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        新安江電站發(fā)電機推力軸承受力調(diào)整改進措施分析

        2016-04-25 01:59:47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
        水電站機電技術(shù) 2016年3期

        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)

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        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

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