水轮发电机组推力轴承瓦支柱失效分析

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1、运行与维护SMALLHYDＲOPOWEＲ2015No.2，TotalNo.182水轮发电机组推力轴承瓦支柱失效分析112邹南城，李胜鑫，沈满林(1．华电福新能源华安水力发电厂，福建华安363800;2．杭州汇安电力工程技术有限公司，浙江杭州310000)摘要:对推力轴承瓦支柱失效的原因进行分析，复核了推力轴承瓦支柱材料、金相组织和推力轴承瓦支柱整体各结构单元的受力状况，得出了初步结论。图3幅，表2个。关键词:水轮发电机组;推力轴承;轴承瓦支柱;失效;原因分析也有可能是水轮发电机组整体的原因，还有可能是1概述水力学和电磁力学方面共同作用的结果。某水电站位于福建省某县城境内的九龙江北溪

2、水轮机型号:HL211—LJ—255，发电机型号:干流的河段上，距著名侨乡闽南“金三角”经济SL550—79/28，水推力:842.8kN(86t)，水轮开发区———漳州市约55km，距县城约10km。工机转动部分重:140.3kN(14.3t)，发电机转子程于1971年动工兴建，1979年10月1日第1台机重:784.8kN(80t)，合力:176.8kN(180.3组并网发电，1980年4月5日全部建成投产。电t)，推力轴承瓦支柱数:8块，平均单块推力轴承站装机容量为4×15MW，安装有4台混流立式水瓦支柱受力:221.7kN(22.6t)，原随机图纸表轮发电机组。2014年7

3、月底，4号机组在运行时出明推力轴承瓦材料为A3(Q235)。现异常，经停机检查发现4号机组6、7号推力轴2.1材料验证及金相分析承瓦支柱开裂成4块失效，后对8个推力轴承瓦支为了验证失效推力轴承瓦支柱实际所采用材柱全部进行了更换，4号机组继续投入运行。料，对失效推力轴承瓦支柱材料进行了化学成份分析，发现失效推力轴承瓦支柱为45号钢(见表2失效原因分析1)，与机组原随机图纸表明推力轴承瓦支柱材料推力轴承瓦支柱失效的原因可能是多种因素合为A3(Q235)不符。成作用造成，不仅有推力轴承瓦支柱本身的原因，表1推力轴承瓦支柱材料成份检测结果序号构件名称(材料)C/%Si/%Mn/%P/%S/

4、%是45号1推力轴承瓦支柱0.460.240.650.0140.008钢不是A32标准45号钢0.42～0.500.17～0.370.50～0.80≤0.03≤0.03收稿日期:2014－09－24作者简介:邹南城(1964－)，男，高级工程师，主要从事水电厂生产管理工作。·72·小水电2015年第2期(总第182期)运行与维护表2推力轴承瓦支柱硬度检测结果HB序号检测构件部位123456平均值1推力轴承瓦支柱与推力轴承瓦接触面1981931851911981911932推力轴承瓦支柱非接触面14515414914514515114845号钢材料屈服极限为355MPa、强度极限为加

5、工而成，铸件加工而成。推力轴承瓦支柱究竟是600MPa，综合机械性能比A3(Q235)要优(其45号钢采用何种形式而成，直接影响其综合机械屈服极限为235MPa、强度极限为375～500MPa);性能。使用硬度计对推力轴承瓦支柱各个不同表面并且45号钢便于局部表面淬火或整体调质处理，进行布氏硬度测量(见表2)和在硬度较高处进行以便满足推力轴承瓦支柱对材料性能的要求。在设金相组织分析(见图1)的办法验证推力轴承瓦支计过程中对综合机械性能要求较高或受力状况比较柱是采用上述哪种材料。复杂的构件往往采用45号或40Cr等。从表2可看出，推力轴承瓦支柱与推力轴承瓦从表1的结果可知，推力轴承瓦

6、支柱的材料是接触面的硬度与45号钢局部淬火硬度相当，推力45号钢，45号钢加工成推力轴承瓦支柱可能采取轴承瓦支柱非接触面的硬度与45号钢棒料直接加如下几种形式:圆钢坯料直接加工而成、圆钢坯料工的材料硬度相近。直接加工经热处理而成、圆钢坯料锻造经调质处理a45号钢淬火处理的标准金相组织b推力轴承瓦支柱推力轴承瓦接触表面金相组织(铁素体+珠光体)100×4%硝酸酒精溶液浸蚀100×图1推力轴承瓦支柱的受压表面经磨削加工后进行金相组织分析结果从图1a和图1b对比可知，推力轴承瓦支柱与法:采用有限元分析软件，建立推力轴承瓦支柱结推力轴承瓦接触面的金相组织(铁素体+珠光体)构三维有限元数学计

7、算模型，并采用线弹性有限元与45号钢淬火处理的标准金相组织相近，该处金法，把推力轴承瓦支柱结构离散为实体单组成的弹相组织为淬火处理金相组织。性结构，进行结构有限元计算，校核结构的强度、综合硬度检测和金相组织分析结果，失效的推刚度，模型按照失效推力轴承瓦支柱图纸进行实体力轴承瓦支柱为圆钢棒料加工并对推力轴承瓦支柱建模。与推力轴承瓦接触面局部淬火热处理而成。推力轴承瓦支柱结构有限元计算模型及参数如2.2结构受力有限元分析下所示(见图2)。机械构件的失效不但与构件采用的材料