鄭鵬南

（中電（福建）電力工程有限公司 南平市 353001）

潭頭水電站位于福建省福安市潭頭鎮(zhèn)東昆村溪中游河段，是福安市地區(qū)東溪河段規(guī)劃四個梯級的第三級電站，電站為引水式電站，水電站內裝兩臺單機容量15MW立式軸流轉漿式水輪發(fā)電機組，總裝機容量為30MW。

發(fā)電機型號為SF15-36/5500，水輪機型號為ZZ660-LH-360，最高水頭為19m，最低水頭為16 m，吸出高程為-3.5m，生產(chǎn)廠家為南寧發(fā)電設備總廠，安裝單位為中國水利水電十六局。

1 事件簡述及原因分析

2011年12月至2012年1月由中電 （福建）電力工程有限公司承接該電站2#機安裝后首次大修，2012年9月至10月由中國水利水電十六局承接1#機組進行安裝后首次大修。2013年7月，電站方反映2#機組運行時上導軸承處有異常響聲，并邀請了筆者一同對該事件展開調查。

事件調查時，分別進行1#、2#機開機、帶負荷、停機等工況試驗，調查人員站在上機架處，可聽到1#、2#機組在啟動時及帶5000kW以下負荷時，上導或推力軸承處有連續(xù)的咔嗒聲（異音），機組帶5000kW負荷以上時，異音漸小直至耳朵無法分辨是否有聲響。但原本電站方認為沒有異音的1#機，也出現(xiàn)類似異音情況，且1#機組處的異音較2#機大，因此電站方邀請中國水利水電十六局技術人員一同參與調查。

（1）異常響聲來源部位分析。

首先，從筆者拍攝的2#機上導瓦的磨損情況照片（圖1）分析，可看出上導瓦發(fā)生了異常磨損，查看下導瓦磨損情況，磨損情況也類似。該電站機組發(fā)電機型式為懸吊式，上導軸承與推力軸承共用一個油槽。由于推力軸承（鏡板、推力瓦等）位于油槽的下部，浸在油中，如果發(fā)出聲音應該較沉悶，而現(xiàn)場聽到的聲音較清脆，所以推測音源來自上導軸承處。而下導軸承因位于轉子下方，機組運行時因下機架與發(fā)電機下蓋板間空間狹小，工作人員無法安全進入檢查，所以即使有異音也沒人能聽到。

圖1 上導瓦磨損情況

（2）導瓦產(chǎn)生異常磨損的原因分析。

該發(fā)電機導瓦瓦面與軸領（滑轉子）為同心圓，上導、下導設計總間隙均為0.30mm。

一般地，對于分塊的導軸瓦，在導瓦的上方都裝有上壓板，以限制導瓦的軸向移動，根據(jù)《水輪發(fā)電機組推力軸承、導軸承安裝調整工藝導則》（SD288-88）第11.3.11條規(guī)定：(分塊瓦安裝后)安裝上壓板，檢查其與導瓦的間隙應符合設計要求，一般為（0.3～0.5）mm，不合格時允許加墊調整，但其墊片必須通過螺孔。

中電電力工程有限公司曾檢修的福建松溪前進水電站機組，同是南寧發(fā)電設備總廠生產(chǎn)的機組，其水輪發(fā)電機結構型式相同，上導瓦也安裝有上壓板，每塊瓦兩側各裝有一塊壓板。查看隨機圖紙，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機總裝配圖中導瓦是設計為有上壓板的，上機架、下機架裝配圖中，導瓦卻沒有上壓板，不能不說設計者、生產(chǎn)廠家工作不夠嚴謹。

導瓦正常磨損應該是瓦面各處磨損均勻，而從照片來看，磨損顯然是不均勻的。各瓦磨損的主要特征有：導瓦的上半部分比下半部分磨損更嚴重。第一象限磨損最嚴重，且出油邊與頂邊角點最嚴重。第三象限磨損最輕微，且進油邊與底邊角點最輕微。

為什么導瓦的上半部分比下半部分磨損更嚴重？從圖2可以看出，導瓦的下托板僅支撐著瓦背底邊的一小部分，瓦的重心的垂線沒有落在下托板這個支撐面上，屬于物理上的不穩(wěn)定平衡結構，導瓦有向主軸側傾倒的趨勢，這是導瓦上半部分比下半部分磨損更嚴重的原因。

圖2 下托板與瓦的支撐狀態(tài)

為什么會出現(xiàn)第一象限磨損最嚴重，且出油邊與頂邊角點（圖示右上角點）最嚴重；第三象限磨損最輕微，且進油邊與底邊角點（圖示左下角點）最輕微的現(xiàn)象呢？

讓我們先熟悉下軸承內甩油、軸承外甩油、推力軸承冷卻油內循環(huán)這三個概念及原理吧。

軸承內甩油：油質通過旋轉部件內壁與擋油管之間，甩向發(fā)電機內部，稱為內甩油。內甩油的原因是機組在運行時，由于轉子旋轉鼓風，使推力頭或導軸承滑轉子內下側至油面之間，容易形成局部負壓，把油面吸高或涌溢，而甩濺到電機內部，形成內甩油。

軸承外甩油：油質通過旋轉部件與蓋板縫隙甩向蓋板外部，稱為外甩油，機組運行中，推力頭和鏡板外壁將帶動粘滯的油運動，使油面因離心力作用向油槽外壁涌高、飛濺或攪動，易使油珠或油霧從油槽蓋板縫隙處逸出，形成外甩油。

推力軸承冷卻油內循環(huán)：所謂內循環(huán)，就是將油冷卻器和推力軸承裝在同一個油槽內，借推力頭與鏡板旋轉的粘滯泵作用和冷熱油的對流作用形成循環(huán)油路。

潭頭機組推力頭有兩排油孔，其中上油孔是防止產(chǎn)生內甩油鉆的穩(wěn)壓孔，它能使軸領里外通氣平壓，防止軸領內部負壓而使油面吸高甩油。下油孔與上導瓦中部油溝相對（下導軸承結構類似）。根據(jù)內甩油、外甩油的原理，下油孔在機組轉動時，則向導瓦噴油，這種噴油可以使導瓦與軸間建立油膜，并使導瓦產(chǎn)生徑向移動趨勢。

機組在轉動時，附在軸領上的油有粘滯性、軸與瓦間的摩擦力、軸轉動時的旋轉動力等力都可以使導瓦發(fā)生沿旋轉方向偏轉的趨勢。由于潭頭機組發(fā)電機導瓦沒有安裝上壓板，因此導瓦可能沿旋轉方向偏轉，假設某塊導瓦發(fā)生了偏轉，可認為是出油邊底部仍落在導瓦下托板上，即發(fā)生沿出油邊底邊的旋轉，進油邊底邊將抬起，離開下托板；此時導瓦的水平中心線（油溝）將不再水平，在下油孔與進油邊相交至導瓦垂直中心線（進油邊至瓦背支柱螺栓）這一段距離，由于導瓦下部所受徑向力更大，導瓦將發(fā)生扭轉，使得進油邊下部離主軸距離大，出油邊上部與主軸發(fā)生相碰發(fā)生摩擦；下油孔過導瓦垂直中心線后，情況相反，如果由于下油孔噴油及導瓦的自重導瓦回落，導瓦回落后，導瓦底面與下托板相接觸面積大，摩擦力大，下油孔的油流無法推動導瓦產(chǎn)生扭轉。由于導瓦的偏轉及回落，瓦與下托板發(fā)生撞擊發(fā)出異響。

（3）機組帶5000kW負荷以下時異音更大的原因分析。

在機組檢修前電站方就反映機組負荷在（3000～ 10000）kW區(qū)間存在振動及噪音偏大的缺陷，筆者分析主要與水力方面有關，這里不再詳述。

機組運行后，如果沒有不平衡的外力作用，軸線運行可與盤車時相同，但是，機組實際運行后，轉動部分的受力狀態(tài)與盤車時完全不同，有水力、電磁力、離心力、軸承約束力等的作用，這些力都或多或少存在不平衡。在這種有一定變化規(guī)律的不平衡力的作用和軸線不正的情況下，轉動部分就會相對旋轉中心發(fā)生量值大小及方向連續(xù)不斷交替變化的現(xiàn)象，即發(fā)生振動。

也就是說軸的靜態(tài)擺度與運行擺度是性質不一樣的，機組因工況不同，軸的運行擺度也不同，所以軸使導瓦發(fā)生偏轉的力也不同，在運行擺度大時，使導瓦發(fā)生偏轉的可能更大些，所以產(chǎn)生的異音更大，該機修后帶5000kW以上負荷時，機組振動明顯減小，運行擺度也相應減小，導瓦發(fā)生偏轉的可能性隨著減小，異音也相應減小。

事件調查小組在聽取筆者以上分析意見后，表示贊同。中國水利水電十六局技術人員也表示：他們安裝過的機組中，導瓦都有安裝上壓板；該兩臺機在安裝后不久進行的小修即發(fā)現(xiàn)導瓦異常磨損，情形與筆者提供的照片類似。

至于以前沒有人聽到上導的異常響聲，主要是因為這種異音并不太響，需要離上機架很近專心地聽才能聽得到，正如1#機的異音一樣，只有仔細聽才能聽到，所以導瓦的異常磨損及異音與機組大修無關，而是與沒有安裝導瓦上壓板有關。

2 制定措施及實施

筆者建議潭頭水電站機組上導、下導瓦均應安裝上壓板。

電站方將此建議反饋給生產(chǎn)廠家，廠家起初表示不需要安裝上壓板，但原因解釋過于牽強，事件調查小組均表示無法茍同廠家意見，電站方?jīng)Q定采取安裝上壓板的建議。

2013年9月，潭頭水電站1#機組小修，由中國水利水電十六局承接，小修時在上導瓦處安裝了上壓板（下導沒有安裝），機組開機運行后，上導處異音消失，在取得了此效果后，2013年10月，又進行了2#機組小修，仍為中國水利水電十六局承接，在上導瓦處安裝上壓板（下導沒有安裝），機組運行后，異音同樣消失。

3 結 語

針對潭頭水電站機組運行時上導軸承處有異常響聲進行排查。首先根據(jù)上導瓦受磨損，推測異常響聲來自上導軸承處。其次通過查工藝導則、對比同型號機組安裝情況，以及觀察到上導瓦右上角磨損最嚴重、其相對的左下角磨損最輕微等，進一步論證因安裝時上導瓦沒有加上壓板，導致大軸轉動時帶動上導瓦偏轉及回落，瓦與下托板發(fā)生撞擊發(fā)出異常響聲。結合機組小修，在上導瓦處安裝上壓板后，異常響聲消失。

[1]黃景湖.準確把握水電機組“擺度”的涵義[J].水電站機電技術，2004，（1）.

[2]劉文清.最新水利水電機電組安裝工程施工工藝與技術標準實用手冊[M].合肥：安徽文化音像出版社,2004.