肖先照，王建剛，魏玉國(guó)

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱　150040)

響水澗推力軸承高壓油頂起裝置設(shè)計(jì)

肖先照，王建剛，魏玉國(guó)

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱150040)

摘要：立式水輪發(fā)電機(jī)組的高壓油頂起裝置，其作用是當(dāng)機(jī)組啟動(dòng)和停機(jī)的低速適轉(zhuǎn)過(guò)程中，向推力瓦表面和鏡板之間注入高壓油，建立承載油膜，減少干摩擦，從而保障推力軸承的安全運(yùn)行。通過(guò)介紹高壓油頂起裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和潤(rùn)滑計(jì)算，給出了響水澗電站機(jī)組推力軸承高壓油頂起裝置的計(jì)算數(shù)據(jù)，并結(jié)合響水澗電站4臺(tái)機(jī)組的啟動(dòng)和運(yùn)行情況正常，證明了高壓油頂起裝置設(shè)計(jì)的合理性。

關(guān)鍵詞：抽水蓄能；推力瓦；油膜；推力軸承

1高壓油頂起裝置在機(jī)組運(yùn)行中的作用

響水澗抽水蓄能電站裝有4臺(tái)單機(jī)容量為250 MW的可逆式發(fā)電電動(dòng)機(jī)組，承擔(dān)華東電網(wǎng)調(diào)峰、填谷、事故備用、調(diào)頻、調(diào)相等任務(wù)。響水澗推力軸承設(shè)置有高壓油頂起裝置，在機(jī)組啟停機(jī)的過(guò)程中不間斷地向推力瓦塊和鏡板間注入高壓油。高壓油形成的承載油膜將轉(zhuǎn)動(dòng)部分頂起，對(duì)推力軸承起到潤(rùn)滑作用。響水澗機(jī)組推力軸承設(shè)置高壓油頂起裝置能滿足機(jī)組多次啟動(dòng)和熱啟動(dòng)的要求，其目的是保障推力瓦在低轉(zhuǎn)速下安全運(yùn)行，避免推力瓦磨損或者燒瓦。

2高壓油頂起裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

響水澗推力軸承高壓油頂起裝置由液壓系統(tǒng)和管路系統(tǒng)兩個(gè)主要部分組成(如圖1)。液壓系統(tǒng)主要由交流泵組、直流泵組、節(jié)流控制閥、溢流閥、止回閥、壓力開關(guān)、過(guò)濾器、流量開關(guān)和管路閥門部件組成。交流泵組電機(jī)為AC380V 30 kW，直流泵組電機(jī)為DC220V 30 kW。直流泵組為備用泵，當(dāng)交流泵組出現(xiàn)故障或壓力較低時(shí)，直流泵組在較短的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)投入運(yùn)行。管路系統(tǒng)是連接液壓系統(tǒng)和推力油槽的部件，由取油管路、溢油管路和高壓油管路組成。交流泵組或直流泵組通過(guò)取油管從推力油槽取油，將高壓油通過(guò)高壓油管路注入到每一個(gè)推力瓦塊和鏡板間。溢油管路是為了保護(hù)液壓系統(tǒng)中交流電動(dòng)泵組(直流電動(dòng)泵組)、管路和閥門而設(shè)置，當(dāng)液壓系統(tǒng)中壓力超過(guò)安全閥值時(shí)，通過(guò)溢油管路泄壓。

1. 推力瓦； 2. 單向閥； 3. 推力油槽； 4. 分配器； 5. 高壓油管路； 6. 溢油管路； 7. 取油管路； 8. 高壓球閥； 9. 低壓球閥； 10. 壓力表； 11. 壓力開關(guān)； 12. 流量開關(guān)； 13. 高壓過(guò)濾器； 14. 安全閥； 15. 節(jié)流閥； 16. 止回閥； 17. 交流電動(dòng)泵組； 18. 直流電動(dòng)泵組； 19. 低壓過(guò)濾器； 20. 高壓油頂起柜圖1　高壓油頂起裝置系統(tǒng)圖

3液壓頂起理論計(jì)算

根據(jù)機(jī)組運(yùn)行特征可知，高壓油頂起裝置實(shí)際上是短時(shí)運(yùn)行的靜壓推力軸承，可以采用靜壓軸承的理論原理和計(jì)算方法來(lái)分析和計(jì)算。計(jì)算所需參數(shù)為推力瓦油室尺寸、推力瓦尺寸、推力負(fù)荷和頂起高度。根據(jù)這些參數(shù)確定高壓油壓力和泵的流量，為電機(jī)與泵的功率選擇提供依據(jù)。通常推力瓦尺寸中高壓油室半徑R3與推力瓦面內(nèi)切圓半徑R4應(yīng)該滿足以下關(guān)系式：0.15

1.烏金瓦面;2.高壓接頭;3.瓦基圖2　推力瓦

1) 計(jì)算所需數(shù)據(jù)

圓形油室半徑R3=4.5 cm

瓦內(nèi)切圓半徑R4=22.3 cm

瓦塊數(shù)K=12

頂起負(fù)荷F=588 000 kg

油膜厚度h=0.08 mm

潤(rùn)滑油動(dòng)力粘度μ=0.004 4 kgf·s/m2

泵和電機(jī)效率η=0.8

2) 熱負(fù)荷系數(shù)

3) 軸瓦投影面積

4) 油室的工作壓力

5) 頂起時(shí)油室理論上承受的最大壓力

6) 流量系數(shù)

7) 流過(guò)一個(gè)軸瓦油膜間隙的潤(rùn)滑油流量

8) 流過(guò)12塊瓦的總流量

Q=KQ1=12×3.99=47.88 l/min

9) 高壓油泵功率

10) 電機(jī)功率的選擇。選擇高壓油泵功率的時(shí)候需考慮余量，油泵壓力按照1.5Q，油室的工作壓力按照(1.5～2)Pr。因此有：

=(28.8~38.4) kW

最終選取P=30 kW

從計(jì)算過(guò)程可知，電機(jī)和泵功率與頂起高度有很大的關(guān)系?？紤]到抽水蓄能機(jī)組啟動(dòng)的頻繁性、工況轉(zhuǎn)換的要求以及目前蓄能機(jī)組出現(xiàn)過(guò)幾次燒推力瓦事故，在設(shè)計(jì)時(shí)選取頂起高度為0.08 mm，而一般在設(shè)計(jì)時(shí)取值為0.05 mm。

4結(jié)語(yǔ)

響水澗抽水蓄能電站4臺(tái)機(jī)組已經(jīng)投入商業(yè)運(yùn)行。從機(jī)組的啟動(dòng)運(yùn)行情況可知，高壓油頂起裝置頂起高度為0.09 mm(盤車架百分表數(shù)據(jù))，頂起壓力為16 MPa，泄流壓力為10.5 MPa，泄流后電機(jī)穩(wěn)態(tài)工作功率為20 kW。實(shí)際運(yùn)行情況表明，響水澗推力軸承高壓油頂起裝置設(shè)計(jì)合理，能滿足機(jī)組推力軸承的安全運(yùn)行的要求。

肖先照，男，1981年生，工程師，長(zhǎng)期從事水輪發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)工作。

王建剛，男，1964年生，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事水輪發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)工作。

魏玉國(guó)，男，1980年生，工程師，長(zhǎng)期從事水輪發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)工作。

作者簡(jiǎn)介：