灯泡贯流式水轮发电机径向轴承瓦烧损分析

许国彦

(哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨150040)



灯泡贯流式水轮发电机径向轴承瓦烧损分析

许国彦

(哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨150040)

根据某电站灯泡贯流式水轮发电机组径向轴承瓦发生二次烧损的情况进行了叙述，并对存在的因素进行了分析，阐述了相应采取的检修措施；在机组制造、安装和检修方面应引起重视，以确保机组能够长期稳定运行。

灯泡贯流式水轮发电机；径向轴承瓦；烧损

0 引言

灯泡贯流式水轮发电机组目前被广泛应用于低水头水电站。由于大多数灯泡贯流式水轮发电机组的转动部分采用卧轴悬臂两点支撑的结构，发电机径向轴承同水导轴承的安装、运行和检修质量将直接影响到机组发电的效益。个别电站曾出现发电机径向瓦烧损的事故，以下就国内某电站同一台灯泡贯流式水轮发电机组发生二次发电机径向轴承瓦烧损的过程进行叙述，并对导致径向轴承瓦烧损的因素进行分析。

1 发电机径向轴承结构

发电机径向轴承与水轮机水导轴承作为两支撑点共同承担机组转动部分的重量和径向动不平衡力，径向轴承与推力轴承构成组合轴承，径向轴承结构如图1所示，径向瓦以间隙配合镶嵌在轴承体内，并通过定位销和挡板相对固定于轴承体，轴承体通过球面间隙配合安装于反推力座内并可以微量转动，反推力座以间隙配合安装定位在轴承支架内，轴承支架固定支撑在内管型座发电机侧端面。

图1 发电机径向轴承结构

2 轴承瓦烧损原因分析

2.1 第一次烧损径向轴承瓦

径向轴承瓦烧损过程：该台机组安装后经过72h试运行，已投入商业运行1个月时间；由于电网突然中断致使电站开关站自动跳闸，两台运行机组均甩负荷停机，此时厂用交流电消失；在电网恢复后各机组重新开机启动，第一台恢复正常发电运行，第二台启动后径向轴承瓦温度升高至80℃，超过设定的径向瓦温报警值65℃及停机值70℃，该台机组事故停机。

径向瓦烧损状况：径向瓦与主轴之间存在一些约10mm宽的钨金屑片，径向瓦下瓣工作面基本全部烧损，瓦工作面呈沟痕状，三个高压油室和油孔被熔化的钨金屑填塞，见图2。在出油边的边缘呈黑褐色熔化痕迹，见图3。在径向瓦进油边堆积插塞状钨金屑片，见图4。

图2 径向瓦下瓣

图3 径向瓦下瓣出油边

图4 在径向瓦烧损进油边形成的插塞状钨金屑片

原因分析：机组关机程序为当机组转速低于90%额定转速时，高压油装置自动投入顶起主轴；而实际停机过程中无厂用交流电不能启动高压油装置，没有高压油顶主轴，第二台机组已安装分段关闭装置，主轴在关闭导叶时间内低转速运转，主轴与径向瓦之间无油膜，致使径向瓦烧损；第一台机组安装调试时，因涉及重锤能否关机则没有投入分段关闭装置；实际此次重锤关机在瞬间完成，主轴低转速运转时间很短，才侥幸避免烧损径向瓦。

2.2 第二次烧损径向轴承瓦

烧损径向瓦过程：机组经过更换备品径向轴承瓦后重新启动，空转运行30多分钟时，温度仪表柜显示径向瓦温度温度陡然上升，在十几秒内由46℃上升至58℃，现场立即手动紧急停机，在停机过程中径向瓦表温度仍然快速上升至75℃。停机后从轴承盖处检查径向轴承油腔内有mm宽钨金屑片，判断径向瓦又一次被烧损。径向瓦烧损状况：下瓣偏向发电机端烧损，见图5。一个高压油室被熔化的钨金封堵，烧损且研磨成沟槽状，见图6。

图5 径向瓦下瓣

图6 高压油室被封堵和瓦面研磨成沟槽状

烧损径向瓦因素分析：经过连续两次烧损径向瓦事故，再次拆卸和更换径向瓦过程中从各个方面进行检查，存在以下因素。

(1)润滑系统存在杂质。检查发现在轴承进油管路阀门中贴敷有硬颗粒杂质，最大颗粒约Φ1.5mm，在轴承盖下部密封环槽中存在粉末状杂质，在事故之前、之后发现回油箱底部有钨金屑末，杂质是轴承烧损的重要因素之一。

(2)高压油顶起装置压力开关值设定偏低。事故后查看高压油顶起装置压力开关设定值分别为：0.85MPa，0.8 MPa；按设计设置偏差压力开关值应为：拱起压力10.5～12.5MPa，泄流压力7.5～9.5MPa；而后来实际监测拱起压力为12.5 MPa,泄流压力为0.85MPa；显然原设置的拱起压力偏低，在自动开停机转速低于90%额定转速时存在高压油不能真正顶起主轴情况，不能形成油膜，将会导致径向瓦烧损。

(3)径向轴承自动调整定心不灵活。检查径向轴承体与反推力座的球面存在磕碰痕迹。由于球面缺陷导致内外球面相互转动不灵活，径向轴承瓦在轴承体内不能随着主轴自动调整同心，使径向轴承瓦发电机端局部受力导致烧损。

(4)更换径向轴承瓦回装方法不当。拆卸径向瓦察看瓦面有轴向划痕，在首次更换径向瓦时将径向轴承与反推力座作为整体平移回装，难以控制径向瓦面与主轴之间始终存在间隙，瓦面与主轴存在移动接触，相互产生干摩擦损伤瓦面，机组运行易发生径向瓦被烧损。

(5)径向瓦与主轴间隙超过设计值。主轴轴径原加工偏小，原径向瓦与主轴是配加工符合图纸间隙0.60～0.75的要求，而备品瓦按图纸生产非配加工，在更换备品瓦后曾测量径向瓦与主轴间隙为0.86～0.90,超过设计间隙值，由于间隙增大使径向瓦与主轴的承压面积相应减小，油膜承受压力增大易被破坏，导致径向瓦烧损。

(6)径向轴承供油量少或间断。①在事故之前机组空转时，曾出现一次组合轴承排油管流量信号开关无流量事故停机，检查排油管下部无堵塞，分析轴承壳内上部存在憋气现象，供排油将会间断，机组运行时轴承油温和瓦温将升高。②轴承进油管路布置与设计图纸不符，图纸为1个水平进油总管在廊道内分支为向上4个支管，再经水平、垂直通过竖井，油液分别进入各轴承，这样油液可以充满管路，竖直位置管路的油液具有单独的势能压力，并能保持每个轴承连续供给油；实际管路布置是廊道1个水平进油总管向上经水平、垂直进入竖井，在机舱内分支4个支管进入各轴承，这样进油总管可以保持连续供油，但各支管却不一定保持向各轴承连续供给油，若某一轴承存在进油不畅受阻，则该轴承油温和瓦温会升高，而油液进入其它轴承的流量相应增大。③为减缓回油箱油泵长时间频繁向高位油箱抽油，在开机之前可参考另两台机组油泵工作时间关小高位油箱出油阀门，盲目减少该机组轴承供油量，会使轴承油温和瓦温升高。

(7)检修发现：安装时没有按图纸将反推力座与轴承支架同钻铰2～Φ30定位圆柱销孔，即没有安装定位销；推力轴承壳与反推力座之间的2～Φ30圆柱销实际安装配合很松动。这样机组运行在径向交变不平衡径向力作用下，径向轴承将随着反推力座微量变动而变动，径向瓦受力不稳定也会导致被烧损。

3 针对存在烧损径向瓦的各种因素而采取相应的措施

(1)电站另外远接厂用电源或配套及时使用柴油发电机，确保意外事故发生时高压油顶起装置能够随时投入使用。

(2)全面清洁检查机组润滑系统。对径向轴承、回油箱、高位油箱、润滑油管路进行清洁检查杂质；在高位油箱出油口增加一道滤网；润滑系统充油后循环油液冲洗系统；使用滤油机过滤检查油液直至无杂质。

(3)重新设置高压油顶起装置压力开关值。手动高压油顶起装置观测实际拱起压力和泄流压力，设置压力信号开关值符合设计偏差范围要求，并确认压力信号传送正确。

(4)确保径向轴承能够自动调整定心。处理轴承体与反推力座的配合球面缺陷，检查确认轴承体在反推力座球面内转动灵活。

(5)采用正确回装径向瓦方法。先回装径向轴承体和反推力座的组合体，确保回装径向瓦时径向瓦与主轴存在要求间隙，再使用“拆装轴承工具”将整体径向瓦压入轴承体内。

(6)确保机组轴承供油充足顺畅。组合轴承在充润滑油时打开上部排气阀，润滑油从排油管流出时关闭空气阀；检查润滑系统管路流量开关显示正确；修改布置润滑系统管路符合图纸；放开高位油箱出油阀门保证轴承供油充足。

(7)确保径向轴承间隙符合图纸要求。根据主轴轴径实际尺寸重新配加工制作径向瓦，使径向轴承与主轴间隙符合图纸，重新更换配加工的径向瓦。

(8)按图纸要求定位部件。重新加工钻铰反推力座与轴承支架的销孔并安装定位销，使非转动部件保持稳固。

4 结语

通过对该机组二次烧损径向轴承瓦存在因素的分析和采取的有效措施，经过再次更换径向瓦之后，机组顺利通过试运行并已投入商业运行。理论分析和实践表明导致灯泡贯流式发电机组径向轴承瓦烧损的因素基本包含于上述内容之中，任何一不利因素的存在都会导致径向轴承瓦烧损；因此，须引起机组的生产制造、安装施工、运行维护以及检修等方面高度重视各个工作环节，消除烧损轴承因素隐患，确保灯泡贯流式发电机组能够长期稳定运行。

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

许国彦 男 1963年生；毕业于哈尔滨电机厂职工大学机械制造工艺及设备专业，现从事水轮发电机组安装技术指导工作.

2016-05-26