HL式卧轴水轮发电机组瓦温过高故障浅析

石 峰，李 超

(安吉县赋石渠道管理所，浙江 安吉 313300)

1 概 述

某电站装设2台“HL式卧轴”水轮发电机组，其中1号机容量5 000 kW，是型号为HLA696—WJ—110的三支点水轮发电机组；2号机容量2 500 kW，是型号为HLA855—WJ—78的二支点水轮发电机组。2台机组自安装完成后，由于轴承瓦温过高而不能投入正常发电运行。

2 HL式卧轴水轮发电机组结构特点

水电站HL卧式水轮发电机组主要有“四支点、三支点和二支点”等布置形式。由于它们都具“结构紧凑、安装、检修和运行维护方便”等优点，而被小型水电站广泛采用(见图1)。

(a)四支点机组 (b)三支点机组 (c)二支点机组图1 卧式机组布置形式

(1)四支点机组。水轮机与发电机主轴上均布置2个径向轴承，水轮机主轴与发电机主轴用弹性联轴器连接，飞轮安装在水轮机主轴中部。四支点机组采用弹性联接，同心度要求不高，安装检修方便，但传递功率较小，因此适用500 kW及以下的机组(本文不展开讨论)。

(2)三支点机组。在水轮机与发电机主轴上布置三导径向轴承和一导推力轴承，水轮机主轴上布置一导径向轴承，推力轴承一般也布置在这导轴承的同一只油箱中，称为水导径向推力轴承；发电机主轴上布置两导径向轴承，分别为前导和后导径向轴承。飞轮夹装在水轮机法兰盘与发电机法兰盘中间，水轮机主轴联轴器、发电机主轴联轴器和飞轮采用刚性连接。

(3)二支点机组。没有水轮机主轴，发电机主轴两端分别装了“转轮和飞轮”，转子装在主轴中间。主轴上布置两导径向轴承和一导推力轴承，在发电机主轴两端的径向轴承油箱中均可布置推力轴承，用户可根据需要选择推力轴承布置的具体位置。二支点机组“一根主轴、两导径向轴承和一导推力轴承”结构简单，机组安装、检修过程中省去了轴线找正和轴瓦的受力调整等工艺，安装、检修十分方便。

3 水轮发电机组轴承瓦温过高

某电站“HLA696—WJ—110”1号水轮发电机组和“HLA855—WJ—78”2号水轮发电机组从空载至带满负荷运行，水轮发电机组“推力瓦、径向瓦”的温度均上升过快，且超过60 ℃还未见稳定(见表1、表2)。

表1 HLA696—WJ—110的三支点水轮发电机组瓦温记录

表2 HLA855—WJ—78的二支点水轮发电机组瓦温记录

4 原因分析

4.1 1号水轮发电机组

(1)“HLA696—WJ—110”1号机组属“三支点布置的水轮发电机组”，由于HL卧式三支点机组三个支点受力的结构特点，提高了“安装、检修”的技术难度，“安装、检修”过程中在“大轴定心、水轮机主轴和发电机主轴与飞轮的联接、轴承的各部间隙、瓦与主轴接触面积、主轴挠度控制”等环节工艺、技术要求高；尤其是主轴挠度控制等理论上还没有形成规范，目前只能依靠检修经验。

三支点水轮发电机组在主轴中间装有“发电机转子、飞轮”等转动部件，并在“发电机转子和飞轮”自重的作用下，实际是1根下挠的曲线，我们把曲线下挠的程度称为“主轴的挠度”。“主轴的挠度”又受各导轴承高程的直接影响，各导轴承不同的受力状况，致使主轴产生不同的挠度。水轮机主轴和发电机主轴与飞轮的联接，在沿圆周360°的方向垂直度，又决定了挠曲线360°范围内的不同形状。在“安装、检修”实践中，“主轴的挠度”通常采用框型水平仪，在主轴三导轴承的轴颈处测出它的水平值，来判断主轴的挠曲情况。实践证明，用框型水平仪在三导轴承的轴颈处测得读数A1、A2、A3对同一型号机组是定值，并且：水导轴承主轴应向蜗壳向偏高5格以上(水平仪测得值A1≥5格);中导轴承主轴应向蜗壳向偏高3格以上(水平仪测得值A2≥3格)；后导轴承主轴应向发电机反方向偏高7格以上(A3≥7格)。因此，说明主轴处在正常挠度位置，三导轴承处在同一根中心(见图2)。

图2 主轴水平示意

(2)对1号水轮发电机组主轴水平度(挠度)检查。为了检验大轴联接是否曲折和主轴不同方向的挠度，一般采取在三导轴承的轴颈处，沿轴的圆周360°的方向每隔90°测出主轴三导轴承的轴颈处框型水平仪的读数。联轴质量良好的大轴，沿轴的圆周方向每隔90°测出的框型水平仪读数是接近的；否则，由于刚性联接质量低而至大轴联接人为曲折。按此要求，我们发现“1号水轮发电机组轴线的水平状况”如下所示(见图3)。

图3 1号水轮发电机组轴线状况示意

1号水轮发电机组轴线的挠度从0°～270°沿圆周4个测面用框形水平仪测出水平值，不能满足轴线“水平度、自然挠曲和三个径向轴承同心度”的要求。

(3)对1号水轮发电机组推力轴承进行检查。翻出推力轴承8块推力瓦，发现：1、6、7号推力瓦基本未受力；2号推力瓦30%瓦面受力；3号推力瓦10%瓦面受力；4、5、8号推力瓦不足10%瓦面受力(见图4)。

图4 1号水轮发电机组推力瓦实际受力示意

按《水轮发电机组安装技术规范》(GB/T 8564—2003)要求，推力瓦与推力盘的接触面应达到75%，每平方厘米应有1～3个接触点，而1号水轮发电机组推力轴承安装质量远未达到此标准。

4.2 2号水轮发电机组

(1)“HLA855—WJ—78”属于“二支点布置的水轮发电机组”。二支点机组水轮机没有主轴，发电机主轴两端分别装了“转轮和飞轮”，转子装在主轴中间。主轴上布置两导径向轴承和一导推力轴承，在发电机主轴两端的径向轴承油箱中均可布置推力轴承。二支点机组简化了机组结构，一根主轴、两导径向轴承，使得装配过程中省去了轴线找正和轴瓦径向受力调整等复杂工艺，机组轴承的安装调整一般只考虑“推力瓦受力、径向瓦的受力和各导轴承各部间隙”等状况；为此，相对简单。

(2)对2号水轮发电机组推力轴承进行检查。翻出推力轴承10块推力瓦，检查发现：5、6、7、10号推力瓦基本未受力；9、8、3号推力瓦不足10%瓦面受力；1、2、4号推力瓦不足20%瓦面受力(见图5)。

图5 2号水轮发电机组推力瓦实际受力示意

按《水轮发电机组安装技术规范》要求，推力瓦与推力盘的接触面应达到75%，每平方厘米应有1～3个接触点，同样2号水轮发电机组推力轴承安装质量远未达到此标准。

4.3 轴承各部间隙

2台机组轴承各部间隙均符合设计要求。

5 结 语

准确把握“大轴联接良好和主轴水平度(挠度)”是HL式卧轴三支点水轮发电机组安装、检修及轴线找准的关键，确保轴瓦足够的受力面积并使各瓦均匀受力以及轴承各部的间隙正确设定，则是轴承安装、检修的基本要求。