HL式臥軸水輪發(fā)電機組瓦溫過高故障淺析

石 峰，李 超

(安吉縣賦石渠道管理所，浙江 安吉 313300)

1 概 述

某電站裝設2臺“HL式臥軸”水輪發(fā)電機組，其中1號機容量5 000 kW，是型號為HLA696—WJ—110的三支點水輪發(fā)電機組；2號機容量2 500 kW，是型號為HLA855—WJ—78的二支點水輪發(fā)電機組。2臺機組自安裝完成后，由于軸承瓦溫過高而不能投入正常發(fā)電運行。

2 HL式臥軸水輪發(fā)電機組結構特點

水電站HL臥式水輪發(fā)電機組主要有“四支點、三支點和二支點”等布置形式。由于它們都具“結構緊湊、安裝、檢修和運行維護方便”等優(yōu)點，而被小型水電站廣泛采用(見圖1)。

(a)四支點機組 (b)三支點機組 (c)二支點機組圖1 臥式機組布置形式

(1)四支點機組。水輪機與發(fā)電機主軸上均布置2個徑向軸承，水輪機主軸與發(fā)電機主軸用彈性聯(lián)軸器連接，飛輪安裝在水輪機主軸中部。四支點機組采用彈性聯(lián)接，同心度要求不高，安裝檢修方便，但傳遞功率較小，因此適用500 kW及以下的機組(本文不展開討論)。

(2)三支點機組。在水輪機與發(fā)電機主軸上布置三導徑向軸承和一導推力軸承，水輪機主軸上布置一導徑向軸承，推力軸承一般也布置在這導軸承的同一只油箱中，稱為水導徑向推力軸承；發(fā)電機主軸上布置兩導徑向軸承，分別為前導和后導徑向軸承。飛輪夾裝在水輪機法蘭盤與發(fā)電機法蘭盤中間，水輪機主軸聯(lián)軸器、發(fā)電機主軸聯(lián)軸器和飛輪采用剛性連接。

(3)二支點機組。沒有水輪機主軸，發(fā)電機主軸兩端分別裝了“轉輪和飛輪”，轉子裝在主軸中間。主軸上布置兩導徑向軸承和一導推力軸承，在發(fā)電機主軸兩端的徑向軸承油箱中均可布置推力軸承，用戶可根據(jù)需要選擇推力軸承布置的具體位置。二支點機組“一根主軸、兩導徑向軸承和一導推力軸承”結構簡單，機組安裝、檢修過程中省去了軸線找正和軸瓦的受力調整等工藝，安裝、檢修十分方便。

3 水輪發(fā)電機組軸承瓦溫過高

某電站“HLA696—WJ—110”1號水輪發(fā)電機組和“HLA855—WJ—78”2號水輪發(fā)電機組從空載至帶滿負荷運行，水輪發(fā)電機組“推力瓦、徑向瓦”的溫度均上升過快，且超過60 ℃還未見穩(wěn)定(見表1、表2)。

表1 HLA696—WJ—110的三支點水輪發(fā)電機組瓦溫記錄

表2 HLA855—WJ—78的二支點水輪發(fā)電機組瓦溫記錄

4 原因分析

4.1 1號水輪發(fā)電機組

(1)“HLA696—WJ—110”1號機組屬“三支點布置的水輪發(fā)電機組”，由于HL臥式三支點機組三個支點受力的結構特點，提高了“安裝、檢修”的技術難度，“安裝、檢修”過程中在“大軸定心、水輪機主軸和發(fā)電機主軸與飛輪的聯(lián)接、軸承的各部間隙、瓦與主軸接觸面積、主軸撓度控制”等環(huán)節(jié)工藝、技術要求高；尤其是主軸撓度控制等理論上還沒有形成規(guī)范，目前只能依靠檢修經(jīng)驗。

三支點水輪發(fā)電機組在主軸中間裝有“發(fā)電機轉子、飛輪”等轉動部件，并在“發(fā)電機轉子和飛輪”自重的作用下，實際是1根下?lián)系那€，我們把曲線下?lián)系某潭确Q為“主軸的撓度”?！爸鬏S的撓度”又受各導軸承高程的直接影響，各導軸承不同的受力狀況，致使主軸產(chǎn)生不同的撓度。水輪機主軸和發(fā)電機主軸與飛輪的聯(lián)接，在沿圓周360°的方向垂直度，又決定了撓曲線360°范圍內的不同形狀。在“安裝、檢修”實踐中，“主軸的撓度”通常采用框型水平儀，在主軸三導軸承的軸頸處測出它的水平值，來判斷主軸的撓曲情況。實踐證明，用框型水平儀在三導軸承的軸頸處測得讀數(shù)A1、A2、A3對同一型號機組是定值，并且：水導軸承主軸應向蝸殼向偏高5格以上(水平儀測得值A1≥5格);中導軸承主軸應向蝸殼向偏高3格以上(水平儀測得值A2≥3格)；后導軸承主軸應向發(fā)電機反方向偏高7格以上(A3≥7格)。因此，說明主軸處在正常撓度位置，三導軸承處在同一根中心(見圖2)。

圖2 主軸水平示意

(2)對1號水輪發(fā)電機組主軸水平度(撓度)檢查。為了檢驗大軸聯(lián)接是否曲折和主軸不同方向的撓度，一般采取在三導軸承的軸頸處，沿軸的圓周360°的方向每隔90°測出主軸三導軸承的軸頸處框型水平儀的讀數(shù)。聯(lián)軸質量良好的大軸，沿軸的圓周方向每隔90°測出的框型水平儀讀數(shù)是接近的；否則，由于剛性聯(lián)接質量低而至大軸聯(lián)接人為曲折。按此要求，我們發(fā)現(xiàn)“1號水輪發(fā)電機組軸線的水平狀況”如下所示(見圖3)。

圖3 1號水輪發(fā)電機組軸線狀況示意

1號水輪發(fā)電機組軸線的撓度從0°～270°沿圓周4個測面用框形水平儀測出水平值，不能滿足軸線“水平度、自然撓曲和三個徑向軸承同心度”的要求。

(3)對1號水輪發(fā)電機組推力軸承進行檢查。翻出推力軸承8塊推力瓦，發(fā)現(xiàn)：1、6、7號推力瓦基本未受力；2號推力瓦30%瓦面受力；3號推力瓦10%瓦面受力；4、5、8號推力瓦不足10%瓦面受力(見圖4)。

圖4 1號水輪發(fā)電機組推力瓦實際受力示意

按《水輪發(fā)電機組安裝技術規(guī)范》(GB/T 8564—2003)要求，推力瓦與推力盤的接觸面應達到75%，每平方厘米應有1～3個接觸點，而1號水輪發(fā)電機組推力軸承安裝質量遠未達到此標準。

4.2 2號水輪發(fā)電機組

(1)“HLA855—WJ—78”屬于“二支點布置的水輪發(fā)電機組”。二支點機組水輪機沒有主軸，發(fā)電機主軸兩端分別裝了“轉輪和飛輪”，轉子裝在主軸中間。主軸上布置兩導徑向軸承和一導推力軸承，在發(fā)電機主軸兩端的徑向軸承油箱中均可布置推力軸承。二支點機組簡化了機組結構，一根主軸、兩導徑向軸承，使得裝配過程中省去了軸線找正和軸瓦徑向受力調整等復雜工藝，機組軸承的安裝調整一般只考慮“推力瓦受力、徑向瓦的受力和各導軸承各部間隙”等狀況；為此，相對簡單。

(2)對2號水輪發(fā)電機組推力軸承進行檢查。翻出推力軸承10塊推力瓦，檢查發(fā)現(xiàn)：5、6、7、10號推力瓦基本未受力；9、8、3號推力瓦不足10%瓦面受力；1、2、4號推力瓦不足20%瓦面受力(見圖5)。

圖5 2號水輪發(fā)電機組推力瓦實際受力示意

按《水輪發(fā)電機組安裝技術規(guī)范》要求，推力瓦與推力盤的接觸面應達到75%，每平方厘米應有1～3個接觸點，同樣2號水輪發(fā)電機組推力軸承安裝質量遠未達到此標準。

4.3 軸承各部間隙

2臺機組軸承各部間隙均符合設計要求。

5 結 語

準確把握“大軸聯(lián)接良好和主軸水平度(撓度)”是HL式臥軸三支點水輪發(fā)電機組安裝、檢修及軸線找準的關鍵，確保軸瓦足夠的受力面積并使各瓦均勻受力以及軸承各部的間隙正確設定，則是軸承安裝、檢修的基本要求。