某電站機(jī)組推力軸承瓦溫偏高分析

張富春，楊 舉，艾 斐，周峰峰

（中國長江電力股份有限公司，湖北 宜昌443002）

1 概述

某電站機(jī)組為軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)機(jī)組，發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)為立軸半傘式，主要由定子、轉(zhuǎn)子、上機(jī)架、推力支架、上導(dǎo)軸承、推力軸承、制動(dòng)系統(tǒng)、空冷器組成。推力軸承均為雙層瓦結(jié)構(gòu)，即有薄瓦和托瓦，推力薄瓦為彈性氟塑料瓦。推力軸承支撐為彈性油箱結(jié)構(gòu)，主要由推力頭、鏡板、彈性油箱、推力瓦、托瓦、油槽、擋油筒、油冷卻器以及密封蓋等部件組成。軸承采用自循環(huán)冷卻方式，在推力油槽內(nèi)裝有18個(gè)抽屜式冷卻器進(jìn)行熱油冷卻。

2 問題描述

某電站18F機(jī)組推力最高瓦溫較其他機(jī)組一直偏高。從2015年7月下旬開始，推力瓦溫有明顯上升趨勢(shì)，自7月30日開始，15號(hào)推力瓦溫最大值接近高限溫度57℃，7月30日至8月2日最高瓦溫基本保持穩(wěn)定，維持在接近57℃的范圍內(nèi)（如圖1所示），分別為56.92℃、56.85℃、56.84℃、56.89℃。7月31日，啟動(dòng)18F機(jī)組技術(shù)供水加壓泵，多次正反向倒換推力冷卻水供水方向，發(fā)現(xiàn)推力瓦溫?zé)o明顯下降。需對(duì)其進(jìn)行全面分析，探討推力瓦溫偏高原因，判斷18F機(jī)組能否繼續(xù)安全運(yùn)行。

3 原因分析

3.1 推力瓦及其受力情況

圖1 7月份18F機(jī)組推力最高瓦溫變化趨勢(shì)圖

良好的推力瓦結(jié)構(gòu)有利于潤滑油在軸承表面形成良好的推力油膜，起到良好的潤滑作用，減少軸瓦間的摩擦損耗，使推力瓦溫度變小。此外，推力瓦的受力情況也會(huì)影響瓦溫，根據(jù)多年的現(xiàn)場瓦溫調(diào)整經(jīng)驗(yàn)可知，推力瓦受力對(duì)推力瓦溫度具有正相關(guān)作用，推力瓦受力變大，軸瓦間磨擦力變大，產(chǎn)生的磨擦熱量就會(huì)增加，即推力瓦受力越大，瓦溫溫度越高。

3.1.1 上次大修時(shí)受力調(diào)整情況

18F機(jī)組在上次大修時(shí)進(jìn)行推力瓦受力調(diào)整。18F機(jī)組推力瓦受力檢查數(shù)據(jù)如表1。

該機(jī)組推力軸承為彈性油箱托盤支撐方式，彈性油箱變形量的最大值與最小值之差為0.37mm，滿足不大于0.8mm標(biāo)準(zhǔn)，符合規(guī)程要求。

3.1.2 推力瓦更換情況

目前18F機(jī)組的推力瓦由巴氏合金瓦全部更換為聚四氟乙烯塑料瓦，塑料瓦廠家為大連三環(huán)。氟塑料瓦厚度測(cè)量值如表2所示，瓦面狀況良好。由于各瓦間厚度差別較小，安裝時(shí)可不考慮厚度差別。在上一次大修檢查時(shí)，推力瓦瓦面情況良好，無裂紋，氟塑料層與瓦基無脫殼現(xiàn)象，銅絲無裸露，瓦面存在輕微周向劃痕。用外徑千分尺（50～70mm）測(cè)量推力瓦的厚度，18塊推力瓦厚度最大值為61.03mm；最小值為60.99mm；最大值-最小值=0.04mm，推力瓦數(shù)據(jù)良好，不影響機(jī)組運(yùn)行。

表1 推力瓦受力檢查 單位：0.01mm

表2 18F機(jī)組更換的氟塑料瓦厚度測(cè)量值

3.1.3 推力瓦及其受力情況小結(jié)

結(jié)合歷史檢修數(shù)據(jù)可知，18F機(jī)組推力瓦受力情況不存在問題，推力瓦溫上升及偏高與推力受力情況無關(guān)。

3.2 推力軸承冷卻效果分析

對(duì)于水輪機(jī)組推力軸承冷卻系統(tǒng)而言，軸瓦溫度是由透平油冷卻，而油溫則主要通過以水為介質(zhì)的油冷卻器冷卻。在運(yùn)行期間，機(jī)組瓦溫出現(xiàn)偏高的現(xiàn)象，有可能是油水冷卻器中油管水管接觸不好，熱量傳遞效率低，透平油溫度無法降低。

3.2.1 推力冷卻水壓力

7月15日以后，16F、19F機(jī)組推力冷卻水供水壓力略大于18F機(jī)組。16F、19F機(jī)組推力供水壓力在 0.08～0.1MPa，而 18F 機(jī)組則在 0.04～0.06MPa范圍內(nèi)。即在技術(shù)供水總壓基本相同情況下，18F機(jī)組推力冷卻水水壓相對(duì)偏小，推力冷卻水流量隨之偏小，影響推力冷卻效果。

3.2.2 推力冷卻水進(jìn)出水溫差

7月份16F、17F、18F機(jī)組推力進(jìn)出口冷卻水溫差及推力瓦最高瓦溫變化趨勢(shì)如圖2。18F機(jī)組推力冷卻水溫差小于16F機(jī)組，推力瓦溫則高于16F機(jī)組。17F、18F機(jī)組推力冷卻水溫差均相對(duì)較小，但整體來看18F推力冷卻水溫差比17F機(jī)組更小，同時(shí)瓦溫較17F機(jī)組大。到8月2日，18F機(jī)組只有0.14℃溫差，推力冷卻效果較差，對(duì)瓦溫上升有一定促進(jìn)作用。

圖2 冷卻水溫差與推力瓦溫變化趨勢(shì)圖

3.2.3 推力軸承冷卻效果分析小結(jié)

在技術(shù)供水水壓一樣的情況下，18F機(jī)組推力冷卻水水壓、冷卻水進(jìn)出口溫差均小于同類型其他機(jī)組，推力冷卻效果與其他機(jī)組相比較差。初步分析原因?yàn)椋?8F推力供水管路及其油冷器經(jīng)過多年運(yùn)行，內(nèi)部管壁凝結(jié)水垢，影響推力冷卻水流量，進(jìn)而影響冷卻效果。

3.3 氣溫影響

該機(jī)組推力軸承冷卻系統(tǒng)所使用的冷卻介質(zhì)為水，而水作為冷卻介質(zhì)，其溫度受氣溫的影響很大，水溫受季節(jié)的變化會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。同時(shí)，氣溫還會(huì)影響冷卻過程中水冷的換熱系數(shù)，導(dǎo)致冷卻效果變差，使瓦溫升高。

3.3.1 氣溫對(duì)推力瓦溫影響

7月份 16F、17F、18F、19F 機(jī)組推力最高瓦溫隨自然環(huán)境氣溫有升高變化趨勢(shì)，4臺(tái)機(jī)組推力最高瓦溫均有上升。7月份最高氣溫整體呈上升趨勢(shì)，最低26℃，最高37℃，全月 16F、17F、18F、19F推力最高瓦溫上升幅度分別為2.9℃、3.46℃、3.02℃、3.3℃。可見，在氣溫上升影響下，4臺(tái)機(jī)最高推力瓦溫均有上升，且幅度相近。7月份氣溫上升應(yīng)為推力最高瓦溫上升的主要因素。

3.3.2 氣溫對(duì)上導(dǎo)瓦溫影響

7月份 16F～19F 4臺(tái)機(jī)上導(dǎo)瓦溫均有上升，16F～19F上導(dǎo)平均瓦溫上升幅度分別為1.1℃、1.6℃、1.6℃、1.6℃。4臺(tái)機(jī)上導(dǎo)瓦溫在7月份均有上升且幅度相近，氣溫上升應(yīng)為上導(dǎo)瓦溫上升的主要因素。

3.3.3 氣溫對(duì)水導(dǎo)瓦溫影響

7月份16F～19F 4臺(tái)機(jī)水導(dǎo)瓦溫均有上升，16F～19F水導(dǎo)平均瓦溫上升幅度分別為0.4℃、0.7℃、1.0℃、1.3℃。4臺(tái)機(jī)水導(dǎo)瓦溫在7月份均有上升，氣溫上升應(yīng)為水導(dǎo)瓦溫上升的主要因素。

3.3.4 氣溫影響小結(jié)

7月份全月16F～19F 4臺(tái)機(jī)組上導(dǎo)、水導(dǎo)、推力瓦溫均有所上升，且上升幅度相近，氣溫上升應(yīng)為主要因素。

3.4 推力油槽油的影響

推力油槽內(nèi)的透平油可以潤滑軸瓦，也可以使軸瓦間磨擦產(chǎn)生的熱量通過透平油帶走。在運(yùn)行期間，造成機(jī)組瓦溫出現(xiàn)偏高的原因可能是軸承內(nèi)透平油油位偏低，透平油過少達(dá)不到降溫的效果；也有可能是透平油油質(zhì)變差后，軸瓦磨擦功率將增大，同時(shí)油循環(huán)變差，導(dǎo)致油對(duì)軸瓦冷卻效果不明顯。

3.4.1 推力油位

7月至8月期間，18F推力運(yùn)行油位保持穩(wěn)定，維持在63mm左右。推力油位無異常。

3.4.2 推力油溫

7月至8月期間，18F機(jī)組推力油溫與瓦溫變化趨勢(shì)，瓦溫上升3℃（從7月1日53.9℃到30日56.92℃），油溫上升最大值為2.82℃（從7月1日42.17℃到31日44.99℃），瓦溫與油溫變化同步，且溫升基本相同。18F機(jī)組推力油槽油溫高限溫度為45℃，7月31日油溫44.99℃已接近高限報(bào)警溫度。3.4.3 油質(zhì)

18F機(jī)組停機(jī)后，對(duì)推力油槽透平油取油樣進(jìn)行化驗(yàn)，油質(zhì)化驗(yàn)合格。

3.4.4 推力油槽油的影響小結(jié)

推力油槽油位、油溫、油質(zhì)對(duì)機(jī)組瓦溫上升影響較低。

4 推力瓦溫偏高建議

（1）通過與其他機(jī)組比較，并結(jié)合往年推力瓦溫變化趨勢(shì)可知，18F機(jī)組推力瓦溫升高主要為近期氣溫升高所致，在加強(qiáng)跟蹤監(jiān)視條件下，機(jī)組可以繼續(xù)運(yùn)行。

（2）技術(shù)供水總壓力無異常，而18F機(jī)組推力冷卻水壓力偏低，且進(jìn)、出口溫差偏小，應(yīng)為冷卻水管路內(nèi)部水垢凝結(jié)堵塞管路所致。該電站推力冷卻器及其供水管路經(jīng)過多年運(yùn)行，管子內(nèi)部水垢堆積，影響推力冷卻效果。

5 結(jié)語

本文主要針對(duì)某電站18F機(jī)組推力軸承瓦溫偏高的問題進(jìn)行探討，對(duì)可能引起推力瓦溫偏高的因素進(jìn)行一一剖解，文中所列的分析思路可以為同類型機(jī)組的故障分析提供參考。