寶珠寺水力發(fā)電廠11F機組上導(dǎo)軸承瓦溫過高原因分析

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臺單機容量為175 MW的半傘式水輪發(fā)電機組，型號為HLD89—LJ—500，水輪發(fā)電機組上導(dǎo)軸承裝有12塊巴氏合金軸瓦，并采用楔子板支撐方式，在上機架中心體設(shè)有8個箱式翅片管冷卻器，潤滑油采用32號透平油。通過冷卻器內(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，機組運行時，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 機組運行中上導(dǎo)軸承瓦溫過高

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

圖1 2016年11F機組三大軸承最高瓦溫變化趨勢圖

通過圖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，至2016年12月底已接近60 ℃(報警溫度)。

3 引起上導(dǎo)軸承瓦溫過高的因素排查

立式機組中的導(dǎo)軸瓦，作用于軸頸，限制機組轉(zhuǎn)動部分徑向位移，使其在軸瓦限定的范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)。導(dǎo)軸瓦受到的力，主要來自機組轉(zhuǎn)動時產(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。軸承的冷卻功能沒有達到預(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)，并無異常升高或驟變趨勢，說明機組軸線系統(tǒng)沒有問題。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，對可能引起上導(dǎo)軸承瓦溫過高的因素進行初步分析。

3.1 排除上導(dǎo)軸承測溫元件故障因素

上導(dǎo)軸承每塊軸瓦頂部開孔槽內(nèi)均裝設(shè)一只測溫傳感器，檢查每只溫度傳感器裝設(shè)牢固，并無把合螺栓松動或開線現(xiàn)象。為了排除測溫元件方面因素，拆卸并測量溫度傳感器電阻值符合要求并無漂移現(xiàn)象，檢查對應(yīng)線路信號正常，甚至更換檢驗合格的溫度傳感器，開機試驗中上導(dǎo)軸承瓦溫依然過高。由此可以排除測溫元件誤報信號因素。

3.2 排除上導(dǎo)油槽潤滑油因素

取上導(dǎo)油槽油樣進行油質(zhì)化驗，其各方面指標(biāo)均合格。檢查浮子式油位計油位在正常范圍內(nèi)，為排除浮子式油位計磁翻板發(fā)生卡澀導(dǎo)致油位假象，拆卸浮子式油位計檢查并無問題。對上導(dǎo)油槽補油至高限位，開機過程上導(dǎo)瓦溫依然過高。因此，潤滑油方面問題可以排除。

3.3 排除冷卻系統(tǒng)問題

機組技術(shù)供水為蝸殼取水主用，壩前取水備用，經(jīng)減壓、過濾供水的方式。經(jīng)現(xiàn)場檢查，上導(dǎo)冷卻器進、排水管水壓、流量、水溫均符合設(shè)計要求；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，調(diào)節(jié)閥門開度趨于設(shè)計壓力上限，對冷卻器進行長時間反沖后進行開機試驗，發(fā)現(xiàn)上導(dǎo)瓦溫依然過高。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)機組在運行時軸瓦所受徑向力直接傳遞到楔子板，而楔子板會將抖動沖擊力轉(zhuǎn)移在鎖緊螺栓。當(dāng)某塊軸瓦楔子板鎖緊螺栓松動后，楔子板會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。通過檢查，上導(dǎo)軸承12塊軸瓦楔子板鎖緊螺栓均無松動。

3.5 排除電磁拉力影響

測量定、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%；負偏差：-1.25 mm，負偏差率：-5.5%，滿足各間隙與平均間隙之差不超過平均間隙值±10%的設(shè)計要求；測量機端出口A、B、C三相電流均衡，大軸接地碳刷牢靠，并未檢測到很強的負序、零序電流。而即便存在電磁拉力影響，也必然會在機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

通過上述分析可以判斷:引起11F機組上導(dǎo)軸承瓦溫過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，在負荷低谷時段對11F機組上導(dǎo)軸承進行拆解檢查，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，便開始進行上導(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，無密集高點、磨損等缺陷；用1 kV搖表逐個測量上導(dǎo)軸瓦絕緣值均不低于100 MΩ；檢查支撐墊塊，發(fā)現(xiàn)以8號墊塊為中心的多個墊塊與球頭接觸部位U型凸臺處有磨損。通過測量：凸臺磨損度達2～3 mm深，隨機組旋轉(zhuǎn)方向磨損量達2 mm，甚至部分支撐墊塊凸臺處已磨出坡度(圖3)。

圖2 上導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 支撐墊塊U型凸臺處磨損

4.2 測量分析

針對支撐墊塊磨損現(xiàn)象，對墊塊有效尺寸進行測量，發(fā)現(xiàn)該墊塊為原設(shè)計尺寸。配合設(shè)備廠家技術(shù)人員進行分析和研究，確定造成機組運行中上導(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型凸臺的距離僅2 mm，軸瓦在機組旋轉(zhuǎn)過程中靠這2 mm的凸臺限位。運行時間一長，凸臺磨損變形，軸瓦便隨機組旋轉(zhuǎn)方向有位移趨勢，造成機組運行中瓦隙有變小趨勢，導(dǎo)致瓦溫升高。在咨詢廠家后決定，在支撐墊塊U型凸臺部位做加厚5 mm改進處理，以保證所需的機械強度，見圖4。

圖4 墊塊U型凸臺加厚5 mm

4.3 處理措施

針對上導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)部件在拆解過程中檢查出的問題，進行了針對性的研究，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，對上導(dǎo)軸頸和冷卻器孔洞用無紡布、石棉布進行防護，然后對支撐墊塊用碳弧氣刨進行刨除，用砂輪機將疤痕打磨平整。檢查并打磨處理凸臺加厚5 mm的新墊塊，新墊塊在回裝前與楔子板進行間隙配合并與之前墊塊位置進行核對，用水平儀調(diào)整其水平度不高于0.02 mm/m，檢查墊塊與機架支撐貼合無間隙，并用0.05 mm塞尺檢查其貼合程度，最后對墊塊對稱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，對上導(dǎo)楔子板全部更換?；匮b前，對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在75%以上。研磨合格后，在對應(yīng)的楔子板與墊塊上打鋼字碼編號，并與每塊軸瓦編號一一對應(yīng)。

(3)支柱球頭更換。將上導(dǎo)軸瓦、楔子板放進油槽后，通過測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，對每個支柱球頭按計算的尺寸進行厚度車削加工，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，開始上導(dǎo)軸瓦間隙調(diào)整工作。測量±X、±Y處上導(dǎo)軸距，參考上次檢修時上導(dǎo)軸距并通過上導(dǎo)軸瓦進行推軸，用高壓油泵頂轉(zhuǎn)子后松開抱軸軸瓦，復(fù)測軸距與上次檢修時軸距記錄值誤差不高于0.02 mm，用對稱四塊瓦將軸抱緊，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、改進后，開機試驗效果甚佳。通過幾個月開機運行，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，遠遠低于設(shè)計上限值。推力、水導(dǎo)軸承溫度、擺度數(shù)值優(yōu)良。投運1年來，觀察上導(dǎo)各軸瓦溫度并無攀升趨勢。至此，上導(dǎo)軸承瓦溫過高影響機組安全、穩(wěn)定運行的問題得到了根本解決。2017年11F機組上導(dǎo)軸承處理后三大軸承最高瓦溫曲線，見圖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

筆者針對寶珠寺電廠11F機組上導(dǎo)軸承在機組運行中瓦溫過高，無法保證機組安全、穩(wěn)定運行的問題剖析造成上導(dǎo)軸承瓦溫過高的原因并制定相應(yīng)的措施進行處理。再結(jié)合現(xiàn)場實際，對上導(dǎo)軸承各部件進行更換、改進，使球頭與上導(dǎo)支撐墊塊凸臺搭接量滿足一定機械強度。經(jīng)過實踐檢驗，設(shè)備運行工況得到較好改善，確保了機組安全、可靠運行。當(dāng)前，混流式機組不乏此類型結(jié)構(gòu)導(dǎo)軸承，亦會出現(xiàn)類似問題，故其他電廠出現(xiàn)類似缺陷時可以參考借鑒。