許國(guó)彥

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱150040)

?

燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)徑向軸承瓦燒損分析

許國(guó)彥

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱150040)

根據(jù)某電站燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組徑向軸承瓦發(fā)生二次燒損的情況進(jìn)行了敘述，并對(duì)存在的因素進(jìn)行了分析，闡述了相應(yīng)采取的檢修措施；在機(jī)組制造、安裝和檢修方面應(yīng)引起重視，以確保機(jī)組能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)；徑向軸承瓦；燒損

0 引言

燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組目前被廣泛應(yīng)用于低水頭水電站。由于大多數(shù)燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)部分采用臥軸懸臂兩點(diǎn)支撐的結(jié)構(gòu)，發(fā)電機(jī)徑向軸承同水導(dǎo)軸承的安裝、運(yùn)行和檢修質(zhì)量將直接影響到機(jī)組發(fā)電的效益。個(gè)別電站曾出現(xiàn)發(fā)電機(jī)徑向瓦燒損的事故，以下就國(guó)內(nèi)某電站同一臺(tái)燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)生二次發(fā)電機(jī)徑向軸承瓦燒損的過(guò)程進(jìn)行敘述，并對(duì)導(dǎo)致徑向軸承瓦燒損的因素進(jìn)行分析。

1 發(fā)電機(jī)徑向軸承結(jié)構(gòu)

發(fā)電機(jī)徑向軸承與水輪機(jī)水導(dǎo)軸承作為兩支撐點(diǎn)共同承擔(dān)機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分的重量和徑向動(dòng)不平衡力，徑向軸承與推力軸承構(gòu)成組合軸承，徑向軸承結(jié)構(gòu)如圖1所示，徑向瓦以間隙配合鑲嵌在軸承體內(nèi)，并通過(guò)定位銷和擋板相對(duì)固定于軸承體，軸承體通過(guò)球面間隙配合安裝于反推力座內(nèi)并可以微量轉(zhuǎn)動(dòng)，反推力座以間隙配合安裝定位在軸承支架內(nèi)，軸承支架固定支撐在內(nèi)管型座發(fā)電機(jī)側(cè)端面。

圖1 發(fā)電機(jī)徑向軸承結(jié)構(gòu)

2 軸承瓦燒損原因分析

2.1 第一次燒損徑向軸承瓦

徑向軸承瓦燒損過(guò)程：該臺(tái)機(jī)組安裝后經(jīng)過(guò)72h試運(yùn)行，已投入商業(yè)運(yùn)行1個(gè)月時(shí)間；由于電網(wǎng)突然中斷致使電站開(kāi)關(guān)站自動(dòng)跳閘，兩臺(tái)運(yùn)行機(jī)組均甩負(fù)荷停機(jī)，此時(shí)廠用交流電消失；在電網(wǎng)恢復(fù)后各機(jī)組重新開(kāi)機(jī)啟動(dòng)，第一臺(tái)恢復(fù)正常發(fā)電運(yùn)行，第二臺(tái)啟動(dòng)后徑向軸承瓦溫度升高至80℃，超過(guò)設(shè)定的徑向瓦溫報(bào)警值65℃及停機(jī)值70℃，該臺(tái)機(jī)組事故停機(jī)。

徑向瓦燒損狀況：徑向瓦與主軸之間存在一些約10mm寬的鎢金屑片，徑向瓦下瓣工作面基本全部燒損，瓦工作面呈溝痕狀，三個(gè)高壓油室和油孔被熔化的鎢金屑填塞，見(jiàn)圖2。在出油邊的邊緣呈黑褐色熔化痕跡，見(jiàn)圖3。在徑向瓦進(jìn)油邊堆積插塞狀鎢金屑片，見(jiàn)圖4。

圖2 徑向瓦下瓣

圖3 徑向瓦下瓣出油邊

圖4 在徑向瓦燒損進(jìn)油邊形成的插塞狀鎢金屑片

原因分析：機(jī)組關(guān)機(jī)程序?yàn)楫?dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速低于90%額定轉(zhuǎn)速時(shí)，高壓油裝置自動(dòng)投入頂起主軸；而實(shí)際停機(jī)過(guò)程中無(wú)廠用交流電不能啟動(dòng)高壓油裝置，沒(méi)有高壓油頂主軸，第二臺(tái)機(jī)組已安裝分段關(guān)閉裝置，主軸在關(guān)閉導(dǎo)葉時(shí)間內(nèi)低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，主軸與徑向瓦之間無(wú)油膜，致使徑向瓦燒損；第一臺(tái)機(jī)組安裝調(diào)試時(shí)，因涉及重錘能否關(guān)機(jī)則沒(méi)有投入分段關(guān)閉裝置；實(shí)際此次重錘關(guān)機(jī)在瞬間完成，主軸低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間很短，才僥幸避免燒損徑向瓦。

2.2 第二次燒損徑向軸承瓦

燒損徑向瓦過(guò)程：機(jī)組經(jīng)過(guò)更換備品徑向軸承瓦后重新啟動(dòng)，空轉(zhuǎn)運(yùn)行30多分鐘時(shí)，溫度儀表柜顯示徑向瓦溫度溫度陡然上升，在十幾秒內(nèi)由46℃上升至58℃，現(xiàn)場(chǎng)立即手動(dòng)緊急停機(jī)，在停機(jī)過(guò)程中徑向瓦表溫度仍然快速上升至75℃。停機(jī)后從軸承蓋處檢查徑向軸承油腔內(nèi)有mm寬鎢金屑片，判斷徑向瓦又一次被燒損。徑向瓦燒損狀況：下瓣偏向發(fā)電機(jī)端燒損，見(jiàn)圖5。一個(gè)高壓油室被熔化的鎢金封堵，燒損且研磨成溝槽狀，見(jiàn)圖6。

圖5 徑向瓦下瓣

圖6 高壓油室被封堵和瓦面研磨成溝槽狀

燒損徑向瓦因素分析：經(jīng)過(guò)連續(xù)兩次燒損徑向瓦事故，再次拆卸和更換徑向瓦過(guò)程中從各個(gè)方面進(jìn)行檢查，存在以下因素。

(1)潤(rùn)滑系統(tǒng)存在雜質(zhì)。檢查發(fā)現(xiàn)在軸承進(jìn)油管路閥門中貼敷有硬顆粒雜質(zhì)，最大顆粒約Φ1.5mm，在軸承蓋下部密封環(huán)槽中存在粉末狀雜質(zhì)，在事故之前、之后發(fā)現(xiàn)回油箱底部有鎢金屑末，雜質(zhì)是軸承燒損的重要因素之一。

(2)高壓油頂起裝置壓力開(kāi)關(guān)值設(shè)定偏低。事故后查看高壓油頂起裝置壓力開(kāi)關(guān)設(shè)定值分別為：0.85MPa，0.8 MPa；按設(shè)計(jì)設(shè)置偏差壓力開(kāi)關(guān)值應(yīng)為：拱起壓力10.5～12.5MPa，泄流壓力7.5～9.5MPa；而后來(lái)實(shí)際監(jiān)測(cè)拱起壓力為12.5 MPa,泄流壓力為0.85MPa；顯然原設(shè)置的拱起壓力偏低，在自動(dòng)開(kāi)停機(jī)轉(zhuǎn)速低于90%額定轉(zhuǎn)速時(shí)存在高壓油不能真正頂起主軸情況，不能形成油膜，將會(huì)導(dǎo)致徑向瓦燒損。

(3)徑向軸承自動(dòng)調(diào)整定心不靈活。檢查徑向軸承體與反推力座的球面存在磕碰痕跡。由于球面缺陷導(dǎo)致內(nèi)外球面相互轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活，徑向軸承瓦在軸承體內(nèi)不能隨著主軸自動(dòng)調(diào)整同心，使徑向軸承瓦發(fā)電機(jī)端局部受力導(dǎo)致燒損。

(4)更換徑向軸承瓦回裝方法不當(dāng)。拆卸徑向瓦察看瓦面有軸向劃痕，在首次更換徑向瓦時(shí)將徑向軸承與反推力座作為整體平移回裝，難以控制徑向瓦面與主軸之間始終存在間隙，瓦面與主軸存在移動(dòng)接觸，相互產(chǎn)生干摩擦損傷瓦面，機(jī)組運(yùn)行易發(fā)生徑向瓦被燒損。

(5)徑向瓦與主軸間隙超過(guò)設(shè)計(jì)值。主軸軸徑原加工偏小，原徑向瓦與主軸是配加工符合圖紙間隙0.60～0.75的要求，而備品瓦按圖紙生產(chǎn)非配加工，在更換備品瓦后曾測(cè)量徑向瓦與主軸間隙為0.86～0.90,超過(guò)設(shè)計(jì)間隙值，由于間隙增大使徑向瓦與主軸的承壓面積相應(yīng)減小，油膜承受壓力增大易被破壞，導(dǎo)致徑向瓦燒損。

(6)徑向軸承供油量少或間斷。①在事故之前機(jī)組空轉(zhuǎn)時(shí)，曾出現(xiàn)一次組合軸承排油管流量信號(hào)開(kāi)關(guān)無(wú)流量事故停機(jī)，檢查排油管下部無(wú)堵塞，分析軸承殼內(nèi)上部存在憋氣現(xiàn)象，供排油將會(huì)間斷，機(jī)組運(yùn)行時(shí)軸承油溫和瓦溫將升高。②軸承進(jìn)油管路布置與設(shè)計(jì)圖紙不符，圖紙為1個(gè)水平進(jìn)油總管在廊道內(nèi)分支為向上4個(gè)支管，再經(jīng)水平、垂直通過(guò)豎井，油液分別進(jìn)入各軸承，這樣油液可以充滿管路，豎直位置管路的油液具有單獨(dú)的勢(shì)能壓力，并能保持每個(gè)軸承連續(xù)供給油；實(shí)際管路布置是廊道1個(gè)水平進(jìn)油總管向上經(jīng)水平、垂直進(jìn)入豎井，在機(jī)艙內(nèi)分支4個(gè)支管進(jìn)入各軸承，這樣進(jìn)油總管可以保持連續(xù)供油，但各支管卻不一定保持向各軸承連續(xù)供給油，若某一軸承存在進(jìn)油不暢受阻，則該軸承油溫和瓦溫會(huì)升高，而油液進(jìn)入其它軸承的流量相應(yīng)增大。③為減緩回油箱油泵長(zhǎng)時(shí)間頻繁向高位油箱抽油，在開(kāi)機(jī)之前可參考另兩臺(tái)機(jī)組油泵工作時(shí)間關(guān)小高位油箱出油閥門，盲目減少該機(jī)組軸承供油量，會(huì)使軸承油溫和瓦溫升高。

(7)檢修發(fā)現(xiàn)：安裝時(shí)沒(méi)有按圖紙將反推力座與軸承支架同鉆鉸2～Φ30定位圓柱銷孔，即沒(méi)有安裝定位銷；推力軸承殼與反推力座之間的2～Φ30圓柱銷實(shí)際安裝配合很松動(dòng)。這樣機(jī)組運(yùn)行在徑向交變不平衡徑向力作用下，徑向軸承將隨著反推力座微量變動(dòng)而變動(dòng)，徑向瓦受力不穩(wěn)定也會(huì)導(dǎo)致被燒損。

3 針對(duì)存在燒損徑向瓦的各種因素而采取相應(yīng)的措施

(1)電站另外遠(yuǎn)接廠用電源或配套及時(shí)使用柴油發(fā)電機(jī)，確保意外事故發(fā)生時(shí)高壓油頂起裝置能夠隨時(shí)投入使用。

(2)全面清潔檢查機(jī)組潤(rùn)滑系統(tǒng)。對(duì)徑向軸承、回油箱、高位油箱、潤(rùn)滑油管路進(jìn)行清潔檢查雜質(zhì)；在高位油箱出油口增加一道濾網(wǎng)；潤(rùn)滑系統(tǒng)充油后循環(huán)油液沖洗系統(tǒng)；使用濾油機(jī)過(guò)濾檢查油液直至無(wú)雜質(zhì)。

(3)重新設(shè)置高壓油頂起裝置壓力開(kāi)關(guān)值。手動(dòng)高壓油頂起裝置觀測(cè)實(shí)際拱起壓力和泄流壓力，設(shè)置壓力信號(hào)開(kāi)關(guān)值符合設(shè)計(jì)偏差范圍要求，并確認(rèn)壓力信號(hào)傳送正確。

(4)確保徑向軸承能夠自動(dòng)調(diào)整定心。處理軸承體與反推力座的配合球面缺陷，檢查確認(rèn)軸承體在反推力座球面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)靈活。

(5)采用正確回裝徑向瓦方法。先回裝徑向軸承體和反推力座的組合體，確?；匮b徑向瓦時(shí)徑向瓦與主軸存在要求間隙，再使用“拆裝軸承工具”將整體徑向瓦壓入軸承體內(nèi)。

(6)確保機(jī)組軸承供油充足順暢。組合軸承在充潤(rùn)滑油時(shí)打開(kāi)上部排氣閥，潤(rùn)滑油從排油管流出時(shí)關(guān)閉空氣閥；檢查潤(rùn)滑系統(tǒng)管路流量開(kāi)關(guān)顯示正確；修改布置潤(rùn)滑系統(tǒng)管路符合圖紙；放開(kāi)高位油箱出油閥門保證軸承供油充足。

(7)確保徑向軸承間隙符合圖紙要求。根據(jù)主軸軸徑實(shí)際尺寸重新配加工制作徑向瓦，使徑向軸承與主軸間隙符合圖紙，重新更換配加工的徑向瓦。

(8)按圖紙要求定位部件。重新加工鉆鉸反推力座與軸承支架的銷孔并安裝定位銷，使非轉(zhuǎn)動(dòng)部件保持穩(wěn)固。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)該機(jī)組二次燒損徑向軸承瓦存在因素的分析和采取的有效措施，經(jīng)過(guò)再次更換徑向瓦之后，機(jī)組順利通過(guò)試運(yùn)行并已投入商業(yè)運(yùn)行。理論分析和實(shí)踐表明導(dǎo)致燈泡貫流式發(fā)電機(jī)組徑向軸承瓦燒損的因素基本包含于上述內(nèi)容之中，任何一不利因素的存在都會(huì)導(dǎo)致徑向軸承瓦燒損；因此，須引起機(jī)組的生產(chǎn)制造、安裝施工、運(yùn)行維護(hù)以及檢修等方面高度重視各個(gè)工作環(huán)節(jié)，消除燒損軸承因素隱患，確保燈泡貫流式發(fā)電機(jī)組能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)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

許國(guó)彥 男 1963年生；畢業(yè)于哈爾濱電機(jī)廠職工大學(xué)機(jī)械制造工藝及設(shè)備專業(yè)，現(xiàn)從事水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)指導(dǎo)工作.

2016-05-26