鄧亞新（國網(wǎng)新源水電有限公司新安江水力發(fā)電廠，浙江建德311608）

?

新安江電站發(fā)電機推力軸承受力調(diào)整改進措施分析

鄧亞新
（國網(wǎng)新源水電有限公司新安江水力發(fā)電廠，浙江建德311608）

摘要：闡述了新安江電站推力軸承受力調(diào)整方式改進的研究過程。新安江電站原推力軸承受力調(diào)整方式存在諸多弊端，針對該電站機組推力軸承形式，為了優(yōu)化機組推力軸承受力及改變?nèi)斯ご蚶祁^調(diào)受力的費時費力等局面，本文對其推力軸承受力調(diào)整進行分析和研究，推薦一種良好的調(diào)整方法，并將實際應用情況進行分析介紹。實踐表明，基于本文推薦方案，設計和優(yōu)化出的受力調(diào)整裝置具有安全、輕便、準確、可靠的優(yōu)點。

關(guān)鍵詞：推力軸承；受力調(diào)整；剛性螺釘支柱式軸承

1引言

新安江水力發(fā)電廠水輪發(fā)電機組推力軸承為剛性螺釘支柱式軸承（如圖1所示），其主要由鏡板、軸瓦、托盤、抗重螺絲、油冷卻器和油槽等組成，軸瓦放在托盤上，托盤支持在球面的抗重螺絲頭上，能在不同的轉(zhuǎn)速和負荷時自動地調(diào)整軸瓦傾斜度，以建立適當?shù)男ㄐ斡湍?。軸承由10塊扇形彈性金屬塑料瓦組成，承受著整個機組的重量及機組軸向水推力。

圖1　推力抗重螺栓

因機組推力軸承的結(jié)構(gòu)和作用限制，該廠在機組大修或機組振動擺度過大搶修時，不僅對機組軸線等重新調(diào)整后，還須進行推力軸承受力調(diào)整。傳統(tǒng)一般采用人工打榔頭的方式，讓10塊推力瓦的受力基本相同。而人工打榔頭弊端較多：①每次打榔頭要打60～90圈，即打600～900下，非常費力、費時。②打榔頭采用輪換制，每個人的水平、力度不均，造成推力受力調(diào)整困難。③工作強度和危險性大，造成人員疲勞、受傷風險增大。

因此，針對新安江電站中機組推力軸承的上述限制，為了優(yōu)化機組推力軸承受力及改變?nèi)斯ご蚶祁^調(diào)受力的費時費力局面，本文將對其推力軸承受力調(diào)整進行分析和優(yōu)化，推薦一種良好的調(diào)整方法，并將實際應用情況進行分析介紹。本文的研究內(nèi)容及相關(guān)成果對保證機組更準確地調(diào)整受力、保證設備和人身安全具有重要的意義。

2新安江電站推力軸承受力調(diào)整方案及措施分析

2.1推力軸承受力調(diào)整的改進方案

根據(jù)該廠推力軸承受力調(diào)整的要求和施工現(xiàn)場的實際特點，經(jīng)前期現(xiàn)場勘查、圖紙查閱、各尺寸重量設計、受力核算及技術(shù)規(guī)范檢驗等過程[1-3]，本文提出了一種有效的調(diào)整措施，并設計出一套優(yōu)良的機組受力調(diào)整裝置。該裝置具有儲能及快速間歇性打擊的功能，且輕便、可靠、穩(wěn)定性高，其打擊力可調(diào)、均勻一致。該裝置利用彈簧壓縮進行儲能，另外，因施工檢修現(xiàn)場安裝有檢修用風設備，故設計該裝置的能量由氣動裝置提供，即氣動裝置給彈簧做功，使彈簧儲能后將其勢能轉(zhuǎn)換為打擊錘的動能，從而進行打擊工作。

根據(jù)上述設計要求該裝置由打擊錘、導軌、彈簧、擊發(fā)裝置、氣動裝置（包括氣缸、氣動換向開關(guān)）等組成。工作時，擊發(fā)裝置限位鎖定打擊錘，氣動換向開關(guān)工作并將壓縮氣體送入氣缸，氣缸活塞在壓縮氣體的作用下前行并將彈簧壓縮，當彈簧獲得足夠的勢能后，啟動擊發(fā)裝置，打擊錘在彈簧力的作用下迅速將勢能轉(zhuǎn)化為動能，打擊錘快速運動擊打錘擊扳手，從而使抗重螺絲在沖擊力作用下獲得足夠的扭矩。該裝置設有調(diào)壓裝置，以便通過調(diào)節(jié)氣缸工作壓力來調(diào)整打擊力的大小，從而獲得符合要求的扭矩。該機組受力調(diào)整裝置加工制作完成后，在機組大修時進行現(xiàn)場試驗驗證，并根據(jù)實際運用情況對該裝置做進一步完善，確保安全、可靠、精確后投入使用。

2.2推薦方案的計算分析

2.2.1扳手所受沖量計算

根據(jù)施工檢修現(xiàn)場實際人工打受力時，身高1.70 m的人揮起24磅榔頭至0.6 m高成圓周形路徑錘擊扳手，經(jīng)現(xiàn)場試驗核算為24磅重錘拉起1.3 m高成圓周形路徑做自由下落錘擊扳手。

1磅=0.45392 kg

能量守恒：mgh =（1/2）mv2（其中h=1.3 m）

由上計算出重錘下落后的速度v =5.05 m/s

即重錘獲得的動量p=mv=55 kg·m/s

由于最終重錘與受力調(diào)整裝置錘擊扳手的效果相同，即扳手的受力和作用的時間相同，所受沖量一致：

即Ft =mv=m設計·v設計

則v設計= mv/m設計

2.2.2重錘的選取

為減輕該裝置的重量，減少工作人員的勞動強度，選擇8 kg的45號鋼制作的重錘，重錘表面經(jīng)熱處理，表面硬度為HB300。

即v設計= mv/m設計=6.877m/s

所以重錘錘擊扳手時的動能W設計=（1/2）m設計v2設計=189.17 J

2.2.3彈簧的選擇

由于該受力調(diào)整裝置通過彈簧儲能后轉(zhuǎn)換為重錘動能，再通過重錘動能實現(xiàn)錘擊扳手，因此彈簧的儲能等于重錘的動能，即對彈簧做功等于重錘的動能，即W彈簧=W設計。設計彈簧的有效行程為S=0.2 m，選擇彈簧絲的許用剪應力為[δ]=784 MPa，則[τ]=784× 0.6=470 MPa，彈簧的中徑為D=80 mm，彈簧剪切彈性模量G =80 GPa。

由W設計=W彈簧=（1/2）kx2=189.17 J

得k=9 458.3 N/m

即當彈簧壓縮時的最大軸向壓力F彈簧=kx=1 891.66 N

則d=（8F彈簧D/τπ）1/3=9.35 mm

即設計選取彈簧絲直徑為10 mm

則彈簧絲的圈數(shù)n=S×G×d4/8/F彈簧/D3=20.64圈

即設計選取彈簧圈數(shù)為21圈，則此時彈簧的實際長度為：L=21×10+200=410 mm

則該彈簧自然狀態(tài)下的尺寸如表1所示。

表1　彈簧自然狀態(tài)下的尺寸　單位：mm

2.3基于推薦方案的設計分析

通過上述推薦方案計算分析，對受力調(diào)整裝置結(jié)構(gòu)進行了繪制，如圖2所示，該裝置由打擊錘、儲能彈簧、氣動裝置（氣缸及氣動元件）、緩沖裝置、擊發(fā)裝置等組成。

圖2　推薦方案中受力調(diào)整裝置結(jié)構(gòu)

打擊錘用45號鋼制作，減小打擊時的作用時間，獲得更大的打擊力，打擊錘的沖擊表面應進行熱處理，硬度不小于HB300。

擊發(fā)裝置由拔插、扳手、復位彈簧、調(diào)整螺絲、小軸及擊發(fā)座等組成，拔插、扳手均用10 mm厚鋼板經(jīng)線切割加工而成。安裝擊發(fā)裝置時，擊發(fā)座底部應與錘頭外徑保持2 mm左右的間隙，并使拔插頭部超出錘頭外徑2～3 mm，當錘頭復位后起到限位作用。工作時，扣動扳手，拔插頭與錘頭脫離，錘頭限位脫開，在彈簧力作用下向前運動并擊打抗重螺絲專用扳手；打擊結(jié)束后，利用復位拉手將錘頭拉回到打擊前狀態(tài)，拔插在復位彈簧作用下復位并對錘頭限位，從而完成一次沖擊工作循環(huán)。

緩沖裝置安裝于打擊錘出口處，以便吸收錘頭打擊后多余的能量。緩沖裝置由均壓環(huán)、緩沖墊（橡膠）、6組彈簧和M6的螺母、螺栓等組件組成，并通過5只M12的內(nèi)六角螺栓與受力調(diào)整裝置外殼連接在一起。為確保打擊錘工作時定位準確、穩(wěn)定，所有零件的安裝均采用沉入式結(jié)構(gòu)。設計上采用6組彈簧及M6的螺母、螺栓組件，使緩沖墊在彈簧力的作用下有一定的受壓狀態(tài)，須確保緩沖墊能穩(wěn)定固定于緩沖座（端蓋）上。當該緩沖裝置受到?jīng)_擊后，沖擊錘在緩沖墊作用下減速的同時，M6的螺栓隨同均壓環(huán)一起向前運動；當打擊錘離開緩沖裝置時，緩沖墊復位同時均壓環(huán)與6只M6的螺栓一起回復到初始狀態(tài)。

氣動裝置由調(diào)壓閥、氣動開關(guān)、進出氣管、氣缸、連接法蘭、彈簧座等組成。工作時啟動氣動開關(guān)（為一腳踏開關(guān)），氣缸活塞在壓縮氣體的作用下向前運動并推動彈簧座前行，彈簧座壓縮儲能彈簧存儲勢能，啟動擊發(fā)裝置，儲能彈簧做功推動錘頭前行并打擊扳手；完成做功后，松開腳踏開關(guān)，活塞桿回收，拉動錘頭至打擊前位置，此時儲能彈簧重新與彈簧座貼合。在總進氣管上安裝有調(diào)壓閥，方便對錘頭打擊力的調(diào)整。

2.4推薦的受力調(diào)整措施及裝置實際效果

2013年1月至3月，通過對電廠發(fā)電機推力軸承相關(guān)規(guī)程、標準、圖紙和記錄等資料查閱，核算相關(guān)部件尺寸、重量和受力，初步提出3套設計受力調(diào)整裝置的方案。2013年4月至6月，結(jié)合新安江電站1號機組B級大修，根據(jù)現(xiàn)場施工環(huán)境，從3套初步方案中選取最優(yōu)一套，同時現(xiàn)場復核相關(guān)部件位置和尺寸，另外，在機組檢修至受力調(diào)整時，將設計制作的試驗裝置運至現(xiàn)場，測量計算出實際人工打受力時扳手所受沖量的大小。由此，提出受力調(diào)整裝置設計圖紙。2013年7月至8月，按正式審批的設計圖紙，提出加工制造圖，委托加工廠加工制造推力軸承受力調(diào)整裝置。

2013年9月至10月，結(jié)合電廠6號機組A級大修，在機組檢修至受力調(diào)整時，利用研制的推力軸承受力調(diào)整裝置，現(xiàn)場進行受力調(diào)整，共擊打53圈，最后3圈數(shù)據(jù)驗收合格。調(diào)整過程和結(jié)果證明了推薦方案設計和受力調(diào)整裝置具有安全、輕便、準確、可靠的優(yōu)點，提高了工作效率，優(yōu)化了受力調(diào)整的檢修工藝。

受力調(diào)整時，在水導軸頸處X、Y方向各架設一百分表，打錘后待大軸穩(wěn)定，記錄每表的讀數(shù)。根據(jù)“勾股定理”算出打錘后大軸的移動值。按下式計算：

式中：C—水導軸頸處的實際移動值；

a、b—水導百分表讀變化量。

C值過大的抗重螺栓可補打1～2錘，過小的抗重螺栓可不打錘或反打錘（一般不反打），然后統(tǒng)打一遍，直到C值相差在0.01 mm內(nèi)。

3結(jié)論

針對新安江水力發(fā)電廠水輪發(fā)電機組推力軸承的結(jié)構(gòu)和作用限制，以及所采用的人工打榔頭存在諸多弊端，本文根據(jù)該廠推力軸承受力調(diào)整的要求和施工現(xiàn)場的實際特點，經(jīng)前期現(xiàn)場勘查、圖紙查閱、各尺寸重量和受力等核算，提出了一種有效的調(diào)整措施，并設計出一套優(yōu)良的機組受力調(diào)整裝置。

該裝置具有儲能及快速間歇性打擊的功能，且輕便、可靠、穩(wěn)定性高，其打擊力可調(diào)、均勻一致。該機組受力調(diào)整裝置加工制作完成后，在機組大修時進行現(xiàn)場試驗驗證，結(jié)果證明了基于推薦方案設計和優(yōu)化出的受力調(diào)整裝置具有安全、輕便、準確、可靠的優(yōu)點。并根據(jù)實際運用情況對該裝置做進一步完善，確保安全、可靠、精確后投入使用，這對保證機組更準確的受力調(diào)整、保證設備和人身安全具有重要的意義。

參考文獻：

[1]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB/T8564-2003水輪發(fā)電機組安裝技術(shù)規(guī)范[S]，2003.

[2]中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會.DL/T1066-2007水電站設備檢修管理導則[S]，2007.

[3]水電站機電設計手冊編寫組.水電站機電設計手冊-水力機械[M].北京：水利電力出版社,1989.

[4]歐學修.水輪發(fā)電機推力軸承水平與受力的調(diào)整[J].水電機電安裝技術(shù),1980(02).

[5]楊斌.一種水輪發(fā)電機推力軸承受力平衡調(diào)整裝置：中國，0255712.3[P].2014.

作者簡介：鄧亞新（1981-），男，工程師，從事水電站機組檢修維護工作。

收稿日期：2015-12-08

中圖分類號：TV734

文獻標識碼：B

文章編號：1672-5387（2016）03-0006-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2016.03.003