燈泡貫流式水輪發電機徑向軸承瓦燒損分析

許國彥

(哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江哈爾濱150040)

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燈泡貫流式水輪發電機徑向軸承瓦燒損分析

許國彥

(哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江哈爾濱150040)

根據某電站燈泡貫流式水輪發電機組徑向軸承瓦發生二次燒損的情況進行了敘述，并對存在的因素進行了分析，闡述了相應采取的檢修措施；在機組制造、安裝和檢修方面應引起重視，以確保機組能夠長期穩定運行。

燈泡貫流式水輪發電機；徑向軸承瓦；燒損

0 引言

燈泡貫流式水輪發電機組目前被廣泛應用于低水頭水電站。由于大多數燈泡貫流式水輪發電機組的轉動部分采用臥軸懸臂兩點支撐的結構，發電機徑向軸承同水導軸承的安裝、運行和檢修質量將直接影響到機組發電的效益。個別電站曾出現發電機徑向瓦燒損的事故，以下就國內某電站同一臺燈泡貫流式水輪發電機組發生二次發電機徑向軸承瓦燒損的過程進行敘述，并對導致徑向軸承瓦燒損的因素進行分析。

1 發電機徑向軸承結構

發電機徑向軸承與水輪機水導軸承作為兩支撐點共同承擔機組轉動部分的重量和徑向動不平衡力，徑向軸承與推力軸承構成組合軸承，徑向軸承結構如圖1所示，徑向瓦以間隙配合鑲嵌在軸承體內，并通過定位銷和擋板相對固定于軸承體，軸承體通過球面間隙配合安裝于反推力座內并可以微量轉動，反推力座以間隙配合安裝定位在軸承支架內，軸承支架固定支撐在內管型座發電機側端面。

圖1 發電機徑向軸承結構

2 軸承瓦燒損原因分析

2.1 第一次燒損徑向軸承瓦

徑向軸承瓦燒損過程：該臺機組安裝后經過72h試運行，已投入商業運行1個月時間；由于電網突然中斷致使電站開關站自動跳閘，兩臺運行機組均甩負荷停機，此時廠用交流電消失；在電網恢復后各機組重新開機啟動，第一臺恢復正常發電運行，第二臺啟動后徑向軸承瓦溫度升高至80℃，超過設定的徑向瓦溫報警值65℃及停機值70℃，該臺機組事故停機。

徑向瓦燒損狀況：徑向瓦與主軸之間存在一些約10mm寬的鎢金屑片，徑向瓦下瓣工作面基本全部燒損，瓦工作面呈溝痕狀，三個高壓油室和油孔被熔化的鎢金屑填塞，見圖2。在出油邊的邊緣呈黑褐色熔化痕跡，見圖3。在徑向瓦進油邊堆積插塞狀鎢金屑片，見圖4。

圖2 徑向瓦下瓣

圖3 徑向瓦下瓣出油邊

圖4 在徑向瓦燒損進油邊形成的插塞狀鎢金屑片

原因分析：機組關機程序為當機組轉速低于90%額定轉速時，高壓油裝置自動投入頂起主軸；而實際停機過程中無廠用交流電不能啟動高壓油裝置，沒有高壓油頂主軸，第二臺機組已安裝分段關閉裝置，主軸在關閉導葉時間內低轉速運轉，主軸與徑向瓦之間無油膜，致使徑向瓦燒損；第一臺機組安裝調試時，因涉及重錘能否關機則沒有投入分段關閉裝置；實際此次重錘關機在瞬間完成，主軸低轉速運轉時間很短，才僥幸避免燒損徑向瓦。

2.2 第二次燒損徑向軸承瓦

燒損徑向瓦過程：機組經過更換備品徑向軸承瓦后重新啟動，空轉運行30多分鐘時，溫度儀表柜顯示徑向瓦溫度溫度陡然上升，在十幾秒內由46℃上升至58℃，現場立即手動緊急停機，在停機過程中徑向瓦表溫度仍然快速上升至75℃。停機后從軸承蓋處檢查徑向軸承油腔內有mm寬鎢金屑片，判斷徑向瓦又一次被燒損。徑向瓦燒損狀況：下瓣偏向發電機端燒損，見圖5。一個高壓油室被熔化的鎢金封堵，燒損且研磨成溝槽狀，見圖6。

圖5 徑向瓦下瓣

圖6 高壓油室被封堵和瓦面研磨成溝槽狀

燒損徑向瓦因素分析：經過連續兩次燒損徑向瓦事故，再次拆卸和更換徑向瓦過程中從各個方面進行檢查，存在以下因素。

(1)潤滑系統存在雜質。檢查發現在軸承進油管路閥門中貼敷有硬顆粒雜質，最大顆粒約Φ1.5mm，在軸承蓋下部密封環槽中存在粉末狀雜質，在事故之前、之后發現回油箱底部有鎢金屑末，雜質是軸承燒損的重要因素之一。

(2)高壓油頂起裝置壓力開關值設定偏低。事故后查看高壓油頂起裝置壓力開關設定值分別為：0.85MPa，0.8 MPa；按設計設置偏差壓力開關值應為：拱起壓力10.5～12.5MPa，泄流壓力7.5～9.5MPa；而后來實際監測拱起壓力為12.5 MPa,泄流壓力為0.85MPa；顯然原設置的拱起壓力偏低，在自動開停機轉速低于90%額定轉速時存在高壓油不能真正頂起主軸情況，不能形成油膜，將會導致徑向瓦燒損。

(3)徑向軸承自動調整定心不靈活。檢查徑向軸承體與反推力座的球面存在磕碰痕跡。由于球面缺陷導致內外球面相互轉動不靈活，徑向軸承瓦在軸承體內不能隨著主軸自動調整同心，使徑向軸承瓦發電機端局部受力導致燒損。

(4)更換徑向軸承瓦回裝方法不當。拆卸徑向瓦察看瓦面有軸向劃痕，在首次更換徑向瓦時將徑向軸承與反推力座作為整體平移回裝，難以控制徑向瓦面與主軸之間始終存在間隙，瓦面與主軸存在移動接觸，相互產生干摩擦損傷瓦面，機組運行易發生徑向瓦被燒損。

(5)徑向瓦與主軸間隙超過設計值。主軸軸徑原加工偏小，原徑向瓦與主軸是配加工符合圖紙間隙0.60～0.75的要求，而備品瓦按圖紙生產非配加工，在更換備品瓦后曾測量徑向瓦與主軸間隙為0.86～0.90,超過設計間隙值，由于間隙增大使徑向瓦與主軸的承壓面積相應減小，油膜承受壓力增大易被破壞，導致徑向瓦燒損。

(6)徑向軸承供油量少或間斷。①在事故之前機組空轉時，曾出現一次組合軸承排油管流量信號開關無流量事故停機，檢查排油管下部無堵塞，分析軸承殼內上部存在憋氣現象，供排油將會間斷，機組運行時軸承油溫和瓦溫將升高。②軸承進油管路布置與設計圖紙不符，圖紙為1個水平進油總管在廊道內分支為向上4個支管，再經水平、垂直通過豎井，油液分別進入各軸承，這樣油液可以充滿管路，豎直位置管路的油液具有單獨的勢能壓力，并能保持每個軸承連續供給油；實際管路布置是廊道1個水平進油總管向上經水平、垂直進入豎井，在機艙內分支4個支管進入各軸承，這樣進油總管可以保持連續供油，但各支管卻不一定保持向各軸承連續供給油，若某一軸承存在進油不暢受阻，則該軸承油溫和瓦溫會升高，而油液進入其它軸承的流量相應增大。③為減緩回油箱油泵長時間頻繁向高位油箱抽油，在開機之前可參考另兩臺機組油泵工作時間關小高位油箱出油閥門，盲目減少該機組軸承供油量，會使軸承油溫和瓦溫升高。

(7)檢修發現：安裝時沒有按圖紙將反推力座與軸承支架同鉆鉸2～Φ30定位圓柱銷孔，即沒有安裝定位銷；推力軸承殼與反推力座之間的2～Φ30圓柱銷實際安裝配合很松動。這樣機組運行在徑向交變不平衡徑向力作用下，徑向軸承將隨著反推力座微量變動而變動，徑向瓦受力不穩定也會導致被燒損。

3 針對存在燒損徑向瓦的各種因素而采取相應的措施

(1)電站另外遠接廠用電源或配套及時使用柴油發電機，確保意外事故發生時高壓油頂起裝置能夠隨時投入使用。

(2)全面清潔檢查機組潤滑系統。對徑向軸承、回油箱、高位油箱、潤滑油管路進行清潔檢查雜質；在高位油箱出油口增加一道濾網；潤滑系統充油后循環油液沖洗系統；使用濾油機過濾檢查油液直至無雜質。

(3)重新設置高壓油頂起裝置壓力開關值。手動高壓油頂起裝置觀測實際拱起壓力和泄流壓力，設置壓力信號開關值符合設計偏差范圍要求，并確認壓力信號傳送正確。

(4)確保徑向軸承能夠自動調整定心。處理軸承體與反推力座的配合球面缺陷，檢查確認軸承體在反推力座球面內轉動靈活。

(5)采用正確回裝徑向瓦方法。先回裝徑向軸承體和反推力座的組合體，確?；匮b徑向瓦時徑向瓦與主軸存在要求間隙，再使用“拆裝軸承工具”將整體徑向瓦壓入軸承體內。

(6)確保機組軸承供油充足順暢。組合軸承在充潤滑油時打開上部排氣閥，潤滑油從排油管流出時關閉空氣閥；檢查潤滑系統管路流量開關顯示正確；修改布置潤滑系統管路符合圖紙；放開高位油箱出油閥門保證軸承供油充足。

(7)確保徑向軸承間隙符合圖紙要求。根據主軸軸徑實際尺寸重新配加工制作徑向瓦，使徑向軸承與主軸間隙符合圖紙，重新更換配加工的徑向瓦。

(8)按圖紙要求定位部件。重新加工鉆鉸反推力座與軸承支架的銷孔并安裝定位銷，使非轉動部件保持穩固。

4 結語

通過對該機組二次燒損徑向軸承瓦存在因素的分析和采取的有效措施，經過再次更換徑向瓦之后，機組順利通過試運行并已投入商業運行。理論分析和實踐表明導致燈泡貫流式發電機組徑向軸承瓦燒損的因素基本包含于上述內容之中，任何一不利因素的存在都會導致徑向軸承瓦燒損；因此，須引起機組的生產制造、安裝施工、運行維護以及檢修等方面高度重視各個工作環節，消除燒損軸承因素隱患，確保燈泡貫流式發電機組能夠長期穩定運行。

Burning Analysis on Radial Bearing Bush of Lamp Tubular Hydro-Generator

XuGuoyan

(Harbin Electric Machinery Company Limited, Harbin 150040, China)

This paper describes secondary burning condition of radial bearing bush of a lamp tubular hydro-generator unit in a power station, analyzes reason of burning, and expounds the adopted maintenance measures. The manufacture, installation and maintenance of generator unit should be paid attention to ensure its long-term stable operation.

Lamp tubular hydro-generator；radial bearing bush；burn out

10.3969/J.ISSN.1008-7281.2016.06.13

TM303.5

B

1008-7281(2016)06-0040-004

許國彥 男 1963年生；畢業于哈爾濱電機廠職工大學機械制造工藝及設備專業，現從事水輪發電機組安裝技術指導工作.

2016-05-26