寶珠寺水力發(fā)電廠11F機(jī)組上導(dǎo)軸承瓦溫過(guò)高原因分析

趙 立 科

(華電四川寶珠寺水力發(fā)電廠，四川 廣元 628003)

1 概 述

寶珠寺水力發(fā)電廠位于四川省廣元市三堆鎮(zhèn)境內(nèi)，是白龍江干流域開(kāi)發(fā)的第二座水電站，地處白龍江下游，為壩后式廠房。寶珠寺電站具有不完全年調(diào)節(jié)能力，擔(dān)負(fù)著四川電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用的任務(wù)，電站裝有4臺(tái)單機(jī)容量為175 MW的半傘式水輪發(fā)電機(jī)組，型號(hào)為HLD89—LJ—500，水輪發(fā)電機(jī)組上導(dǎo)軸承裝有12塊巴氏合金軸瓦，并采用楔子板支撐方式，在上機(jī)架中心體設(shè)有8個(gè)箱式翅片管冷卻器，潤(rùn)滑油采用32號(hào)透平油。通過(guò)冷卻器內(nèi)循環(huán)的冷卻水降溫，散去軸頸和上導(dǎo)軸瓦摩擦所產(chǎn)生的熱量，機(jī)組運(yùn)行時(shí)，油盆內(nèi)必須有足夠的透平油才能保證上導(dǎo)瓦溫在允許的范圍內(nèi)。

2 機(jī)組運(yùn)行中上導(dǎo)軸承瓦溫過(guò)高

2016年10月，11F機(jī)組進(jìn)行小修。小修中對(duì)機(jī)組進(jìn)行了盤(pán)車(chē)、軸線調(diào)整和重新定中心等一系列工作。機(jī)組投運(yùn)后，各軸承擺度表現(xiàn)穩(wěn)定，推力、水導(dǎo)軸承瓦溫均無(wú)異常，上導(dǎo)方面除8號(hào)軸瓦較其他瓦溫高5 ℃，穩(wěn)定在52 ℃左右外，其余較均勻。之后，上導(dǎo)軸瓦運(yùn)行溫度呈緩慢上升趨勢(shì)。機(jī)組運(yùn)行1月后，上導(dǎo)軸瓦均出現(xiàn)機(jī)組運(yùn)行時(shí)溫度上升較快的現(xiàn)象，且穩(wěn)定時(shí)間增加至4 h，溫度曲線出現(xiàn)爬升趨勢(shì)且沒(méi)有穩(wěn)定跡象，最高的8號(hào)軸瓦溫度曾達(dá)到57.6 ℃，接近報(bào)警溫度(報(bào)警溫度為60 ℃)，隨后又下降至52.8 ℃。其他瓦溫以8號(hào)軸瓦為中心依次呈緩慢攀爬趨勢(shì)，嚴(yán)重威脅機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。2016年11F機(jī)組三大軸承最高瓦溫變化趨勢(shì)(圖1)。

圖1 2016年11F機(jī)組三大軸承最高瓦溫變化趨勢(shì)圖

通過(guò)圖1可以看出，推力、水導(dǎo)軸承瓦溫幾乎趨于平穩(wěn)，但是上導(dǎo)瓦溫自2016年10月后呈直線上升趨勢(shì)，至2016年12月底已接近60 ℃(報(bào)警溫度)。

3 引起上導(dǎo)軸承瓦溫過(guò)高的因素排查

立式機(jī)組中的導(dǎo)軸瓦，作用于軸頸，限制機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分徑向位移，使其在軸瓦限定的范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)。導(dǎo)軸瓦受到的力，主要來(lái)自機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的離心力，外加電磁拉力、水力不平衡等產(chǎn)生的其他力。軸承的冷卻功能沒(méi)有達(dá)到預(yù)期效果，造成發(fā)熱量高于散熱量，是引起上導(dǎo)軸承瓦溫升高的本質(zhì)原因。經(jīng)查看，11F機(jī)組上導(dǎo)、推力、水導(dǎo)軸承擺度曲線均在正常值范圍內(nèi)，并無(wú)異常升高或驟變趨勢(shì)，說(shuō)明機(jī)組軸線系統(tǒng)沒(méi)有問(wèn)題。參照上導(dǎo)軸承相關(guān)圖紙并結(jié)合上導(dǎo)軸瓦安裝特點(diǎn)，對(duì)可能引起上導(dǎo)軸承瓦溫過(guò)高的因素進(jìn)行初步分析。

3.1 排除上導(dǎo)軸承測(cè)溫元件故障因素

上導(dǎo)軸承每塊軸瓦頂部開(kāi)孔槽內(nèi)均裝設(shè)一只測(cè)溫傳感器，檢查每只溫度傳感器裝設(shè)牢固，并無(wú)把合螺栓松動(dòng)或開(kāi)線現(xiàn)象。為了排除測(cè)溫元件方面因素，拆卸并測(cè)量溫度傳感器電阻值符合要求并無(wú)漂移現(xiàn)象，檢查對(duì)應(yīng)線路信號(hào)正常，甚至更換檢驗(yàn)合格的溫度傳感器，開(kāi)機(jī)試驗(yàn)中上導(dǎo)軸承瓦溫依然過(guò)高。由此可以排除測(cè)溫元件誤報(bào)信號(hào)因素。

3.2 排除上導(dǎo)油槽潤(rùn)滑油因素

取上導(dǎo)油槽油樣進(jìn)行油質(zhì)化驗(yàn)，其各方面指標(biāo)均合格。檢查浮子式油位計(jì)油位在正常范圍內(nèi)，為排除浮子式油位計(jì)磁翻板發(fā)生卡澀導(dǎo)致油位假象，拆卸浮子式油位計(jì)檢查并無(wú)問(wèn)題。對(duì)上導(dǎo)油槽補(bǔ)油至高限位，開(kāi)機(jī)過(guò)程上導(dǎo)瓦溫依然過(guò)高。因此，潤(rùn)滑油方面問(wèn)題可以排除。

3.3 排除冷卻系統(tǒng)問(wèn)題

機(jī)組技術(shù)供水為蝸殼取水主用，壩前取水備用，經(jīng)減壓、過(guò)濾供水的方式。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，上導(dǎo)冷卻器進(jìn)、排水管水壓、流量、水溫均符合設(shè)計(jì)要求；拆卸冷卻器檢查銅管完好，并未出現(xiàn)結(jié)垢堵塞現(xiàn)象[2]；檢查并切換上導(dǎo)冷卻器正、反沖閥門(mén)，調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度趨于設(shè)計(jì)壓力上限，對(duì)冷卻器進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間反沖后進(jìn)行開(kāi)機(jī)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)上導(dǎo)瓦溫依然過(guò)高。故可以排除冷卻系統(tǒng)方面因素。

3.4 排除上導(dǎo)楔子板鎖緊螺栓松動(dòng)影響

鑒于電廠上導(dǎo)軸承采用楔子板支撐式結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)機(jī)組在運(yùn)行時(shí)軸瓦所受徑向力直接傳遞到楔子板，而楔子板會(huì)將抖動(dòng)沖擊力轉(zhuǎn)移在鎖緊螺栓。當(dāng)某塊軸瓦楔子板鎖緊螺栓松動(dòng)后，楔子板會(huì)下移并縮小一定的瓦隙值，造成某塊軸瓦間隙變小，引起瓦溫升高。通過(guò)檢查，上導(dǎo)軸承12塊軸瓦楔子板鎖緊螺栓均無(wú)松動(dòng)。

3.5 排除電磁拉力影響

測(cè)量定、轉(zhuǎn)子空氣間隙平均值：22.67 mm，正偏差：1.43 mm，正偏差率：6.3%；負(fù)偏差：-1.25 mm，負(fù)偏差率：-5.5%，滿足各間隙與平均間隙之差不超過(guò)平均間隙值±10%的設(shè)計(jì)要求；測(cè)量機(jī)端出口A、B、C三相電流均衡，大軸接地碳刷牢靠，并未檢測(cè)到很強(qiáng)的負(fù)序、零序電流。而即便存在電磁拉力影響，也必然會(huì)在機(jī)組擺度方面有所體現(xiàn)。因此，可排除電磁拉力方面的影響。

4 設(shè)備結(jié)構(gòu)檢查與處理

通過(guò)上述分析可以判斷:引起11F機(jī)組上導(dǎo)軸承瓦溫過(guò)高的主要原因可能出現(xiàn)在上導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)本身。因此，在負(fù)荷低谷時(shí)段對(duì)11F機(jī)組上導(dǎo)軸承進(jìn)行拆解檢查，結(jié)合上導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)示意圖(圖2)。

4.1 拆解檢查

做好標(biāo)記后，便開(kāi)始進(jìn)行上導(dǎo)軸承各部件的拆解工作。取出上導(dǎo)軸承楔子板，檢查其表面有局部磨損，可能會(huì)造成軸承瓦隙變化；將上導(dǎo)軸承12塊軸瓦全部抽出，檢查上導(dǎo)軸瓦瓦面完好，挑花分布均勻，無(wú)密集高點(diǎn)、磨損等缺陷；用1 kV搖表逐個(gè)測(cè)量上導(dǎo)軸瓦絕緣值均不低于100 MΩ；檢查支撐墊塊，發(fā)現(xiàn)以8號(hào)墊塊為中心的多個(gè)墊塊與球頭接觸部位U型凸臺(tái)處有磨損。通過(guò)測(cè)量：凸臺(tái)磨損度達(dá)2～3 mm深，隨機(jī)組旋轉(zhuǎn)方向磨損量達(dá)2 mm，甚至部分支撐墊塊凸臺(tái)處已磨出坡度(圖3)。

圖2 上導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 支撐墊塊U型凸臺(tái)處磨損

4.2 測(cè)量分析

針對(duì)支撐墊塊磨損現(xiàn)象，對(duì)墊塊有效尺寸進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)該墊塊為原設(shè)計(jì)尺寸。配合設(shè)備廠家技術(shù)人員進(jìn)行分析和研究，確定造成機(jī)組運(yùn)行中上導(dǎo)軸承瓦溫升高的根本原因在于:楔子板安裝后球頭陷入墊塊U型凸臺(tái)的距離僅2 mm，軸瓦在機(jī)組旋轉(zhuǎn)過(guò)程中靠這2 mm的凸臺(tái)限位。運(yùn)行時(shí)間一長(zhǎng)，凸臺(tái)磨損變形，軸瓦便隨機(jī)組旋轉(zhuǎn)方向有位移趨勢(shì)，造成機(jī)組運(yùn)行中瓦隙有變小趨勢(shì)，導(dǎo)致瓦溫升高。在咨詢廠家后決定，在支撐墊塊U型凸臺(tái)部位做加厚5 mm改進(jìn)處理，以保證所需的機(jī)械強(qiáng)度，見(jiàn)圖4。

圖4 墊塊U型凸臺(tái)加厚5 mm

4.3 處理措施

針對(duì)上導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)部件在拆解過(guò)程中檢查出的問(wèn)題，進(jìn)行了針對(duì)性的研究，并做出以下處理：

(1)支撐墊塊更換。排出上導(dǎo)油槽透平油，將油槽內(nèi)余油擦拭干凈，對(duì)上導(dǎo)軸頸和冷卻器孔洞用無(wú)紡布、石棉布進(jìn)行防護(hù)，然后對(duì)支撐墊塊用碳弧氣刨進(jìn)行刨除，用砂輪機(jī)將疤痕打磨平整。檢查并打磨處理凸臺(tái)加厚5 mm的新墊塊，新墊塊在回裝前與楔子板進(jìn)行間隙配合并與之前墊塊位置進(jìn)行核對(duì)，用水平儀調(diào)整其水平度不高于0.02 mm/m，檢查墊塊與機(jī)架支撐貼合無(wú)間隙，并用0.05 mm塞尺檢查其貼合程度，最后對(duì)墊塊對(duì)稱(chēng)焊接牢固并清除焊渣。

(2)上導(dǎo)楔子板更換。由于楔子板出現(xiàn)磨損，因此，對(duì)上導(dǎo)楔子板全部更換。回裝前，對(duì)新楔子板與新墊塊做間隙配合并用油石研磨使其與墊塊間接觸點(diǎn)在75%以上。研磨合格后，在對(duì)應(yīng)的楔子板與墊塊上打鋼字碼編號(hào)，并與每塊軸瓦編號(hào)一一對(duì)應(yīng)。

(3)支柱球頭更換。將上導(dǎo)軸瓦、楔子板放進(jìn)油槽后，通過(guò)測(cè)量楔子板腰子孔中心線與楔子板鎖緊螺孔距離確定新球頭加工尺寸。最后，對(duì)每個(gè)支柱球頭按計(jì)算的尺寸進(jìn)行厚度車(chē)削加工，回裝后檢查球面頂頭與楔子板尺寸配合良好，楔子板鎖緊螺栓大致在其腰子孔槽口中間部位。

(4)上導(dǎo)軸瓦間隙調(diào)整。在所有部件更換、處理完畢且油槽清理干凈后，開(kāi)始上導(dǎo)軸瓦間隙調(diào)整工作。測(cè)量±X、±Y處上導(dǎo)軸距，參考上次檢修時(shí)上導(dǎo)軸距并通過(guò)上導(dǎo)軸瓦進(jìn)行推軸，用高壓油泵頂轉(zhuǎn)子后松開(kāi)抱軸軸瓦，復(fù)測(cè)軸距與上次檢修時(shí)軸距記錄值誤差不高于0.02 mm，用對(duì)稱(chēng)四塊瓦將軸抱緊，依次調(diào)整上導(dǎo)軸瓦單邊間隙為0.30 mm，并上緊楔子板鎖緊螺栓。

5 上導(dǎo)軸承處理后的效果

上導(dǎo)軸承各部件處理、改進(jìn)后，開(kāi)機(jī)試驗(yàn)效果甚佳。通過(guò)幾個(gè)月開(kāi)機(jī)運(yùn)行，上導(dǎo)軸承瓦溫穩(wěn)定在44 ℃左右，上導(dǎo)擺度穩(wěn)定在200 um左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)上限值。推力、水導(dǎo)軸承溫度、擺度數(shù)值優(yōu)良。投運(yùn)1年來(lái)，觀察上導(dǎo)各軸瓦溫度并無(wú)攀升趨勢(shì)。至此，上導(dǎo)軸承瓦溫過(guò)高影響機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行的問(wèn)題得到了根本解決。2017年11F機(jī)組上導(dǎo)軸承處理后三大軸承最高瓦溫曲線，見(jiàn)圖5 。

圖5 2017年上導(dǎo)處理后三大軸承最高瓦溫曲線圖

6 結(jié) 語(yǔ)

筆者針對(duì)寶珠寺電廠11F機(jī)組上導(dǎo)軸承在機(jī)組運(yùn)行中瓦溫過(guò)高，無(wú)法保證機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行的問(wèn)題剖析造成上導(dǎo)軸承瓦溫過(guò)高的原因并制定相應(yīng)的措施進(jìn)行處理。再結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，對(duì)上導(dǎo)軸承各部件進(jìn)行更換、改進(jìn)，使球頭與上導(dǎo)支撐墊塊凸臺(tái)搭接量滿足一定機(jī)械強(qiáng)度。經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)，設(shè)備運(yùn)行工況得到較好改善，確保了機(jī)組安全、可靠運(yùn)行。當(dāng)前，混流式機(jī)組不乏此類(lèi)型結(jié)構(gòu)導(dǎo)軸承，亦會(huì)出現(xiàn)類(lèi)似問(wèn)題，故其他電廠出現(xiàn)類(lèi)似缺陷時(shí)可以參考借鑒。