立式水轮发电机组推力轴承的检修与维护实践

吕绍波

摘要：推力轴承是整个立式水轮机组的核心构件之一，运维检修期间应当特别关注该部件运行工况。常规立式水轮机组推力轴承主要基于液体润滑承载原理运行，分别由托盘、油槽、镜板、推力头以及冷却设备等几个部分组成。在整个水轮机运行期间，推力轴承不仅仅需要承受运行期间所有重量与轴向水推力等负载，同时也是固定机组水平以及高程的重要节点。因此日常做好推力轴承相关检修工作意义重大。

关键词：立式水轮机组；推力轴承；检修

引言

水轮发电机发电量巨大，在我国应用较为广泛。实际运行中影响水轮机运行效率因素有许多，此次就其中推力轴承构件展开讨论。对于立式水轮机组而言，推力轴承工作性能直接关系到整个发电机组的运行安全性以及可靠性。因此在日常检修中特别关注推力轴承可能存在的问题点，并着重开展相关工作。本文就当下推力轴承常见问题进行探讨，并运用实例说明相关问题，希望对相关立式水轮机组检修部门工作开展有所帮助。

一、基于推力轴承导致轴线曲折

对于常规立式水轮机组其中心、高程以及水平各项参数均与推力轴承有着一定关联性。检修过程往往将镜板水平视作整个机组水平的主要基点，随后进行盘车校核整个机组转动部分的轴线曲折与上导轴线的位置变动。为了进一步保证检修过程中整个机组水平方向的调整到位，可以通过下述步骤实现。

首先对用于固定托盘的螺栓进行进一步的加固处理，其次保证镜板的正面与反面的光亮情况与水平度，避免存在形变以及生锈情况。对于巴氏合金推力瓦刮削研磨后的工艺要求务必确保表面的光滑性、没有毛刺、实际接触点每个平方厘米不得低于3-5个点，需要对进油边进行刮削，并对瓦面中部进行刮底处理，从而避免推力瓦由于机械或者温度原因发生形变。与此同时还需要对发电机托盘和镜板之间的高程进行明确，一般发电机安装完毕后将此高程视作整个机组的高层基准，发电机转子和定子之间的相对高差即为该高程核定指标。镜板进行水平调整主要利用等腰三角形稳定性原理，将推力瓦与三角形对应顶点为基准，两底角推力瓦作为可变动点，对镜板水平调整使其满足技术方案要求。水平调整期间可以采用框型水平设备进行调头检测，待调整结束后对两底角抗重螺栓进行有效固定。

二、推力轴承高程、中心对机组影响分析

实际机组运行过程中不单单安装水平情况以及绝缘程度可能会对其稳定性产生影响，同时推力轴承的高程以及中心也存在一定影响。对于新引入设备在安装过程中推力轴承的中心以及高程均需要重新找正。通常机组的推力头主轴间距以及上支持盖结合原始数据共同决定下机组的中心。此外一些情况下也可以参照转轮周边间隙、发电机组定转子空气间隙调整中心，中心位置确定主要基于设备在运行过程中上导、下导、水导、转轮以及主轴中心构成一条直线。相反，如若中心位置发生偏转回转部件和固定件产生摩擦碰撞，不但盘车难以成功，同时在后期设备投入运行也会造成严重后果。高程主要以基础安装数据来确定，以转轮下环顶部和座环面高差，以支柱螺杆调整托盘和镜板之间的间距来调整机组高程。实际当高程设置过高时可能引发机组的一系列振动，而设置过低时则又有可能造成推力瓦温度的不断攀升。因此在日常检修期间务必对推力轴承高程以及中心进行反复确定，避免带来不必要的后果。

三、推力轴承绝缘导致轴电流损坏

包括托盘、推力头、镜板等各个组建之间的绝缘垫与主轴接地碳刷构成了推力轴承绝缘，当绝缘发生破坏，发电机启动时，励磁电流随即迅速拉高造成轴电流和外界接地之间构成环形涡电流，并对连接部位造成进一步的损伤。因此在现场检修期间需要对推力轴承绝缘项进行必要检查。除此之外，托盘和油槽、推力头和镜板组合螺栓绝缘套也应当进行必要的损坏检查。

四、案例分析

推力轴承是发电机组最核心构件之一，但也是出现问题最多的部门之一。因此在日常检修中务必对其可能潜在问题进行着重检查，一旦发现问题应当立即上报并及时处理。推力轴承支柱螺套往往安装较为隐蔽，检修期间也难以及时发现问题，因此常常容易被忽视。从而给后期运行带来极大威胁。

4.1故障分析

德泽水库坝后电站属于云南省牛栏江—滇池补水工程德泽水库枢纽的一个重要工程，是一座利用汛期水库弃水和枯水期泄放生态流量发电的生态电站，电站位于曲靖市沾益区德泽乡，在德泽水库大坝下游左岸，距昆明市173km、距曲靖市84km、距沾益区72km，为小I型电站。站内安装有2台单机容量10MW的立式水轮发电机组，总装机20MW，单机引用流量10.5m3/s，额定水头111m。在2017年4月机组设备检修期间，维修人员在机组检修中拆除#1机组后清洗检查推力轴承时，发现支柱螺套镶嵌入轴承座后点焊用于止动的焊缝出现裂纹，8个支柱螺套都有同样问题。检修施工单位未引起足够重视，用角磨机清理裂纹处并磨出“V”形坡口，然后重现焊接，焊缝长度在原来的基础上加长一倍。回装至#1机组盘车阶段时，下导和水导轴颈处的摆度值出现了无规律变化。经再次认真检查发现之前处理过的支柱螺套与轴承座的焊缝又出现裂纹，明显能看出来的有6个点。支柱螺套本体存在裂纹处理过的部位裂痕明显有扩宽的迹象，另一个支柱螺套本体发现径向出现裂纹 并随着盘车次数焊缝裂纹逐渐增长。

4.2问题处理

现场检修人员重新拨出推力头，拆除推力轴承座认真检查，取出全部共8只支柱螺套检查，肉眼观察发现有4个螺套从上肩部位置开裂，其中1個已断开，其余4个经专业人员探伤检查后确定有2个存在缺陷，#1机组推力轴承支柱螺套共有6个存在问题，不可以继续使用。立即联系云南电力技术公司专业人员到现场分析，将推力轴承座送至昆明电机厂技改修复，通过加大推力轴承座支柱螺套壁厚，支柱螺套材料由45钢变更为40Cr 钢，提高支柱螺套材料机械性能的办法进行技改处理，安装完成后稳定运行至今。

4.3故障处理体会

中小型立式水轮发电机组推力轴承座支柱螺套较为隐避，检修中不易发现缺陷，通过实践认为在机组检修工作中，推力轴承座作为机组转动部分的重要受力部件，应列为检查的重点，检查处理不到位直接会造成较大的返工，安装好后重新拨推力头检查，费工费时，造成检修工期难以控制。为了避免此类问题再次发生，建议相关部门应适当修编《立式水轮发电机检修技术规程》DL/T817-2014，将推力轴承座及支柱螺栓、支柱螺套作为重要的检查内容，对于检修要点进行进一步的补充，从而避免检修差漏带来重大的返工。

五、结束语

近些年随着我国经济的发展，对于用电需求也越来越高。为了确保供电质量可靠性，供电部门务必采取完善的管理措施确保发电机组安全可靠运行。推力轴承是构成立式水轮机组的重要组成构件，在立式发电机组运行过程中承担非常重要的作用。因此站内例行检修过程中应当尤其注重对推力轴承的检修。文本就推力轴承绝缘损坏、轴承座支柱螺套损坏等多个方面分析了推力轴承检修要点。推力轴承设计检修涉及电力学、流体力学以及材料力学等多个部分，对于相关检修人员应当通过坚持不懈的努力与学习，提升自我技能素养，切实保障站内设备安全可靠运行，确保供电稳定。

参考文献

[1]朱顺财，杨仕福，张天鹏. 溪洛渡右岸水电站水轮发电机推力轴承及油循环冷却系统设计[J]. 东方电气评论，2015，29（1）.

[2]蔡千华. 水轮发电机振摆测定法的改进[J]. 水电站机电技术，2000（2）：78-80.

（作者单位：云南水投牛栏江滇池补水工程有限公司）