某水電站推力軸承溫度過高原因分析及處理*

趙 霖，閔占奎，劉秀良，楊燕靜，魏潤芝，張 賽，龔真堯

(國網甘肅省電力公司電力科學研究院，甘肅 蘭州 730070)

0 引 言

水輪發電機推力軸承的工作狀況對整個機組的正常運行有著舉足輕重的作用，推力軸承的散熱效果直接決定著軸承的使用壽命與機組運行的穩定性，推力軸承的溫度過高甚至會造成機組跳閘或燒瓦事故，嚴重威脅機組安全穩定運行。

目前，對推力軸承溫度的研究很多集中于大型機組推力軸承及其散熱系統設計、高溫預防的研究，而對實際電站中發生的推力軸承溫度過高的問題的分析和處理還較少[1-5]。因此，筆者將以甘南某水電站實際發生的推力軸承溫度過高為例，重點分析該電站推力軸承溫度過高產生的原因并提出處理方式。

1 問題概述

某電站安裝有3臺17.5 MW混流式水輪機發電機組,水輪發電機為懸式。 2003年6月底工程開工建設，首臺機于2007年6月啟動，最后1臺機于2007年8月全部并網發電。機組主要技術參數如表1所列。

表1 某水電站水輪發電機組主要技術參數

該電站1號機在一次A級檢修后啟動時，發電機上機架、下機架和水輪機頂蓋振動值均正常，各部位軸擺度值也正常，上導、下導和水導軸承溫度正常，但推力軸承溫度升高較快，并不能穩定，空載運行時推力軸承溫度偏高,但未達到報警值。當機組并網帶負荷運行時，推力軸承溫度很快升高到67.4 ℃(設計報警溫度是60 ℃，停機溫度是65 ℃)，被迫緊急停機。當時檢修單位和電站認為軸承冷卻效果不好，故在推力軸承油箱內增加了一套內置冷卻器，其它部件未動。增加冷卻器后再次開機，發現推力軸承溫度仍然沒有降低，機組仍無法正常安全運行。后懷疑軸承溫度測量系統是否有問題，但經查測溫系統正常。

2 推力軸承故障或異常原因分析

為了查清該機組推力軸承溫度過高問題根源，制定有效的處理方案，筆者應邀到電站進行了實地查看分析。引發水電機組推力軸承故障或異常的原因需要先從以下方面開展排查和診斷。

(1) 機組振動大，使軸承工作狀態惡化，潤滑油油膜容易被破壞，導致軸承溫度升高[6]。

(2) 軸承冷卻水中斷較長時間或流量大幅減少，使潤滑油溫度升高，進而使軸承溫度升高[7]。

(3) 潤滑油油質變差或含有雜質，會使潤滑效果降低、硬性雜質可以直接損傷軸瓦[8]。

(4) 軸承載荷增大甚至超過設計載荷，如水推力過大、發電機轉子安裝高程超出設計值較多，使軸向電磁力增大、轉動體質量過大，這些都會使推力軸承潤滑油油膜減薄、潤滑效果降低、軸承溫度升高甚至損壞[9]。

(5) 運行方式導致，如設計有高壓油頂起裝置的機組開機過程未啟動頂起裝置，使軸瓦面油膜未形成，引起軸承工作異常，直至損傷[10]。

(6) 推力軸承設計、制造有缺陷，安裝質量不過關，軸承工作中很容易出故障。

以上原因都會使軸承溫度不同程度升高，嚴重時會發生推力瓦燒瓦事故,造成軸承損壞，但該機以前運行正常，所以問題不在設計制造方面，應該是在檢修安裝方面。開機操作時觀察發現，機組空載工況運行時，推力軸承溫度升高較快，網帶負荷運行時，推力軸承溫度迅速升高到60 ℃的報警值，而且不能穩定。為了避免發生推力瓦燒瓦事故，運行人員迅速減負荷并停機。在整個開機過程中，發現水輪機頂蓋腔壓力隨轉速升高和負荷增加而增大，空載時頂蓋腔壓力達1 MPa，7 000 kW負荷時該壓力達到了1.7 MPa，為額定水頭的89%，比其它正常運行機組頂蓋壓力增加了好幾倍(正常為0.3 MPa左右)，此時機組上機架、下機架、頂蓋的振動和軸擺度值不大，各部位導軸承溫度也正常。

停機后，詢問檢修人員，得知該機組A級檢修回裝過程中，上導、下導和水導軸承中心不在一個垂直中心線上，即處于傾斜狀態，所以把三個導軸承中心作了調整，使三導軸承同心。但此后盤車調整軸線時，發現水輪機動、靜迷宮環有碰摩現象，盤車受阻。隨后檢修單位加工擴大了水輪機迷宮間隙，使盤車順利進行，軸線調整達到標準要求，如圖1所示。

圖1 水輪機迷宮間隙示意圖

但是，迷宮間隙增大后，進入水輪機頂蓋腔的水流量勢必增加，造成頂蓋腔壓力增大，即水推力增大、推力軸承受力增大。當頂蓋壓力增大、推力軸承載荷超過設計載荷時，軸承溫度就升高。頂蓋腔壓力越大，推力軸承溫度會越高。也就是說，檢修中增大水輪機迷宮間隙導致了水輪機頂蓋腔壓力增大，而水輪機頂蓋壓力增大使推力軸承載荷超過了設計載荷，最后導致推力軸承溫度升高。

3 處理意見及效果

因為該機組推力軸承溫度升高是因為水輪機迷宮環間隙增大、導致進入頂蓋腔壓力增大造成的，故必須再次檢修機組，加工恢復水輪機迷宮間隙到設計值，減小進入頂蓋的水流、降低頂蓋壓力、降低推力軸承載荷，使推力軸承載荷降低到設計值以下。

后檢修單位把機組進行重新檢修，把水輪機迷宮間隙加工恢復到設計值。機組安裝調試完成后啟動時，水水輪機頂蓋壓力恢復到正常范圍，推力軸承溫度降低到正常值，機組進入了正常發電運行。

4 結 語

水輪機頂蓋腔壓力的大小，直接影響機組水推力的大小，而水推力的大小對推力軸承溫度高低和安全性影響很大。本電站1號機檢修后出現推力軸承溫度異常升高，原因是檢修中加大水輪機迷宮間隙引起的頂蓋腔壓力增大、而頂蓋壓力增大會導致推力軸承載荷過大、最后造成推力軸承溫度升高甚至損壞。實踐證明，降低水輪機頂蓋壓力是降低水推力、提高推力軸承工作安全性的有效方法之一。