新型立式水輪發電機旋轉推力軸承檢修結構設計

鄭覺平，李文棟

（東芝水電設備（杭州）有限公司，浙江 杭州 310020）

1 概述

推力軸承是水輪發電機核心部件之一，承受水輪發電機組所有轉動部分的重量和水輪機最大水推力構成的組合載荷。立式水輪發電機推力軸承由若干塊推力瓦、推力瓦支撐、推力軸承支撐臺組成。推力軸承運行一定時間后或定期檢查有異常時需要對推力瓦進行檢修和維護，因此推力軸承結構應設計成檢修維護方便的結構形式。同時需要考慮在不干擾定子、轉子和其它部件的條件下，便于推力瓦的調整、拆卸和組裝。本文對目前現有推力軸承推力瓦檢修結構和新型的可旋轉推力軸承檢修結構進行簡單說明和比較，給后續立式水輪發電機組推力軸承設計提供借鑒和參考。

2 現有推力軸承推力瓦檢修結構

常規立式水輪發電機推力軸承推力瓦的檢修結構形式有如下兩種：

（1）一種是拆除推力瓦上方所有部件進行推力瓦檢修。此結構是早期機組設計常用的一種方式，其結構比較簡單，推力軸承支撐臺和機架可以做成一體，油槽壁上可以不開或者少開檢修窗（僅作觀察窗用），安裝和加工也都相對簡單。缺點是推力軸承檢修維護工程量大，特別是傘式或者半傘式機組檢修時需要吊出轉子、上機架等部件，使得檢修工程量大大增加，檢修周期長。隨著業主的檢修維護要求的不斷提高、技術不斷更新、各廠家的設計不斷優化等，此結構形式逐漸不被采用。

（2）另一種是在油槽壁上每塊推力瓦對應處開設一個檢修窗，如果推力瓦需要檢修時從對應檢修窗處利用專用工具拆出推力瓦進行檢修維護。隨著機組容量的不斷增大，機組結構尺寸也隨之增大，相應的機架及推力軸承尺寸也隨之增大。推力軸承根據檢修的需要設計成在油槽壁上每塊推力瓦對應處開設一個檢修窗，從檢修窗利用專用工具拆出對應推力瓦檢修的結構；此結構形式減小了推力瓦檢修維護工作量，方便了推力瓦檢修工作，同時也縮短了推力軸承檢修周期。但是，中小型機組由于空間尺寸受限，無法做到在油槽壁上每塊推力瓦對應處開設一個檢修窗；同時有些大型機組由于受到結構和機架支腿數量的限制，也無法做到在油槽壁上每塊推力瓦對應處開設一個檢修窗；另外，定性上來說每塊推力瓦對應一個檢修窗的結構形式會使機架油槽剛強度減弱，同時加工及安裝相對較復雜，每個檢修窗都設計有蓋板，檢修窗的焊接和接觸面的加工等工作量較大，現場安裝時檢修窗的安裝工作量相對也較大。

因此，上述兩種結構形式都有一定局限性，不能適用于所有機組形式。

3 新型旋轉推力軸承檢修結構

為了克服部分機組無法做到在油槽壁上每塊推力瓦對應處開設一個檢修窗的不足，同時考慮在不干擾定子、轉子和其它部件的條件下，設計一種結構簡單、檢修維護方便的立式水輪發電機的推力軸承檢修結構十分必要。

為了實現上述目的，研究設計了一種新型的立式水輪發電機可旋轉推力軸承檢修結構，該結構包括機架中心體、推力油槽、推力瓦、用于支撐推力瓦的支撐臺及至少一個開設在推力油槽側壁上的檢修窗。該結構的推力軸承支撐臺的底部與機架中心體轉動連接；支撐臺與機架中心體之間運行時設有用于限制兩者間轉動的限位裝置。

推力瓦檢修時，從檢修窗處利用專用工具將軸承支撐臺與機架中心體之間的限位裝置拆除，利用旋轉工具通過檢修窗旋轉支撐臺，將需要檢修的推力瓦旋轉至檢修窗位置，再利用推力瓦專用檢修工具拆出推力瓦并對其進行檢修；此結構設計簡化了推力軸承系統的結構，方便了推力瓦的檢修，縮短了推力瓦檢修周期，提高了工作效率；同時解決了僅用一個或者數個檢修窗無法拆出所有推力瓦進行檢修的難題，并且不干擾定子、轉子和其它部件。

4 新型結構的具體設計和實施方式

所設計的新型推力軸承檢修結構如圖1、圖2所示。

圖1 新型軸承檢修結構示意圖

圖2 局部放大結構示意圖

詳細的部件和結構包括件1機架中心體，件2推力瓦，件3推力軸承支撐臺，件4推力油槽，件5“L”形擋板，件6限位鍵，機7壓板，件8把合螺栓，設于件3軸承支撐臺底部的第一槽體，設于件1機架中心體上的第二槽體。

軸承支撐臺與機架中心體設計成分體結構，并實現轉動配合，同時通過限位裝置限制支撐臺與機架中心體兩者間的轉動；限位鍵一部分置于第一槽體內，另一部分置于第二槽體內。

限位鍵為矩形結構，可于機架中心體第二槽體內來回移動。限位鍵上對應于檢修窗一側設有螺紋孔，方便限位鍵拆除。為防止限位鍵脫離軸承支撐臺上的第一槽體和/或機架中心體上的第二槽體，設置了限位鍵壓板。同時限位鍵利用擋板及壓板固定在支撐臺上，防止運行過程中限位鍵的徑向串動。限位鍵強度設計需要考慮推力瓦運行時最惡劣工況-推力瓦燒瓦，計算推力瓦燒瓦時最大摩擦力，根據此摩擦力的大小校核限位鍵的強度。

檢修推力瓦時，通過檢修窗拆卸限位裝置，利用檢修工具對推力支撐臺進行輕微頂起，以達到推力支撐臺與機架之間的接觸面脫離目的，再利用旋轉工具實現推力支撐臺旋轉，將需要檢修的推力瓦旋轉至對應檢修窗的位置,從檢修窗拆出需要檢修的推力瓦進行檢修。為了便于安裝和拆卸限位鍵，第二槽體的長度需要設計成大于限位鍵的長度，使得限位鍵可于第二槽體內來回移動，同時需要考慮限位鍵放入時需要的空間尺寸；在限位鍵與第一槽體之間設一塊“L”形擋板，其一端插入限位鍵與第一槽體之間，另一端包覆在限位鍵外側，并在“L”形擋板外側裝設一塊壓板，防止限位鍵脫離第二槽體，通過螺栓將壓板固定在支撐臺上，保證限位鍵被固定在兩槽體間，利用限位鍵定位、維持支撐臺周向位置不變。

同時為了方便拆卸限位裝置，在所述限位鍵上對應于所述檢修窗一側設置一螺紋孔，拆卸時，通過專用工具插入該螺紋孔，即可將限位鍵快速拉出槽體，十分方便快捷。

在支撐臺上設有旋轉止口，檢修完成后回裝時，利用該旋轉止口定位，維持軸承支撐臺中心不變。

限位鍵及鍵槽在工廠內加工，加工簡單；機架設置一個或兩個檢修窗即可，檢修窗數量少，加工及安裝簡便；解決了僅用一個或者數個檢修窗無法拆出所有推力瓦進行檢修的難題。

5 小結

綜上所述，新型推力軸承檢修結構具有以下優點：結構簡單，安裝方便快捷；方便了推力瓦的檢修，縮短了推力瓦檢修周期，提高了工作效率。為中小型小尺寸水輪發電機組推力軸承設計提供借鑒和參考。