新型立式水輪發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)推力軸承檢修結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

鄭覺平，李文棟

（東芝水電設(shè)備（杭州）有限公司，浙江 杭州 310020）

1 概述

推力軸承是水輪發(fā)電機(jī)核心部件之一，承受水輪發(fā)電機(jī)組所有轉(zhuǎn)動(dòng)部分的重量和水輪機(jī)最大水推力構(gòu)成的組合載荷。立式水輪發(fā)電機(jī)推力軸承由若干塊推力瓦、推力瓦支撐、推力軸承支撐臺(tái)組成。推力軸承運(yùn)行一定時(shí)間后或定期檢查有異常時(shí)需要對推力瓦進(jìn)行檢修和維護(hù)，因此推力軸承結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)成檢修維護(hù)方便的結(jié)構(gòu)形式。同時(shí)需要考慮在不干擾定子、轉(zhuǎn)子和其它部件的條件下，便于推力瓦的調(diào)整、拆卸和組裝。本文對目前現(xiàn)有推力軸承推力瓦檢修結(jié)構(gòu)和新型的可旋轉(zhuǎn)推力軸承檢修結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡單說明和比較，給后續(xù)立式水輪發(fā)電機(jī)組推力軸承設(shè)計(jì)提供借鑒和參考。

2 現(xiàn)有推力軸承推力瓦檢修結(jié)構(gòu)

常規(guī)立式水輪發(fā)電機(jī)推力軸承推力瓦的檢修結(jié)構(gòu)形式有如下兩種：

（1）一種是拆除推力瓦上方所有部件進(jìn)行推力瓦檢修。此結(jié)構(gòu)是早期機(jī)組設(shè)計(jì)常用的一種方式，其結(jié)構(gòu)比較簡單，推力軸承支撐臺(tái)和機(jī)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(diǎn)是推力軸承檢修維護(hù)工程量大，特別是傘式或者半傘式機(jī)組檢修時(shí)需要吊出轉(zhuǎn)子、上機(jī)架等部件，使得檢修工程量大大增加，檢修周期長。隨著業(yè)主的檢修維護(hù)要求的不斷提高、技術(shù)不斷更新、各廠家的設(shè)計(jì)不斷優(yōu)化等，此結(jié)構(gòu)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(yīng)處開設(shè)一個(gè)檢修窗，如果推力瓦需要檢修時(shí)從對應(yīng)檢修窗處利用專用工具拆出推力瓦進(jìn)行檢修維護(hù)。隨著機(jī)組容量的不斷增大，機(jī)組結(jié)構(gòu)尺寸也隨之增大，相應(yīng)的機(jī)架及推力軸承尺寸也隨之增大。推力軸承根據(jù)檢修的需要設(shè)計(jì)成在油槽壁上每塊推力瓦對應(yīng)處開設(shè)一個(gè)檢修窗，從檢修窗利用專用工具拆出對應(yīng)推力瓦檢修的結(jié)構(gòu)；此結(jié)構(gòu)形式減小了推力瓦檢修維護(hù)工作量，方便了推力瓦檢修工作，同時(shí)也縮短了推力軸承檢修周期。但是，中小型機(jī)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(yīng)處開設(shè)一個(gè)檢修窗；同時(shí)有些大型機(jī)組由于受到結(jié)構(gòu)和機(jī)架支腿數(shù)量的限制，也無法做到在油槽壁上每塊推力瓦對應(yīng)處開設(shè)一個(gè)檢修窗；另外，定性上來說每塊推力瓦對應(yīng)一個(gè)檢修窗的結(jié)構(gòu)形式會(huì)使機(jī)架油槽剛強(qiáng)度減弱，同時(shí)加工及安裝相對較復(fù)雜，每個(gè)檢修窗都設(shè)計(jì)有蓋板，檢修窗的焊接和接觸面的加工等工作量較大，現(xiàn)場安裝時(shí)檢修窗的安裝工作量相對也較大。

因此，上述兩種結(jié)構(gòu)形式都有一定局限性，不能適用于所有機(jī)組形式。

3 新型旋轉(zhuǎn)推力軸承檢修結(jié)構(gòu)

為了克服部分機(jī)組無法做到在油槽壁上每塊推力瓦對應(yīng)處開設(shè)一個(gè)檢修窗的不足，同時(shí)考慮在不干擾定子、轉(zhuǎn)子和其它部件的條件下，設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡單、檢修維護(hù)方便的立式水輪發(fā)電機(jī)的推力軸承檢修結(jié)構(gòu)十分必要。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，研究設(shè)計(jì)了一種新型的立式水輪發(fā)電機(jī)可旋轉(zhuǎn)推力軸承檢修結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括機(jī)架中心體、推力油槽、推力瓦、用于支撐推力瓦的支撐臺(tái)及至少一個(gè)開設(shè)在推力油槽側(cè)壁上的檢修窗。該結(jié)構(gòu)的推力軸承支撐臺(tái)的底部與機(jī)架中心體轉(zhuǎn)動(dòng)連接；支撐臺(tái)與機(jī)架中心體之間運(yùn)行時(shí)設(shè)有用于限制兩者間轉(zhuǎn)動(dòng)的限位裝置。

推力瓦檢修時(shí)，從檢修窗處利用專用工具將軸承支撐臺(tái)與機(jī)架中心體之間的限位裝置拆除，利用旋轉(zhuǎn)工具通過檢修窗旋轉(zhuǎn)支撐臺(tái)，將需要檢修的推力瓦旋轉(zhuǎn)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(jìn)行檢修；此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡化了推力軸承系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，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(shí)解決了僅用一個(gè)或者數(shù)個(gè)檢修窗無法拆出所有推力瓦進(jìn)行檢修的難題，并且不干擾定子、轉(zhuǎn)子和其它部件。

4 新型結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)和實(shí)施方式

所設(shè)計(jì)的新型推力軸承檢修結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。

圖1 新型軸承檢修結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 局部放大結(jié)構(gòu)示意圖

詳細(xì)的部件和結(jié)構(gòu)包括件1機(jī)架中心體，件2推力瓦，件3推力軸承支撐臺(tái)，件4推力油槽，件5“L”形擋板，件6限位鍵，機(jī)7壓板，件8把合螺栓，設(shè)于件3軸承支撐臺(tái)底部的第一槽體，設(shè)于件1機(jī)架中心體上的第二槽體。

軸承支撐臺(tái)與機(jī)架中心體設(shè)計(jì)成分體結(jié)構(gòu)，并實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)配合，同時(shí)通過限位裝置限制支撐臺(tái)與機(jī)架中心體兩者間的轉(zhuǎn)動(dòng)；限位鍵一部分置于第一槽體內(nèi)，另一部分置于第二槽體內(nèi)。

限位鍵為矩形結(jié)構(gòu)，可于機(jī)架中心體第二槽體內(nèi)來回移動(dòng)。限位鍵上對應(yīng)于檢修窗一側(cè)設(shè)有螺紋孔，方便限位鍵拆除。為防止限位鍵脫離軸承支撐臺(tái)上的第一槽體和/或機(jī)架中心體上的第二槽體，設(shè)置了限位鍵壓板。同時(shí)限位鍵利用擋板及壓板固定在支撐臺(tái)上，防止運(yùn)行過程中限位鍵的徑向串動(dòng)。限位鍵強(qiáng)度設(shè)計(jì)需要考慮推力瓦運(yùn)行時(shí)最惡劣工況-推力瓦燒瓦，計(jì)算推力瓦燒瓦時(shí)最大摩擦力，根據(jù)此摩擦力的大小校核限位鍵的強(qiáng)度。

檢修推力瓦時(shí)，通過檢修窗拆卸限位裝置，利用檢修工具對推力支撐臺(tái)進(jìn)行輕微頂起，以達(dá)到推力支撐臺(tái)與機(jī)架之間的接觸面脫離目的，再利用旋轉(zhuǎn)工具實(shí)現(xiàn)推力支撐臺(tái)旋轉(zhuǎn)，將需要檢修的推力瓦旋轉(zhuǎn)至對應(yīng)檢修窗的位置,從檢修窗拆出需要檢修的推力瓦進(jìn)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(shè)計(jì)成大于限位鍵的長度，使得限位鍵可于第二槽體內(nèi)來回移動(dòng)，同時(shí)需要考慮限位鍵放入時(shí)需要的空間尺寸；在限位鍵與第一槽體之間設(shè)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(cè)，并在“L”形擋板外側(cè)裝設(shè)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(tái)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(tái)周向位置不變。

同時(shí)為了方便拆卸限位裝置，在所述限位鍵上對應(yīng)于所述檢修窗一側(cè)設(shè)置一螺紋孔，拆卸時(shí)，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(tái)上設(shè)有旋轉(zhuǎn)止口，檢修完成后回裝時(shí)，利用該旋轉(zhuǎn)止口定位，維持軸承支撐臺(tái)中心不變。

限位鍵及鍵槽在工廠內(nèi)加工，加工簡單；機(jī)架設(shè)置一個(gè)或兩個(gè)檢修窗即可，檢修窗數(shù)量少，加工及安裝簡便；解決了僅用一個(gè)或者數(shù)個(gè)檢修窗無法拆出所有推力瓦進(jìn)行檢修的難題。

5 小結(jié)

綜上所述，新型推力軸承檢修結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)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(fā)電機(jī)組推力軸承設(shè)計(jì)提供借鑒和參考。