國產球面自潤滑軸承在魚塘水電站的實際運用

2009-03-04

中國水電顧問集團中南勘測設計研究院　廖玉海　盧意文

　　摘要：本文主要介紹了魚塘水電站及溢洪道弧形工作閘門的基本設計概況，并著重介紹了國產GEW530FZ5B自潤滑球面軸承在魚塘水電站的成功運用。以此推廣國產自潤滑軸承在國內水電站的實際運用。
　　關鍵詞：魚塘水電站，溢洪道，弧形工作閘門，自潤滑球面軸承
　　工程概況
　　魚塘水電站位于貴州省遵義市道真仡佬族苗族自治縣境內、芙蓉江干流中游的舊城鎮，是芙蓉江梯級開發中的第七級電站。壩址距道真縣城35km。

魚塘水電站工程以發電為主，兼顧灌溉、養殖等綜合利用要求。水庫正常蓄水位465.0m，死水位455.0m，總庫容1.224億m³，庫容系數1.05%，為周調節水庫。電站裝機2臺，總裝機容量75MW，多年平均發電量3.128億kW×h，保證出力11.39MW，年利用小時數4171h。

魚塘水電站工程樞紐布置采用攔河大壩、左岸溢洪道、右岸引水發電系統的布置方案。樞紐建筑物由混凝土面板堆石壩、左岸開敞式岸邊溢洪道、右岸進水口、引水隧洞、地面廠房及升壓站等組成。本工程屬二等大（2）型工程，混凝土面板堆石壩、溢洪道為2級建筑物，正常運用洪水重現期為100年，非常運用洪水重現期為2000年；引水道、廠房為3級建筑物，正常運用洪水重現期為50年，非常運用洪水重現期為200年；臨時建筑物為4級。

電站于2003年11月開工建設，2004年9月16日河床截流，2005年10月5日下閘蓄水，2005年10月底首臺機組發電，2006年2月第二臺機組發電。2007年10月工程通過竣工安全鑒定驗收。
　　二 . 溢洪道設計

溢洪道緊靠左岸壩肩布置，由進水渠、閘室、泄槽和消力池四部分組成。進水渠上游為圓弧形，渠道中心線的轉彎半徑為174.25m；閘前段為直線段，長38.134m，渠底寬度51.50m，渠底高程439.50m，閘室段長33.366m，頂寬57.5m，采用三孔孔口寬度為14.5m的WES低實用堰；每孔設1扇14.5m×16.525m的弧形工作門及1道檢修門門槽，堰頂高程449.00m。泄槽為等寬矩形斷面，凈寬51.5m，長119.378m，上游段底坡為1：1.7，下游段底坡為i＝0.01。消力池池底高程402.0m，池寬51.5m，池長122.372m。尾部設連續式尾坎，尾坎頂部高程414.0m，坎后設50.0m長混凝土及干砌塊石護坦。溢洪道Z大泄量9410m³/s，Z大單寬流量為182.7 m³/(s·m)。
　　三. 溢洪道弧形工作門設計
　　1．溢洪道弧形工作閘門設計
　　該閘門主要承擔泄洪和調節水庫水位等任務，要求閘門動水啟閉，并能局部開啟，故選用弧形閘門。溢洪道弧形工作閘門結構采用圓柱自潤滑球面鉸、雙斜支臂、主橫梁式結構，孔口寬14.50m，高17.00m，設計水頭16.525m，總水壓力為20626kN。溢洪道弧形工作門操作條件為動水啟閉，并可以局部開啟。3孔溢洪道共設置3扇溢洪道弧形工作閘門。閘門門槽設底坎及側向支承軌道，側向軌道由底坎延伸到472.50m高程。門體和門槽埋件主要材料均為Q235B。溢洪道弧形工作門的吊耳直接與設在邊墻上的QHLY-2×2500kN-10.0表孔液壓啟閉機吊頭相連，利用液壓啟閉機進行啟閉操作。平時閘門關閉孔口，在需要泄洪時起升閘門到所需位置。
　　2. 溢洪道弧形工作門支鉸軸承設計選擇

軸承使用技術條件：1、軸承應具有免維護功能；2、軸承材料應保證其抗腐蝕能力，以避免滑動面咬合；3、在潮濕的環境中，要保持穩定的滑動靜摩擦系數和動摩擦系數，避免滑動面抱死；4、所選用軸承應符合DIN標準或JIS標準或ANSI標準或GB標準；5、使用壽命：50年。根據上述使用條件，決定采用銅基鑲嵌或金屬鑲嵌自潤滑球面軸承。

目前生產這種類型的軸承廠家比較多，特別是國外的銅基鑲嵌或PTFE復合材料的自潤滑球面滑動軸承運用較早，技術成熟，但價格比較貴。而隨著近幾年國內自潤滑支承材料的自主研發和技術水平的提高，不少國內廠家生產的自潤滑軸承已能滿足現在的水電工程需要，而且價格只有國外同類型軸承的1/2或更低。因此，我們在溢洪道弧形工作門制作招標時，經過經濟和技術比較，確定溢洪道弧形工作門支鉸軸承采用國內產品，經與溢洪道弧形工作門制作廠家協商比較，Z終選用大連三環復合材料技術開發公司生產的GEW…FZ5B雙金屬鑲嵌自潤滑球面軸承。軸承內圈材料采用GCr15鋼淬火，球形表面鍍硬鉻，拋光；外圈基體材料采用GCr15鋼，球形工作表面為銅合金，并鑲嵌固體潤滑劑。軸承自潤滑材料為：FZ-5B雙金屬鑲嵌自潤滑材料，其承載能力：130MPa（動載)、280MPa（靜載）；摩擦系數：0.08-0.12，使用溫度：-80-+250