關于水輪發電機組主軸擺度過大及推力軸承瓦溫偏高的分析及處理

(深圳華潤物業管理有限公司，廣東 深圳 518000)

關于水輪發電機組主軸擺度過大及推力軸承瓦溫偏高的分析及處理

何斌生

(深圳華潤物業管理有限公司，廣東 深圳 518000)

廣東省大埔縣三河壩水電站發電機組為轉漿式雙調節水輪發電機組，總機裝機容量為5000kW(2×2500kW)，其發電機推力軸承的瓦溫達到61℃，機組發出“機組故障預告信號”；機組在水導處的相對擺度值已達到0.08mm/m，超過國家規定的相對擺度值應小于0.05mm/m允許值。根據機組運行數據和實際運行工況，對推力瓦瓦面受損和機組主軸擺度進行分析。通過測量軸瓦間隙，分析盤車數據，找到問題根源，并通過對推力瓦進行刮研、對水輪發電機組的盤車、推力頭絕緣墊進行刮削和調整等工作，使機組運行恢復正常狀態，保證了機組安全可靠運行。

發電機推力軸承的瓦溫；推力瓦的刮研；推力頭絕緣墊刮削；機組主軸全擺度；相對擺度

1 問題的現狀

在小型水輪發電機中，發電機推力軸承的正常瓦溫應為60℃以下。當其推力瓦瓦溫達到60℃，機組則發出“機組故障預告信號”，即光子牌亮；當其推力瓦溫度達到70℃時，則發出“機組事故信號”，即光子牌亮，發出音響并使機組停機。

大埔縣三河壩水電站2號水輪發電機組在環境溫度為32℃，機組發出額定功率2500kW，而冷卻水進水口溫度為26℃(小于設計要求的最高進水溫度28℃)、進口水壓(P=1.5～2.0kg/cm2)、出口水壓(P=0kg/cm2)、油盆的油位均達到設計要求的前提下，其發電機推力軸承的瓦溫比正常同條件下的瓦溫(50℃和52℃兩個測點)高約10℃，即達到61℃。

在上游水位為48.75m,調速器導葉開度為70%，機組有功出力為2500kW時，在水輪機主軸的水導處(實際是水箱蓋處)的x、y方向分別裝設一個百分表，測得其擺度分別為0.50mm和0.60mm。根據國家對250r/min以下機組的相關規定，其水導處的相對擺度值應小于0.05mm/m，而該機組的額定轉速為200r/min，主軸總長(L發=3725mm、L水=3520mm)為7245mm。但其相對擺度值已達到0.08mm/m，故已超過了國家的規定允許值(0.08-0.05=0.03mm/m)。

2 問題分析

2.1 推力軸承的瓦溫偏高的原因

a. 溫度信號器指示有誤。

b. 推力油盆中的油質存在問題，降低了散熱效果。

c. 推力軸承經過4年多的運行，由于某些工人運行操作素質較低，在機組停機超過24h以后的機組啟動中，偶然存在未進行油壓頂起轉子即啟動機組的現象，使其在剛剛啟動旋轉的一段時間內，由于油膜未形成，軸瓦有可能處于干摩擦或半干摩擦的狀態，而由此對軸瓦刀花花紋磨損。而磨損的結果是磨損處的動壓油膜形成產生不良影響，即軸承的工作面(瓦面)在局部磨損處沒有連續充滿潤滑油，從而在此面積上產生不應有的熱量。熱量使軸承溫升并使油的黏度降低、間隙改變，更進一步使軸瓦局部油膜形成困難，造成推力軸承瓦溫偏高。

2.2 機組主軸擺度過大的原因

機組經過4年多的運行，其下導瓦是否會有變位(即松動)、水導橡膠軸瓦是否有磨損，將造成配合過松、徑向限位的作用減少。

推力軸承的瓦溫偏高與機組主軸擺度過大，兩者有聯系又有區別。聯系在于機組的過大擺度也必有過量的機組震動，而此震動則增加推力軸承的負荷，故此也是產生軸瓦溫度偏高的一個可能因素。軸瓦溫度偏高的主要原因仍然是其在啟動運轉時處于干摩擦或半干摩擦狀態使軸瓦刀花花紋磨損所致，并且在處理上應在機組大修理中統一考慮和處理。

3 問題的處理

就上述分析進行逐一檢查：首先對表針信號器進行檢測，確認其指示正確后，即對推力油盆中的油全部更換為合格的HU-30新汽輪機油，并進行開機運行檢查，結果是瓦溫依舊如故。最后決定取出推力軸瓦檢查。

機組主軸擺度過大的處理，必須通過盤車進行主軸的軸線測量和調整。上述兩項內容的處理，必須進行機組大修理。其大修理應拆卸部件包括：永磁機、受油器、受油器支座、上機架、集電環、上下蓋板、輔軸、油盆水冷卻器、推力油盆蓋以及水輪機部分的頂蓋、水箱、轉環、托板、水導橡膠軸承體等。在拆卸各主要部件前，都應進行相應的技術數據檢測和記錄。

水導橡膠軸承間隙測定：用塞尺量取橡膠軸承間隙(見圖1)。根據技術要求應在0.14～0.16mm，故水導橡膠軸瓦的磨損偏大(0.35>0.16mm和0.25>0.16mm,)，需更換新的水導橡膠軸瓦。

圖1 橡膠軸承間隙

用塞尺測量下導瓦的間隙(見圖2)。從實測結果知道機組在停機時主軸偏向一邊，但其對邊之和平均值為0.37mm、0.175mm、0.25mm、0.20mm。根據技術要求應為0.15～0.20mm之間，故需做適當的調整。

圖2 下導瓦的間隙

用旋轉法在鏡板背用框式水平儀測量其水平狀態(見圖3)，借以間接反映出鏡板工作面的水平狀態。從圖中首次所測的數字(即內圍數值)知：其高低及方向性不明，仍需對推力瓦受力進行調整，而由最后一次所測數值(即外圍數值)知，其基本呈水平并且有明顯的方向性，即可以進行盤車。

圖3 鏡板工作面水平狀態(單位： 格)

將上導瓦用手旋緊其支持螺栓，借以控制主軸徑向位移。上導瓦和推力瓦的瓦面涂上一層潔凈的熟豬油作潤滑，而下導和水導則應處于自由狀態，并測量在自由狀態下的水導單邊各個方向最小擺度都大于1mm，即不會碰壁便可進行盤車。

具體盤車數據見表1、表2所列，-x、+y方向各裝放一只百分表。

表1 X表為第一次機組軸線測量記錄 單位： 絲

表2 Y表為第一次機組軸線測量記錄 單位： 絲

根據發電機主軸長度和水輪機主軸長度，計算出在法蘭處的相對擺度值(Q相法)和在水導處的相對擺度值(Q相水)。

X表：

Q相法=26cmm/3.725m≈7cmm/m(即7絲/m)

Q相水=35cmm/7.245m≈4.8cmm/m(即4.8絲/m)

Y表：

Q相法=42cmm/3.725m≈11cmm/m(即11絲/m)

Q相水=30cmm/7.245m≈4.1cmm/m(即4.1絲/m)

由上表及計算結果進行機組軸線分析，知其軸線已呈曲線狀態(見圖4)。

圖4 機組軸線呈曲線狀態

根據水輪發電機盤車擺度允許值：對于250r/min以下的機組其法蘭處和水導處的相對擺度值分別為3cmm/m和5cmm/m，故該機組主軸在法蘭處的擺度值已超過國家規定的允許值(主軸法蘭處的偏大擺度值Q相法分別為4cmm/m和8cmm/m)。

故需對主軸的垂直度進行調整，把推力頭絕緣墊進行刮削。其刮削量為

δ直=φcaD/(L發+L水)

=[(0.35×1066)÷(3725+3520)]≈0.0515mm

通過進行幾次盤車、刮削和調整，其中最后一次盤車數據見表3、表4。

表3 X表最后一次機組軸線測量記錄 單位： 絲

表4 Y表最后一次機組軸線測量記錄 單位： 絲

根據上表計算在法蘭處的相對擺度值(Q相法)和在水導處的相對擺度值(Q相水)為

X表：

Q相法=15cmm/3.725m≈4cmm/m(即絲/m)

Q相水=15cmm/7.245m≈2cmm/m(即絲/m)

Y表：

Q相法=19cmm/3.725m≈5.1cmm/m(即絲/m)

Q相水=24cmm/7.245m≈3.3cmm/m(即絲/m)

其軸線呈曲折的狀態比原狀態已大為減少，如圖5所示。

圖5 機組軸線呈曲線減少后狀態

即水導處的擺度已符合GB 8564—2003水輪發電機組安裝技術規范水導處的相對擺度值應小于0.05mm/m的要求(0.02mm/m和0.033 mm/m)。

而在法蘭處略大一些>1.5cmm/m，(4+5.1)÷2=1.5cmm/m。其絕緣墊需刮削值δ直為

δ直=φcaD/(L發+L水)=(0.15×1066)

÷(3725+3520)≈0.027mm=2.7cm

最高點在2、1點附近(如圖6所示)。

圖6 絕緣墊需刮削值

考慮到這樣的刮削余量在具體的實際技術操作中難以達到，并且機組軸線的曲折程度與安裝投產發電時的情形類同，故可采用。

同時，計算出下導調瓦間隙是否有大于擺度值。

測量下導瓦至推力瓦鏡面的高度為h=2.105m，(5.1絲/1m)=(x/2.105)，x=5.1×2.105=10.735絲(0.10735mm)，根據該機組的技術要求下導調瓦間隙為0.14～0.16mm，大于實際主軸在下導處的擺度，故可使用。

4 問題的解決

經過上述推力軸瓦的刮研和水輪發電機組軸線的調整安裝，在推力、上導、下導、水導軸承等安裝調整均符合要求后，機組進行啟動和運行工作。在外部條件,如:水位、水壓、水溫、調速器開度(φ=70%)和機組出力(P=2500kW)等與檢修前基本相同時，檢修的效果如下：

a. 其推力軸承的溫度為43℃和45℃(兩個測點)，比檢修前推力軸承的溫度降低了3～4℃。

b. 機組主軸在水導處-x、+y方向的全擺度分別為0.40mm和0.30mm(即相對擺度分別為0.055mm/m和0.041mm/m)，比檢修前的0.50mm和0.60mm(即相對擺度分別為0.07mm/m和0.08mm/m)減少了0.1mm和0.3mm((即相對擺度分別減少為0.015mm/m和0.039mm/m)。

從檢修至運行一年后的同期(6月)，此機組的推力軸承溫度為52℃，比檢修前(同為6月)的61℃，降低了9℃；主軸的全擺度由檢修前的0.50mm和0.60mm降低為0.30mm和0.40mm。

實踐證明：對此機組的推力軸承溫度偏高以及機組主軸的擺度過大問題的分析和處理方法都是正確的，符合實際情況，故收到了較好的效果。

Analysisandtreatmentoftoolargemainshaftswingandthrustbearinghighertemperatureinhydro-turbinegeneratorset

HE Binsheng

(ShenzhenChinaResourcesPropertyManagementCo.,Ltd.,Shenzhen518000,China)

Guangdong Dapu County hydropower generator set belongs to a propeller double-adjustment hydro-turbine generator set. Total installed capacity is 5000kW(2×2500kW). The temperature of power generator thrust bearing is 61℃, and the unit issues ‘warning signals for unit fault’. The relative pendulum value of the unit at the water guide has reached 0.08mm/m, which is higher than the national regulation—the relative pendulum value stipulated shall be less than allowable value of 0.05mm/m. The thrust bearing surface damage and unit main shaft swing are analyzed according to the operation data of the unit and the actual operating conditions. The problem cause is discovered through measuring bearing clearance and analyzing jigger data. The thrust bearing is scraped, the jigger of hydro-turbine generator set and thrust block insulation mat are cut and adjusted, etc., thereby the unit operation can be restored to normal state, and safe and reliable operation of the unit can be guaranteed.

power generator thrust bearing temperature; scrapping of thrust bearing; thrust head insulation mat cutting; unit main shaft full swing; relative pendulum

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.011.023

TK73

B

1005-4774(2017)011-0091-05