潭头水电站上导轴承异响原因分析及处理

郑鹏南

（中电（福建）电力工程有限公司 南平市 353001）

潭头水电站位于福建省福安市潭头镇东昆村溪中游河段，是福安市地区东溪河段规划四个梯级的第三级电站，电站为引水式电站，水电站内装两台单机容量15MW立式轴流转浆式水轮发电机组，总装机容量为30MW。

发电机型号为SF15-36/5500，水轮机型号为ZZ660-LH-360，最高水头为19m，最低水头为16 m，吸出高程为-3.5m，生产厂家为南宁发电设备总厂，安装单位为中国水利水电十六局。

1 事件简述及原因分析

2011年12月至2012年1月由中电 （福建）电力工程有限公司承接该电站2#机安装后首次大修，2012年9月至10月由中国水利水电十六局承接1#机组进行安装后首次大修。2013年7月，电站方反映2#机组运行时上导轴承处有异常响声，并邀请了笔者一同对该事件展开调查。

事件调查时，分别进行1#、2#机开机、带负荷、停机等工况试验，调查人员站在上机架处，可听到1#、2#机组在启动时及带5000kW以下负荷时，上导或推力轴承处有连续的咔嗒声（异音），机组带5000kW负荷以上时，异音渐小直至耳朵无法分辨是否有声响。但原本电站方认为没有异音的1#机，也出现类似异音情况，且1#机组处的异音较2#机大，因此电站方邀请中国水利水电十六局技术人员一同参与调查。

（1）异常响声来源部位分析。

首先，从笔者拍摄的2#机上导瓦的磨损情况照片（图1）分析，可看出上导瓦发生了异常磨损，查看下导瓦磨损情况，磨损情况也类似。该电站机组发电机型式为悬吊式，上导轴承与推力轴承共用一个油槽。由于推力轴承（镜板、推力瓦等）位于油槽的下部，浸在油中，如果发出声音应该较沉闷，而现场听到的声音较清脆，所以推测音源来自上导轴承处。而下导轴承因位于转子下方，机组运行时因下机架与发电机下盖板间空间狭小，工作人员无法安全进入检查，所以即使有异音也没人能听到。

图1 上导瓦磨损情况

（2）导瓦产生异常磨损的原因分析。

该发电机导瓦瓦面与轴领（滑转子）为同心圆，上导、下导设计总间隙均为0.30mm。

一般地，对于分块的导轴瓦，在导瓦的上方都装有上压板，以限制导瓦的轴向移动，根据《水轮发电机组推力轴承、导轴承安装调整工艺导则》（SD288-88）第11.3.11条规定：(分块瓦安装后)安装上压板，检查其与导瓦的间隙应符合设计要求，一般为（0.3～0.5）mm，不合格时允许加垫调整，但其垫片必须通过螺孔。

中电电力工程有限公司曾检修的福建松溪前进水电站机组，同是南宁发电设备总厂生产的机组，其水轮发电机结构型式相同，上导瓦也安装有上压板，每块瓦两侧各装有一块压板。查看随机图纸，发现发电机总装配图中导瓦是设计为有上压板的，上机架、下机架装配图中，导瓦却没有上压板，不能不说设计者、生产厂家工作不够严谨。

导瓦正常磨损应该是瓦面各处磨损均匀，而从照片来看，磨损显然是不均匀的。各瓦磨损的主要特征有：导瓦的上半部分比下半部分磨损更严重。第一象限磨损最严重，且出油边与顶边角点最严重。第三象限磨损最轻微，且进油边与底边角点最轻微。

为什么导瓦的上半部分比下半部分磨损更严重？从图2可以看出，导瓦的下托板仅支撑着瓦背底边的一小部分，瓦的重心的垂线没有落在下托板这个支撑面上，属于物理上的不稳定平衡结构，导瓦有向主轴侧倾倒的趋势，这是导瓦上半部分比下半部分磨损更严重的原因。

图2 下托板与瓦的支撑状态

为什么会出现第一象限磨损最严重，且出油边与顶边角点（图示右上角点）最严重；第三象限磨损最轻微，且进油边与底边角点（图示左下角点）最轻微的现象呢？

让我们先熟悉下轴承内甩油、轴承外甩油、推力轴承冷却油内循环这三个概念及原理吧。

轴承内甩油：油质通过旋转部件内壁与挡油管之间，甩向发电机内部，称为内甩油。内甩油的原因是机组在运行时，由于转子旋转鼓风，使推力头或导轴承滑转子内下侧至油面之间，容易形成局部负压，把油面吸高或涌溢，而甩溅到电机内部，形成内甩油。

轴承外甩油：油质通过旋转部件与盖板缝隙甩向盖板外部，称为外甩油，机组运行中，推力头和镜板外壁将带动粘滞的油运动，使油面因离心力作用向油槽外壁涌高、飞溅或搅动，易使油珠或油雾从油槽盖板缝隙处逸出，形成外甩油。

推力轴承冷却油内循环：所谓内循环，就是将油冷却器和推力轴承装在同一个油槽内，借推力头与镜板旋转的粘滞泵作用和冷热油的对流作用形成循环油路。

潭头机组推力头有两排油孔，其中上油孔是防止产生内甩油钻的稳压孔，它能使轴领里外通气平压，防止轴领内部负压而使油面吸高甩油。下油孔与上导瓦中部油沟相对（下导轴承结构类似）。根据内甩油、外甩油的原理，下油孔在机组转动时，则向导瓦喷油，这种喷油可以使导瓦与轴间建立油膜，并使导瓦产生径向移动趋势。

机组在转动时，附在轴领上的油有粘滞性、轴与瓦间的摩擦力、轴转动时的旋转动力等力都可以使导瓦发生沿旋转方向偏转的趋势。由于潭头机组发电机导瓦没有安装上压板，因此导瓦可能沿旋转方向偏转，假设某块导瓦发生了偏转，可认为是出油边底部仍落在导瓦下托板上，即发生沿出油边底边的旋转，进油边底边将抬起，离开下托板；此时导瓦的水平中心线（油沟）将不再水平，在下油孔与进油边相交至导瓦垂直中心线（进油边至瓦背支柱螺栓）这一段距离，由于导瓦下部所受径向力更大，导瓦将发生扭转，使得进油边下部离主轴距离大，出油边上部与主轴发生相碰发生摩擦；下油孔过导瓦垂直中心线后，情况相反，如果由于下油孔喷油及导瓦的自重导瓦回落，导瓦回落后，导瓦底面与下托板相接触面积大，摩擦力大，下油孔的油流无法推动导瓦产生扭转。由于导瓦的偏转及回落，瓦与下托板发生撞击发出异响。

（3）机组带5000kW负荷以下时异音更大的原因分析。

在机组检修前电站方就反映机组负荷在（3000～ 10000）kW区间存在振动及噪音偏大的缺陷，笔者分析主要与水力方面有关，这里不再详述。

机组运行后，如果没有不平衡的外力作用，轴线运行可与盘车时相同，但是，机组实际运行后，转动部分的受力状态与盘车时完全不同，有水力、电磁力、离心力、轴承约束力等的作用，这些力都或多或少存在不平衡。在这种有一定变化规律的不平衡力的作用和轴线不正的情况下，转动部分就会相对旋转中心发生量值大小及方向连续不断交替变化的现象，即发生振动。

也就是说轴的静态摆度与运行摆度是性质不一样的，机组因工况不同，轴的运行摆度也不同，所以轴使导瓦发生偏转的力也不同，在运行摆度大时，使导瓦发生偏转的可能更大些，所以产生的异音更大，该机修后带5000kW以上负荷时，机组振动明显减小，运行摆度也相应减小，导瓦发生偏转的可能性随着减小，异音也相应减小。

事件调查小组在听取笔者以上分析意见后，表示赞同。中国水利水电十六局技术人员也表示：他们安装过的机组中，导瓦都有安装上压板；该两台机在安装后不久进行的小修即发现导瓦异常磨损，情形与笔者提供的照片类似。

至于以前没有人听到上导的异常响声，主要是因为这种异音并不太响，需要离上机架很近专心地听才能听得到，正如1#机的异音一样，只有仔细听才能听到，所以导瓦的异常磨损及异音与机组大修无关，而是与没有安装导瓦上压板有关。

2 制定措施及实施

笔者建议潭头水电站机组上导、下导瓦均应安装上压板。

电站方将此建议反馈给生产厂家，厂家起初表示不需要安装上压板，但原因解释过于牵强，事件调查小组均表示无法苟同厂家意见，电站方决定采取安装上压板的建议。

2013年9月，潭头水电站1#机组小修，由中国水利水电十六局承接，小修时在上导瓦处安装了上压板（下导没有安装），机组开机运行后，上导处异音消失，在取得了此效果后，2013年10月，又进行了2#机组小修，仍为中国水利水电十六局承接，在上导瓦处安装上压板（下导没有安装），机组运行后，异音同样消失。

3 结 语

针对潭头水电站机组运行时上导轴承处有异常响声进行排查。首先根据上导瓦受磨损，推测异常响声来自上导轴承处。其次通过查工艺导则、对比同型号机组安装情况，以及观察到上导瓦右上角磨损最严重、其相对的左下角磨损最轻微等，进一步论证因安装时上导瓦没有加上压板，导致大轴转动时带动上导瓦偏转及回落，瓦与下托板发生撞击发出异常响声。结合机组小修，在上导瓦处安装上压板后，异常响声消失。

[1]黄景湖.准确把握水电机组“摆度”的涵义[J].水电站机电技术，2004，（1）.

[2]刘文清.最新水利水电机电组安装工程施工工艺与技术标准实用手册[M].合肥：安徽文化音像出版社,2004.