桐柏公司发电机推力瓦温过高原因分析及处理

张 磊

（华东桐柏抽水蓄能发电有限责任公司，浙江 天台317200）

1 引言

桐柏抽水蓄能电站位于浙江省境内，靠近华东500 kV电网负荷中心，为日调节纯抽水蓄能电站，地下厂房安装4台立轴单级混流式可逆式水泵水轮机组，单机容量为300 MW，以两回500 kV统一线路接入华东电网，在电网中担任调峰、填谷、调频、调相及事故备用等任务，电站于2006年12月4台机组全部投产，至今已运行过10年，机组各部件多处出现老化、磨损等现象，需要进行更换处理。

2 下部组合轴承所存在的问题及原因分析

桐柏公司4台机组型号、型式相同，机组下部组合轴承包括推力轴承及下导轴承，下导轴承由16块下导瓦构成，其环绕推力头，保证机组运行时径向轴线稳定；推力轴承主要由16块推力瓦、镜板、推力头构成，其分布于下机架内，承担发电机组的轴向负载。推力头和镜板通过连接螺杆组合，与发电机大轴组合采用热套工艺，温差为23 k，推力轴承油冷却系统采用镜板泵外循环方式。推力轴承额定负荷为8 100 kN，暂态负荷为9 730 kN，在额定负荷时，油膜厚度为 69.2 μm，PV 值 91.8 MPa·m/s；在暂态负荷时，油膜厚度为58.7 μm。发电机停机时整机重量通过镜板落实在推力瓦上。每块推力瓦系统由下至上由推力瓦支撑块、推力瓦支撑柱，推力瓦挡块，推力瓦背弹簧板和推力瓦构成，推力瓦支撑块和推力瓦背弹簧板负责推力瓦轴向重量支撑，推力瓦支撑柱和推力瓦挡块防止推力瓦发生轴向和径向的移动。机组下部组合轴承冷却系统采用推力外循环冷却方式，是下部组合轴承重要组成部分，当机组正常运行时，透平油会由于机组高度转动产生的负压自吸，使推力油槽中的油由推力瓦间的喷油管中喷出，进而对推力瓦和镜板产生润滑和冷却。

图1

图2

图3

2.1 相关技术参数

设备技术参数由电站实际设计和运行要求而定，依据主要技术参数，可对下部组合轴承有更加直观的认识。

表1 发电机技术参数

表2 下部组合轴承运行设计参数

2.2 下部组合轴承问题情况概述

以桐柏公司1号发电电动机组为例，1号机组于2006年正式投产运行，投产至今，检查历年机组运行正常温度平均值大概在75℃左右，投运初期，设计单位建议将瓦温报警值设置在83℃。运行将近10年之久后，2014年初在运行时发现推力瓦温出现不稳定现象（如图4），且较大幅度温度偏高，最高温度超过报警值83℃，离跳机值86℃非常接近，机组在此情况下运行非常危险，此问题急需解决。

2.3 推力瓦温过高原因分析及相应解决方法

2.3.1 推力系统本体相关原因分析及解决办法

（1）推力系统故障点

1）推力系统存在的问题：桐柏公司机组由于采用半伞式结构，故其推力系统位于下机架内，与下导轴承构成下部组合轴承，机组运行期间，其推力瓦与镜板接触面会形成油膜润滑、并起到冷却作用。由于推力瓦水平高度和水平度由其背面的推力瓦背弹簧板和推力瓦支撑块决定，故弹簧板和支撑块的调整，材质等因素，共同构成推力瓦温温度增加的因素，由于推力瓦、弹簧板加工工艺目前国内厂家暂时无法满足要求，致使目前国内同类型电站对推力瓦受力情况调整主要靠生产技术人员凭经验操作，以保证推力瓦的水平度和高程，进而降低推力瓦温。

图4 机组运行时推力瓦温截图

2）目前发现推力瓦背弹簧板固定卡环出现变形情况：推力瓦背弹簧板由3个卡环将弹簧板固定在推力瓦背面，1个在径向固定，另外2个在圆周方向上固定，经机组长时间运行后，抽瓦检查发现位于圆周的2个卡环出现变形（如图5），而径向的卡环并未变形。

图5

3）推力瓦与推力瓦支撑柱存在碰撞痕迹，且推力瓦背弹簧板与推力瓦也发现位移，依据推力瓦背弹簧板位移方向可以推断出，机组在发电期间（俯视逆时针旋转），是造成推力瓦和弹簧板位移的原因。

4）机组推力瓦背弹簧板和推力瓦支撑块也存在相对位移，并且依据检查图片可看出存在磨损，刮擦痕迹，大致位移量为8～10 mm，推力瓦支撑柱存在变形，但并未出现松动（如图6）。

（2）故障原因分析

1）机组在正常运行期间，推力瓦温大致在75℃左右，当机组停机后，由于推力外循环冷却系统原因，推力瓦温大致会在30 min内，降至常温左右，至此会产生热胀冷缩的问题。在镜板冷却期间，由于停机后高压注油泵停止运行，发电机整机重量会落在推力瓦与镜板之间，镜板与推力瓦压实，干摩擦会导致镜板带动推力瓦一起径向移动，而此时推力瓦背弹簧板则也会由于推力瓦的移动而产生径向移动，长此以往，则会造成推力瓦背弹簧板位于圆周方向的卡环出现严重的受力变形。而当机组发电开机或者抽水开机，无论机组启动初期靠高压油泵顶起形成油膜运行，还是后期机组在高转速下的离心力自吸，都会导致机组轻微抬机量的产生，进而在镜板和推力瓦接触面形成油膜并导致摩擦力减小，所以此刻当推力瓦因离心力移动时，并不会导致轴向推力瓦背弹簧板卡环的变形。

图6

2）经现场检查发现，推力瓦面存在划痕，且下导油槽内透平油里发现金属颗粒，可初步判断是由于金属部件摩擦产生，而此金属颗粒一旦在机组运行期间进入推力瓦面与镜板之间，则会磨损推力瓦面纹路，推力瓦面纹路对透平油的流动有很大的作用，直接关系油膜的建立，影响推力瓦温是否正常。

（3）推力系统问题相应解决方法

如出现因推力瓦，推力瓦背弹簧板，卡环以及推力瓦支撑块造成机组推力瓦温异常，可采取下列方法进行简要处理：

1）对推力瓦进行刮瓦处理：采用刀口尺对推力瓦面平整度进行检查，瓦面如若出现毛刺，应采用刮刀对相关部位进行仔细研磨，后采用刀口尺重新检查，直至瓦面平整。

2）对推力瓦面纹路进行修复：推力瓦面存在很多纹路，此纹路对机组运行期间推力瓦面透平油油膜的建立有重要作用，故在对推力瓦面进行刮瓦处理时，因采用刮刀按纹路对推力瓦面纹路进行大致修复，但不易过度研磨。

3）桐柏电厂推力瓦系统推力瓦外环并未安装固定挡块，在此可加工一个M16螺孔，并加装固定挡块，对推力瓦的径向移动起到限制作用，进而对推力瓦背弹簧板卡环和推力瓦背弹簧板也有很好的保护作用。

4）对已存在变形的推力瓦背弹簧板、推力瓦背弹簧板卡环进行更换，以及更换变形的推力瓦支撑柱。（如需要更换变形严重的推力瓦背弹簧板，由于要求精度较高，最好进行原厂定做，更换前对推力瓦背弹簧板用柴油仔细清洗，并根据实际情况对推力瓦背弹簧板和推力瓦的接触面进行研磨，防止由于出现毛刺，金属颗粒导致对推力瓦的伤害）

2.3.2 高压油顶起系统引起瓦温异常相关原因分析以及解决办法

（1）高压油顶起系统对推力瓦温是否正常起到至关重要的作用，由于机组在停机工况情况下，发电机全部重量压在镜板和推力瓦之间，故在机组启动初期，高压油泵启动，设计上会让推力瓦和镜板之间存在0.05 mm油膜，防止推力瓦与镜板的干摩擦。高压油通过推力瓦外环的单向阀连接，透平油由瓦面喷出，一旦出现单向阀的堵塞，便会造成推力瓦面油膜异常，与镜板产生干摩擦，瓦温异常升高。

（2）造成连接推力瓦单向阀堵塞重要原因便是透平油油质，近几年检查发现桐柏公司1、2号机组下导油槽存在透平油内有金属颗粒以及油泥等问题，针对此类问题，桐柏公司提出结合每月的机组D修，逐台对每台机组的透平油进行检查，并进行滤油，目前桐柏公司采用板式滤油机重复滤油，目前滤油效果较好。对瓦温异常的机组，着重检查对应推力瓦安装的单向阀，如若出现单向阀堵塞，则应及时进行更换，安装前应对新的单向阀进行检查，是否存在堵塞（如图7）。

图7

2.3.3 推力外循环冷却器系统引起瓦温异常问题以及解决办法

目前，桐柏电厂下部组合轴承冷却采用推力外循环冷却系统，共3台冷却器，正常运行情况下投运2台，1台备用，并定期采用切换投运方式进行。其基本冷却原理为机组在运行期间，热油管从冷却水管内流过，并加折板以增加冷却效果，近些年由于冷却水管的锈蚀，水质不净，以及水生物滋生等原因，致使桐柏公司多台机组推力外循环冷却水流量出现明显下降，直接影响瓦温等相关设备的正常运行。针对此类问题，桐柏公司目前采取措施有：

（1）如若机组处在运行期间，离检修计划较远，可暂时将备用冷却系统投运，3台冷却器投运保证机组的正常运行，或人为通过调整下导冷却水进水阀开度，以增加机组下部组合轴承冷却水流量，提升冷却效果。

（2）结合机组每月的定检或者D修计划，针对性的对冷却器冷却水管路进行检查，采用散热管专用钢刷对铁锈进行清扫，并用高压水枪对管路泥沙，贝壳去除，保证冷却器冷却水管路的正常运行，并结合D修工作，对机组技术供水过滤器的滤芯进行检查、更换，防止由于滤芯问题，导致技术供水管路内的水生物、杂质堵塞管路，使冷却系统冷却效果降低，影响设备的正常运行。

3 结论

桐柏电厂投运至今，在2014年1号机组首先出现推力瓦瓦温异常情况，已结合机组A修工作，拟写上述检修方法，对推力瓦瓦面研磨，推力瓦支撑柱更换，推力瓦支撑块更换以及推力瓦背弹簧板研磨，经修后试验运行检查发现此种效果对瓦温控制效果显著，瓦温由检修前83℃下降至75℃左右，保证机组平稳的运行。桐柏公司2号机组2018年出现同样相关问题，采用1号机组检修经验，并结合对推力瓦单向阀的检查，检修经验举一反三，使桐柏公司在很短的检修期便解决了瓦温问题，故在此建议同类型电站如若出现类似问题，可加以采用参考。