臥式水輪發電機軸承溫度高的原因及處理

黃國敏

摘要：水輪發電機組軸承溫度高一直是困擾水電站安全運行的一大問題，輕則減少發電出力，重則造成軸承燒瓦，造成發電機軸承溫度高的原因較多，基于此，從水輪發電機軸承系統分析溫度高的原因，對癥下藥，避免盲目處理。

關鍵詞：水輪發電機;軸承;溫度;處理方法

臥式水輪發電機組在運行中，保持軸瓦溫度在允許的范圍以內，是電站安全運行的保證。一臺機組在安裝完成投入正常運行以后，軸瓦溫度一般應無較大的變化。如果由于季節原因引起外界溫度發生較大變化，軸瓦溫度上升或下降幾度，這是正常的。如在外界溫度變化不大時，軸瓦溫度上升3℃～5℃，就應當查找原因。引起軸瓦溫度升高的原因較多，筆者根據水電站多年來運行經驗，大致有以下幾個方面引起。

1.水輪發電機軸承系統工作原理分析

臥式水輪發電機軸承一般都有推力軸承和徑向軸承，一套完整的軸承可將其分為三大系統，即軸瓦系統、油循環系統、冷卻系統。軸瓦系統滑動摩擦產生熱量，油循環系統起著熱移動的作用，冷卻系統起著熱交換的作用，其工作過程如下，發電機轉子轉動時，轉軸軸頸或推力盤與軸瓦或推力瓦塊摩擦產生的熱量，被潤滑油帶走，熱油通過冷卻器進行熱交換將熱量帶走，這樣不斷循環，使軸承保持在一定的溫度內，以上任何一個系統出現問題，將導致軸承溫度升高，因此軸承溫度升高，需從以上三個方面進行檢查，找出真正的原因，從而解決軸承溫度過高的問題。

2.軸承各系統的結構及作用分析

2.1軸瓦結構分析

軸瓦是水輪發電機組滑動摩擦的重要部件，其主要由基座及巴氏合金面組成，巴氏合金是具有減摩特性的錫基和鉛基軸承合金，特點是，在軟相基體上均勻分布著硬相質點，軟相基體使巴氏合金具有非常好的嵌藏性、順應性和抗咬合性，并在磨合后，軟基體內凹，硬質點外凸，使滑動面之間形成微小間隙，成為貯油空間和潤滑油通道，利于減摩;上凸的硬質點起支承作用，有利于承載。當主軸隨機組高速運轉時，軸承合金瓦面與主軸間將產生5絲左右的油膜，隨著機組運轉，油膜的熱油不斷被新入的經過冷卻的冷油接替，這樣就帶走軸承運行磨擦而產生的大部分熱量，從而使瓦溫保持在一定范圍內。

2.2油循環系統分析

臥式水輪發電機組軸承一般都分成上下兩個油腔，上油腔內有軸瓦、推力盤、油罩等，軸承摩擦產生的熱量經透平油介質聚集在此，屬于熱油腔。下油腔裝有冷卻器，屬于冷油腔，上下油腔有兩個通道可以相連，上油腔熱油通過重力流到下油腔，下油腔油依靠推力盤及油罩組成的較為密閉的結構，轉子轉動時，由推力盤帶動潤滑油流動形成一定的負壓，使下油腔的冷油進入摩擦面，冷油通過摩擦面后再變成熱油，再流到下油腔進行冷卻，如此不斷循環，從而保證整個軸承溫度穩定。油循環系統在運行中必須保持循環過程順暢，循環不順暢將導致瓦溫異常。

2.3油冷卻系統分析

油冷卻系統主要由冷卻器及冷卻水管組成，冷卻器是進行熱交換的設備，對于內循環冷卻器，冷卻器一般安裝在軸承的下部，大部分做成抽屜式，由端蓋、散熱銅管、擋板等組成，不同的軸承需配相對應的冷卻器，冷卻器冷卻容量與機組容量及軸承的大小有關，其性能的好壞也決定整個發電機軸承的溫度高低，正常情況下，冷卻器流體總是走阻力最小路徑。因此，冷卻器散熱管外部要配合軸承結構設幾道擋板，讓熱油大部分要從徑向通過冷卻器的散熱管，才能充分發揮冷卻器的效率，以達到最佳的冷卻效果。

3.引起軸承溫度高的原因分析及處理方法

從以上三大系統結構分析，軸承溫度異常，都與軸承的三大系統不正常運行有著密切的聯系，以下從幾個案例分析軸承溫度高原因及處理方法。

3.1軸瓦系統原因

軸瓦系統是軸承發熱的熱源，主要是軸瓦及推力瓦塊的研刮及調整，如果軸瓦研刮質量不合格或調整不當，機組運轉后破壞油膜的形成，導致摩擦產生的熱量過多，必將引起軸承溫度過高。因此嚴格按照規程要求進行軸瓦的研刮和調整，是保證軸瓦正常運行的首要因素。在進行水輪發電機組檢修或更換新的軸瓦時，首先必須對軸瓦進行研刮，保證瓦面接觸點符合要求，其次，軸瓦間隙必須調整合適，臥式機組的軸瓦間隙有側間隙、頂間隙和軸向間隙三種。如側間隙過小，進油邊進油口間隙過渡不當，不易形成楔形進油，使潤滑油量減少，油膜變薄，軸瓦溫度就會升高。如果頂間隙調的過大或過小，會引起主軸振動不利于油的循環，瓦溫要升高。

在軸瓦系統方面，有一個容易被忽略的因素，那就是軸電流的形成引起的軸承溫度異常，這主要是存在于沒有軸接地碳刷的機組當中，軸電流的產生是由于轉軸的磁化效應，軸轉動時切割磁場，產生軸電壓，當電壓足夠高時造成油膜破裂擊穿，產生軸電流，把軸頸和軸瓦燒壞，破壞油膜的形成，造成干摩擦，發熱量增加，直到燒壞軸瓦。筆者所在公司有一座水電站，發電機容量3*500kW，三臺發電機組軸承常年在高溫度下運行，特別是在機組帶上負荷運行后，軸承溫度上升很快，帶滿負荷后軸承溫度基本已達到臨界狀態，曾經請多家檢修單位進行處理，均沒有效果，后經仔細檢查瓦面及油質，并測量絕緣電阻，最終確定為軸電流引起瓦溫異常，在大軸加裝了接地碳刷后故障消除，軸承溫度恢復正常，解決了困擾多年的問題。

3.2油循環系統方面原因

油循環系統方面原因首先是推力盤設計不合理，推力盤甩油量不夠。筆者單位有一水電站，在進行增效擴容改造后，水輪發電機生產廠家把低轉速機組當做高速機組設計，造成甩油不足，軸承溫度偏高。其次是油循環不暢，導致油循環不暢的原因，主要推力盤與回油罩及油管密封不嚴，沒有形成負壓，或負壓過小，導致循環油量過少，冷熱油未能充分循環，或只有在熱油腔進行循環，熱油未經冷卻，這樣最終導致溫度不斷地上升。1994年，筆者所在電站有一臺水輪發電機，容量為1600 kW，當時是檢修完成后，試運行時軸承溫度過高無法運行，當時都以為主要原因是軸瓦系統的問題，曾多次對軸瓦進行研刮和調整，但都在空轉運行時溫度就過高了，也有多家檢修單位對軸瓦進行進行處理，都無功而返，后來經過對軸承系統結構進行認真分析檢查，發現回油罩與下油腔連接的進油管，由于螺栓的松動，使回油罩與進油管脫落，冷熱油無法進行循環，導致下油腔冷油無法進入軸瓦，經過擰緊螺栓并密封好后，開機運行軸承溫度正常。第三，油循環系統方面還有一個原因是軸承油位過高。軸承油位過高，再加上密封不好，上油腔熱油混入推力盤及回油罩組成的循環系統，也就是油只在上油腔內循環，相當于將熱油進行循環，最終導致軸承溫度上升。因此，軸承油位要保證在其生產廠家況明書規定的范圍內，不是越多越好。

3.3油冷卻系統方面的原因

油冷卻系統在軸承結構中擔負著熱交換的作用，軸承滑動摩擦產生的熱量需要冷卻器熱交換把熱量帶走，從而使軸承熱交換達到一個平衡，也就是將其控制在一定的溫度范圍內，如果這種平衡被破壞，就導致溫度上升。例如，軸瓦系統產生的熱量為正常發熱量，但是由于冷卻系統由于某種原因，造成冷卻效果不良，必將導致整個軸承溫度的上升。影響冷卻系統冷卻效果一般有以下方面的原因，一是冷卻器散熱管堵塞，使得散熱面積變小，在發熱量不變的情況下，必將引起溫度的上升。二是冷卻器散熱管結有水垢，造成導熱系數變小，導致熱交換效率下降。這種情況普遍存在于運行多年的水電站中，而且未被重視，檢修時只是簡單的疏通或沖洗，冷卻效果大打折扣，所以對于有水垢的散熱管必須進行酸洗處理。三是部分經過改造更換銅管后的冷卻器，未按原位置放擋板，或擋板放置位置不對，造成回油路徑堵塞，或回油路徑過短，沒有充分發揮冷卻效率。四是冷卻水壓力過低，流量不足。

4結語

綜上所述，臥式水輪發電機軸承系統的穩定性是機組安全運行的重要保證，軸瓦結構、油循環系統或油冷卻系統出現異常，都會導致正常運行的機組事故停機或燒瓦等，當出現軸承溫度異常時，要從以上三大系統中進行仔細的研判，找準問題的根源，對癥下藥，避免盲目處理。

參考文獻

[1]陸世銀.臥式水輪發電機組燒瓦原因及處理措施[J].江西水利科技，2014（02）：141-145.