因螺栓增加了,因此同樣需要在內(nèi)外圈環(huán)蓋上同樣增加一倍的孔,便于擰緊螺桿;重新加工M30雙頭螺柱;重新采購(gòu)墊圈(GB/T97.1-1985140HV)和螺母(GB/T6170-2000 M308)。

        2 推力軸承結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

        根據(jù)電廠觀測(cè),推力頭與鏡板存在相對(duì)位移。螺桿斷裂部位為與鏡板連接段螺紋根部,斷口整齊,其中斷口上部約15 mm內(nèi)有疑似擠壓痕跡,檢查其他螺栓孔發(fā)現(xiàn),內(nèi)圈螺栓孔及螺栓絕大部分有此痕跡,外圈螺栓孔無此現(xiàn)象。壓痕位置一致,均位于俯視逆時(shí)針側(cè),懷疑螺桿有受到剪切應(yīng)力的可能,因此在方案Ⅰ的基礎(chǔ)上,在推力頭與鏡板把合面上安裝了徑向銷釘,為避免銷釘在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)飛出,銷釘設(shè)計(jì)成“T”形,具體如圖2所示。

        三峽電廠綜合考慮了上述各方案的改造成本及改造時(shí)間,最終確定了方案如下[4]:

        1)推力頭與鏡板把合螺栓數(shù)量由16個(gè)增加為32個(gè)。

        2)推力頭與鏡板把合面內(nèi)外側(cè)增加2個(gè)密封槽,設(shè)置密封圈。

        3)推力頭與鏡板把合面設(shè)置騎縫銷釘。

        3 結(jié)語

        三峽電站推力軸承已經(jīng)改造完畢,目前軸承運(yùn)行狀態(tài)良好。同時(shí)該案例提醒設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)時(shí)要注意合理選擇鏡板的厚度及把合螺栓數(shù)量。

        [1] 王樹清,梁波.三峽右岸電站水輪發(fā)電機(jī)主要參數(shù)及結(jié)構(gòu)優(yōu)化[C]//大型水輪發(fā)電機(jī)組技術(shù)論文集,2008.

        [2] 楊忠.水輪發(fā)電機(jī)推力軸承油變黑故障分析與處理[J].云南水利發(fā)電,2010(4):86-89.

        [3] 王松林.白龍電站機(jī)組推力頭損壞的原因分析及處理[J].四川水利發(fā)電,2002(2):63-65.

        [4] 劉康寧.三峽5F機(jī)組鏡板修復(fù)工藝及分析[J].機(jī)械工程師,2013(6):261.

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