水輪機導軸承改造

摘要：通過改變水輪機導軸承分塊導軸瓦定位方式，使水輪機導軸承檢修過程中安裝、拆卸更加方便，水導油溫冷卻效果更好，提高了設備運行的安全性和可靠性。

關鍵詞：水輪機;導軸承;瓦間隙調整;方便拆裝;結構改造

0? ? 引言

萬安水力發電廠電站大壩全長1 097.5 m，總庫容為22.16億m3，現裝機規模533 MW，電廠兼有防洪、航運、灌溉、養殖等綜合效益，是江西贛南、贛北電網的聯絡樞紐和調峰、調頻、事故備用的主力電廠。5臺機組全部是由東方電機有限公司生產，其3號機組（100 MW）是全傘式結構，水輪機型號為ZZ440-LH-850。

1? ? 水導軸承的作用及工作原理

在水輪機內，轉輪靜不平衡會產生徑向離心力，尾水管中的空腔空蝕會產生徑向水推力，為了保證水輪機在規定的軸線位置旋轉，限制大軸的擺度，必須在水輪機上安裝一個導軸承，簡稱“水導軸承”。

該廠3號水輪機原設計（圖1）是支柱螺釘式分塊同心點接觸面瓦油潤滑導軸承，采用自循環油潤滑。這種軸承的主要優點是軸瓦分塊，間隙可調，并有一定的自調能力，運行可靠，安裝方便，對頂蓋的剛度要求較低;主要缺點是主軸上要套裝軸頸，制造復雜，造價高，承載能力偏差，檢修工期長，水導瓦需修刮，冷卻效果一般。

2? ? 水導軸承結構存在的問題

（1）由于當時的生產加工條件轉輪加工精度受限，存在動不平衡，水導軸承受力大，承載能力差，運行中支柱螺釘時常松動，瓦背帽容易開裂，造成瓦間隙變化大，機組水導處運行擺度超高限（600 μm），需停機進行搶修，此類缺陷曾發生多次。

（2）巴氏合金水導瓦運行溫度普遍偏高，夏季運行瓦溫有時超過報警值，最大能達到57 ℃，造成限負荷運行。3號機組該問題尤為突出，比其他機組瓦溫高出3～4 ℃。

（3）如果不進行擴大性檢修，水導瓦只能在油槽內進行修刮，空間狹小，無法滿足設計要求。

（4）瓦間隙調整工作量大，人身安全隱患大。因為調整瓦間隙時，鎖固支柱螺栓需要用兩個5 t葫蘆對稱拉緊，然后用24磅大錘打擊扳手才能鎖緊，在這個過程中又容易造成瓦間隙變化，要反復幾次才能調整好。工作人員體力消耗極大，耗時也很長，調整好10塊瓦最快需要10個人加班1天時間。

3? ? 新水導軸承的結構特點與技術要求

3.1? ? 新的水導軸承結構

新的水導軸承結構如圖2所示。

（1）軸承體采用分半結構，分半把合面在Y方位上，并確保設有油道通孔。

（2）楔子板（調整塊）線型軸瓦以-X方位為起始瓦在軸承體圓周上分布，軸瓦數量為10塊，且滿足楔子板線型瓦結構的裝配要求。

（3）軸承托瓦環采用分半結構，與軸領間隙0.75～1.2 mm。

（4）主要部件材料要求：軸承體采用ZG270-500，軸瓦采用ZG20SiMn+巴氏合金，托瓦環和調整塊采用Q235A。

（5）軸瓦與軸領雙邊間隙0.55～0.70 mm。

（6）改造方案圖如圖2所示，圖中雙點畫線為原結構中的零部件，實線為需要更換的零部件。取消原水導軸承裝配中的軸承體、托瓦環、軸瓦、支柱螺釘及相關配件，重新制作楔子板（調整塊）及配套的軸承體、托瓦環、軸瓦及軸瓦上的自動化元件和相關標準件。在保證原軸承體在軸承裝配中的軸向控制尺寸535 mm、110 mm和接口尺寸不變的情況下對原水導軸承進行改造，達到方便安裝、拆卸的要求。

（7）由于此次未對機組滑轉子等轉動部分進行改造，且機組轉速不變，只對水導軸承軸瓦定位結構進行了優化，在軸瓦間隙不變的情況下，水導軸承損耗不會發生變化，沿用原水導油冷卻器是可行的，不會出現冷卻能力不夠的情況。

3.2? ? 軸承安裝

（1）將軸承體吊入，主軸處于中心位置時，在X、Y十字方向測量軸頸與軸承體加工面處的距離，并做記錄。（2）根據主軸中心位置并考慮盤車的擺度方位和大小進行間隙調整，并調整水平，在安裝總間隙符合設計要求后打定位銷。（3）放入調整墊塊配刮調整墊塊背面圓弧面與軸承體接觸處，以保證是線接觸。（4）將軸瓦與軸頸配合表面涂少量黃干油和背面的調整塊對稱裝入軸承體，用頂瓦螺釘將軸瓦與軸頸頂緊，并在調整塊背面加入0.3 mm銅皮，調整螺母，讓銅皮、調整塊與軸承體貼緊。（5）檢測軸瓦與軸頸、調整塊與銅皮間隙不大于0.03 mm，局部間隙允許不大于0.1 mm，但相鄰兩塊瓦的間隙與要求值的偏差不能大于0.03 mm。（6）取出銅皮，將軸瓦及調整塊一起取出，旋緊螺栓將調整塊與軸瓦裝配在一起。（7）重新將軸瓦調整墊塊裝入，用頂瓦螺釘讓軸瓦鎢金面與主軸貼緊，檢查調整塊背面與軸承體之間的間隙應符合圖紙要求，調整完后將頂瓦螺釘退出適當距離并鎖緊螺母。

4? ? 新水導軸承結構的改善和不足

經過一段時間的運行可知，3號發變機組在兩個方面得到了改善：一是水導擺度穩定在300 μm，消除了水導擺度超標的缺陷;二是優化了水導軸承結構，較好地消除了水輪機發電運行的重大安全隱患，提高了水輪機運行的可靠性，改善了水導瓦間隙調整的檢修工藝，使抱瓦和間隙調整工序的勞動強度大大減輕，縮短了水輪機水導軸承檢修工期，間隙調整工序只需4人花費半天時間即可完成。

存在的不足：一是水導瓦溫最高54 ℃，與往年同期有所降低，但對比其他機組并無明顯優勢，未達到改造前的預期結果;二是水導油位越來越低，低于原水導油位，有水導油位低的缺陷，為此，分別拆除各塊軸瓦的一個頂瓦螺釘，讓水導油盆內的透平油更加流通，內擋油筒油位降低，但油位依然未達到原設計位置。

5? ? 結語

此結構改進可消除制造廠家設計上的考慮不周，實現水輪機水導軸承檢修在小修中迅速完成，使水導瓦間隙更加穩定，調整起來方便快捷;可減少水導軸承搶修的時間及發電經濟損失，縮短機組檢修工期，提高設備運行的安全性和可靠性，對電網有著極其重要的作用。

收稿日期：2020-04-16

作者簡介：劉晨光（1992—），男，江西贛州人，助理工程師，研究方向：水輪機檢修。