长洲电站灯泡贯流机组推力瓦脱落原因分析及处理

付雪辉

(国家电投广西长洲水电开发有限公司，广西■梧州■543002)

1　概　述

长洲水利枢纽位于广西梧州市上游12 km的浔江干流上，枢纽横跨三江两岛。工程安装15台单机容量42 MW的灯泡贯流式水轮发电机组，其中1F、2F、9F机组为天津阿尔斯通水电设备有限公司制造；5F、6F、10F、11F机组为东方电机股份有限公司制造；3F、4F、7F、8F、12F、13F、14F、15F机组为哈电—东芝公司联合制造；总装机容量为630 MW，年设计发电量30亿kW·h，是1座以发电为主，兼顾航运、灌溉等综合效益的大型水利枢纽工程。

2　灯泡贯流机组轴承工作情况

长洲电站机组采用双支点双悬臂结构，发电机侧的导轴承与正、反推力轴承组合在一起，承受发电机重量和径向力；同时又承受轴向正、反方向推力的轴承，称为组合轴承。发电机导轴承承受发电机转子的重量和偏心磁力等引起的径向力，发导轴承通过支持环将发电机的重量和径向力传至内管形壳。正向推力轴承承受机组运行时水流对水轮机产生的轴向推力，它主要由正推力瓦、推力环(镜板)和抗重盘组成。 反推力轴承主要由反推力瓦、反推力环组成，承受机组停机过程中水锤反向冲击力。水导轴承位于大轴的水轮机侧，由于水轮机转轮为悬臂形式，所有水导轴承除了承受水轮机的重量外，还要承受由于水力不平衡和水轮机重心偏移等带来的径向力。

哈电—东芝机组的正推力瓦采用钢衬浇铸巴氏合金结构，扇形分块式，分为12块，成圆周布置。正常运行情况下，正推力瓦与镜板之间通过润滑油进行润滑冷却(24 m层轴承高位油箱自流至-3.8 m层轴承处)，且在开停机过程中，发导轴承底部注入高压油，将大轴微微顶起，以便开机前在各轴瓦间建立油膜。

3　故障分析

长洲电站自投运以来，哈电—东芝机组多次出现正向推力瓦面开裂、脱落现象，公司与厂家多次组织研究分析，查找正向推力瓦面开裂、脱落的原因，并对正向推力瓦面巴士合金进行化学成分和金相组织的检测，其检测结果均为合格；且现场安装的推力瓦都进行了脱氢处理，使钨金与钢制瓦坯表面的结合力达到最佳。在排除瓦本身质量问题后，对振动、受力、疲劳等各方面原因进行了分析。

(1) 推力瓦的撑受力部件(如轴承支架、正向推力轴承壳)刚强度低，固有频率未避开干扰频率(与水轮机转频相关)，导致共振；致使瓦受脉振力，使乌金层出现疲劳断裂。推力轴承支撑的第一阶轴向固有频率为28.693 2 Hz，不会引起共振。通过现场测试数据来看基本与计算值相符，所以不存在正向推瓦受力支撑部件刚度不足及变形过大的问题，也不存在共振现象。

(2)机组轴承结构正推瓦受力调整及12块正推瓦形成的承载面与镜板平行度的调整安装工艺要求较高，各瓦受力的均匀性需严格控制。从历年机组正推力瓦损坏情况可以看出有受力不均的情况存在，有的瓦开裂，有的未裂。安装时各瓦调整不均匀、安装质量不高、使受力不均是造成瓦乌金脱落原因之一。

(3)推力瓦在运行时，瓦倾斜而产生的油楔理论上是稳定的，不会出现瓦面受力的波动及瓦面疲劳破坏的问题。正向水推力传递路径为：镜板→正推力瓦→推力轴承壳→轴承支架。轴承支架为锥形支撑，受力后不会产生环向的波浪变形。推力轴承壳为焊接结构，轴承壳外部焊接12个加强筋，在加强筋之间设置有支撑推力瓦用的12个支柱螺钉，为环向对称结构。推力瓦调平后各支柱螺钉受力均匀，轴向变形一致，不会导致各推力瓦面出现环向波浪变形。因此，轴承支架及推力轴承壳不会引起瓦面力的振动。

(4) 对比实心镜板和空心镜板的特性，空心焊接镜板可能是瓦面产生振动力的根源，在正向推力负荷稳定的情况下，由于空心镜板环向的轴向刚度的不均匀会产生环向波浪度，镜板旋转时各块推力瓦油膜厚度就会时大时小(即会发生瓦面受力波动)，导致钨金层疲劳剥落。

初步分析原因为瓦面受到疲劳振动，导致瓦面出现裂纹在油膜压力及温度的作用下发生的整块脱离现象。长洲哈电—东芝机组正向推力较大(663 t)，转速较低(75 r/min)，即使采用了#68润滑油，油膜厚度也仅为0.03 mm。油膜厚度在0.035 mm以下时通常采用整锻实心镜板以减小镜板环向波浪度对油膜的影响；油膜厚度大于0.035 mm通常采用焊接空心镜板。由于油膜厚度足够大，镜板波浪度对油膜影响较小，长洲哈电—东芝机组的推力轴承油膜厚度正好处于临界的0.030 mm，因此使用整锻实心镜板应该更适合。

4　改造方案

4.1　采用整锻实心镜板

将哈电—东芝机组的镜板由焊接空心镜板改造为整锻实心镜板，镜板尺寸与原焊接镜板尺寸一致，分为2瓣。由于尺寸不变且镜板重量有所增加，为此对径向轴承进行了核算，计算结果油膜厚度满足运行要求。为减小正向推力瓦变形，正向推力瓦厚度由125 mm增厚到175 mm，镜板厚度相对减薄，这样径向轴承润滑参数更加优良。

由于为正向推力瓦变厚留出空间，在正向推力瓦位置镜板减薄75 mm,两瓣之间由径向及环向销钉定位；2瓣之间由28个M42 螺栓把合，对把合螺栓应力进行计算，可以确保镜板稳定运转。对改造前镜板及改造后镜板的刚度进行计算，改造后镜板刚度均优于改造前镜板。

4.2　优化正向推力瓦

(1)正向推力瓦内直径由1 350 mm减小到1 300 mm,正推力瓦外径由2 250 mm增加到2 280 mm,增大正推力瓦的面积，降低单位压力，提高油膜厚度。

(2)正推力瓦厚由125 mm增厚到175 mm,以减小正向推力瓦变形；周向偏心由6.7%增大到10%,更利于油膜建立。

5　加强运行监视管理

为确保哈电—东芝机组运行正常，运行人员也采用多种手段加强监视分析，以便能及时发现机组的异常情况。

(1)加强对机组的监视分析。按照《发电运行监盘分析表》的要求加强对机组各部瓦温的监视，定期调用曲线分析温度的变化趋势，了解机组运行过程各部温度变化情况；定期对机组轴承润滑油冷器进行倒换、清扫，以保证正常的冷却效果。

(2)监视机组运行工况。一是监视在线监测数据，确保各部数据在允许范围之内，二是加强现地的检查，确保机组运行工况正常。汛期运行时，加强对拦污栅前后压差的监视，及时进行拦污栅清污工作，避免哈电—东芝机组在振动区运行。

(3)制定《哈电—东芝机组轴瓦月度分析报告》，分析一个月内哈电—东芝机组正推、反推、发导、水导、润滑冷油、润滑热油温度变化趋势，按每周最高点做出变化曲线，掌握哈电—东芝机组轴瓦温度变化情况；按月度进行机组在线监测状态分析，了解运行机组工况的变化趋势。

(4)定期进行哈电—东芝机组组合轴承内部检查，利用内窥镜进行镜板及推力瓦运行情况的检查。

6　结　语

长洲哈电—东芝机组的镜板采用了整锻实心镜板，并将正推力瓦进行优化，增大正推力瓦面积，降低单位压力，并增加瓦的厚度，更有利于油膜的建立；运行过程中加强监视分析，采取多种手段保证机组最优运行工况。

自改造投运以来，机组运行稳定，各轴瓦温度正常，未出现正推力瓦面脱落现象，保证了机组的安全稳定运行。

参考文献：

[1]韩笑伟，灯泡贯流式机组正推力瓦巴氏合金脱落原因分析及对策[J].广西水利水电，2016(6)：48_55.

[2]刘国选.灯泡贯流式水轮发电机组运行与检修[M].北京：中国水利水电出版社，2006.