水導(dǎo)軸承和推力軸承瓦溫升高原因分析及處理

水導(dǎo)軸承和推力軸承瓦溫升高原因分析及處理

1發(fā)電機(jī)及水導(dǎo)瓦該裝置配備了兩臺(tái)hl混流式hl（a100.15）和兩臺(tái)砂9.8-10.2860水輪發(fā)電，配備2.9.8mw系統(tǒng)。轉(zhuǎn)輪直徑1.2m,額定轉(zhuǎn)速600r/min,額定水頭92m,額定出力10.208MW,比轉(zhuǎn)速212.8m.kW,水導(dǎo)瓦采用筒式瓦結(jié)構(gòu)。發(fā)電機(jī)額定功率9.8MW,額定電壓10.5kV,額定電流673.6A,轉(zhuǎn)子絕緣等級(jí)F級(jí),8塊鎢金推力瓦,推力軸承負(fù)荷75.5t,推力軸承采用剛性支柱式、內(nèi)循環(huán)油冷卻方式。該電站1號(hào)機(jī)組推力瓦、水導(dǎo)瓦溫度達(dá)到約65℃,處于停機(jī)溫度的邊緣,經(jīng)過(guò)兩次常規(guī)性檢修后,機(jī)組只能安全運(yùn)行3個(gè)月,3個(gè)月后,瓦溫高的問(wèn)題又再次出現(xiàn),2009年底隨即對(duì)1號(hào)機(jī)組進(jìn)行A級(jí)檢修工作。2水輪發(fā)電機(jī)組安裝前狀態(tài)檢修前首先進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和初步分析,發(fā)現(xiàn)機(jī)組主要存在以下問(wèn)題:(1)通過(guò)測(cè)量各軸承瓦間隙得知,主軸的停機(jī)位置處于第三象限偏-Y方位;(2)上下導(dǎo)瓦抗重螺栓的螺套發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)度不一的裂紋,抗重螺栓與螺套配合比較松動(dòng);(3)轉(zhuǎn)輪上止漏環(huán)平均間隙0.756mm,最大值達(dá)平均值的+32.2%,最小值達(dá)平均值的-14%;下止漏環(huán)平均間隙0.774mm,最大值達(dá)平均值的+48.6%,最小值達(dá)平均值的-42%。轉(zhuǎn)輪止漏環(huán)的中心不符合水輪發(fā)電機(jī)組安裝規(guī)范的要求,下止漏環(huán)的數(shù)據(jù)顯示出主軸稍偏向-Y方位;(4)上機(jī)架(荷重機(jī)架)及鏡板不水平。推力頭與鏡板接合面在4個(gè)點(diǎn)放置了兩塊0.05mm和兩塊0.10mm的墊片;水發(fā)聯(lián)軸法蘭在+Y方位放置一塊0.05mm墊片,初步判斷為:以前的檢修單位或原安裝單位在處理軸線時(shí)放置的;(5)剛性支承的推力瓦支柱螺栓與螺孔配合比較松動(dòng),最小的軸向串動(dòng)值0.15mm,最大的軸向串動(dòng)值0.51mm。3大軸、水導(dǎo)瓦溫度偏高由于大軸的停機(jī)位置偏向第三象限,大軸在實(shí)際運(yùn)行會(huì)往第三象限擠靠,第三象限的各導(dǎo)瓦間隙將會(huì)變小,大軸與水導(dǎo)瓦產(chǎn)生憋勁,造成了水導(dǎo)瓦溫度升高,這與水導(dǎo)瓦在第三象限方位溫度偏高的事實(shí)相符。造成該現(xiàn)象的主要原因是鏡板不水平、大軸與鏡板不垂直、機(jī)組的旋轉(zhuǎn)中心線與機(jī)組的中心線不重合等,使得推力瓦受力不均勻,導(dǎo)致了推力瓦的溫度升高。因此,推力瓦和水導(dǎo)瓦的溫度升高,兩者之間存在必然的聯(lián)系。3.1推力瓦安裝面為單一材質(zhì)不均勻間隙的機(jī)組在水發(fā)聯(lián)軸法蘭、推力頭與鏡板之間的組合面放置紫銅墊,本身就說(shuō)明了機(jī)組軸線存在傾斜、軸線與鏡板不垂直。軸線傾斜,主要是由于主軸、鏡板、推力頭等設(shè)備的制造加工精度不足,以及推力軸承受力調(diào)整、主軸軸線調(diào)整不當(dāng)?shù)仍蛞?。采用多點(diǎn)、多塊厚度不均的紫銅墊來(lái)調(diào)整機(jī)組的軸線,會(huì)使鏡板與推力頭之間形成不均勻間隙,機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中,鏡板將相對(duì)推力瓦產(chǎn)生位移變化,這個(gè)相對(duì)位移值有可能超過(guò)潤(rùn)滑油的最小油膜厚度,從而破壞油膜的穩(wěn)定,使推力瓦溫度升高。在推力瓦作用下,不均勻間隙內(nèi)的潤(rùn)滑油被擠壓,產(chǎn)生高壓射流或低壓吸流,長(zhǎng)期作用后,將對(duì)推力頭底面、鏡板背面起汽蝕破壞作用。這種作用過(guò)程是惡性循環(huán)的,最終導(dǎo)致軸線惡化。推力頭與鏡板之間的加墊位置,與檢修前鏡板水平數(shù)據(jù)反映的第三象限高不謀而合。通過(guò)計(jì)算得知,鏡板第三象限水平高了約0.07mm,等同于在鏡板第三象限方位加了0.07mm的墊片,這可以使水導(dǎo)軸承發(fā)生約0.556mm的擺度變化,而該電站筒式水導(dǎo)軸承瓦的雙邊設(shè)計(jì)間隙約0.40mm,由此可見(jiàn),加墊的方法和方位、墊片厚度計(jì)算不當(dāng),是造成水導(dǎo)軸承的擺度、瓦溫升高的主要因素之一。3.2計(jì)算厚度鏡板應(yīng)該有足夠的剛度。鏡板剛度小、靜撓度值偏大、鏡板不水平,在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生周期性的波浪狀變形,導(dǎo)致推力頭與鏡板結(jié)合面的接觸腐蝕,使機(jī)組軸線發(fā)生偏擺,軸的擺度增大和瓦溫升高。由文獻(xiàn)提供的鏡板厚度計(jì)算公式為:B———鏡板厚度,mm;D———鏡板外徑,mm;當(dāng)D≤1000mm時(shí),宜取上限;當(dāng)4000≥D>1000mm時(shí),宜取下限。已知該電站鏡板厚度H=60mm,外徑D=860mm,可知該電站的鏡板在設(shè)計(jì)時(shí)的計(jì)算系數(shù)取的是0.07,已知的經(jīng)辦厚度與理論計(jì)算厚度H1=60.2mm基本一致;如果該電站的鏡板計(jì)算系數(shù)按公式要求取上限0.08計(jì)算的話,理論計(jì)算厚度為H2=68.8mm,68.8-60.2=8.6mm。由此可見(jiàn),該電站鏡板的厚度存在偏薄的可能。面對(duì)75.5t的推力負(fù)荷、偏離設(shè)計(jì)運(yùn)行工況及飛逸轉(zhuǎn)速時(shí),鏡板的承載、抗變形能力較低。檢修單位隨即提出對(duì)鏡板的平行度公差、平面度公差、硬度及光潔度進(jìn)行檢查、校核。設(shè)備廠家檢測(cè)報(bào)告顯示:鏡板的各項(xiàng)指標(biāo)均符合技術(shù)要求,鏡板厚度在設(shè)計(jì)范圍內(nèi),本次檢修暫不處理。3.3支柱螺栓抗重螺栓金屬預(yù)充為了使推力瓦能獲得良好的油楔,形成壓力油膜,保證推力瓦的受力均勻,主要手段就是制造和安裝精度。檢查中發(fā)現(xiàn)推力瓦的支柱螺栓與螺栓孔配合比較松動(dòng),支柱螺栓的軸向串動(dòng)值在0.15-0.51mm之間。推力瓦的支柱螺栓與螺栓孔配合松動(dòng),使抗重螺栓在機(jī)組運(yùn)行時(shí)發(fā)生軸向串動(dòng),導(dǎo)致各推力瓦的平均受力狀態(tài)遭到破壞,各瓦受力不一致,受力大的瓦溫度首先升高。對(duì)于無(wú)托盤(pán)的支柱螺釘式推力瓦,當(dāng)負(fù)載增加時(shí),推力瓦的平均壓力增加,壓力變形也相應(yīng)增加,這又使得局部單位壓力增加,而導(dǎo)致瓦溫升高。瓦溫升高又使得溫度變形增加,且鎢金層的熱變形量是瓦基的兩倍,進(jìn)而是綜合變形增加。受推力瓦的物理特性影響,抗力擾度和熱擾度較弱,使推力瓦運(yùn)行油膜遭到破壞。受抗重螺栓軸向串動(dòng)影響,推力瓦的軸向間隙增大,使各瓦在承受動(dòng)載之后發(fā)生變形,導(dǎo)致各瓦受力不均,且機(jī)組在運(yùn)行中,同一塊瓦的受力也有較大脈動(dòng),導(dǎo)致瓦溫升高,造成水導(dǎo)軸承的擺度增大、瓦溫升高。通過(guò)查閱了文獻(xiàn)和資料了解到,支柱螺栓頭部一般設(shè)計(jì)為r=1000mm的球面,淬火后,硬度不得低于HRC40-50,尾部采用二級(jí)精度的二級(jí)細(xì)牙螺紋,頭部球面的光潔度要求達(dá)到△7以上,螺紋光潔度為△6,其余為△4。而且支柱螺栓的二級(jí)細(xì)牙,配合后螺紋間最大允許間隙不大于0.20mm。在不平衡磁拉力、軸向水推力、轉(zhuǎn)動(dòng)部分重量、機(jī)組在偏離設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行等多重外力作用下,推力瓦的運(yùn)行油膜遭到破壞,支柱螺栓的螺牙受到剪切、擠壓、松動(dòng)、變形,使得支柱螺栓與螺栓孔配合產(chǎn)生松動(dòng)而發(fā)生軸向串動(dòng)、鏡板不水平和主軸傾斜,導(dǎo)致機(jī)組振動(dòng)加大和軸承瓦溫升高。提高承重螺紋精度,減小螺紋間隙,可提高支柱螺栓的防松能力。將推力軸承支柱螺栓和各軸承抗重螺栓的螺紋精度提高到一級(jí),配合后螺紋間最大允許間隙約0.05mm左右。考慮到螺紋剪應(yīng)力較高,為了增大安全系數(shù),支柱螺栓材料選用40Cr合金結(jié)構(gòu)鋼,或更高等級(jí)的材料。支柱螺栓頭部的接觸應(yīng)力可按下式進(jìn)行計(jì)算:式中:F———支柱螺栓的負(fù)荷,kgf;E———鋼的彈性模量,取2.1×106(kgf/cm2);r———支柱螺栓頭部曲率半徑,cm。3.4于點(diǎn)段滌綸的推力瓦檢查推力瓦進(jìn)油邊的寬度和高度符合技術(shù)要求。檢修技術(shù)人員對(duì)推力瓦采用類似水圈形的修刮方法,該方法對(duì)于點(diǎn)支承、環(huán)支承的推力瓦更有利于油膜的形成、儲(chǔ)存,提高推力瓦抗熱變形及承載的能力。瓦面中心如果修刮不當(dāng),相當(dāng)于給運(yùn)行的推力瓦增加一個(gè)人為的凹變形,它將改變潤(rùn)滑膜壓強(qiáng)的合理分布,從而降低軸承的承載能力。因此,修刮推力軸瓦一個(gè)很重要的原則,是使修刮后的推力瓦在長(zhǎng)期帶負(fù)荷運(yùn)行中保持瓦面的平坦。4次盤(pán)車的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)檢測(cè)機(jī)組全面回裝后對(duì)主軸中心位置、推力軸承受力進(jìn)行了調(diào)整。由于主軸與轉(zhuǎn)子支架采用熱套連接方式,取出主軸,或?qū)⒅鬏S連同轉(zhuǎn)子一起返廠進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)有一定難度。因此,轉(zhuǎn)輪聯(lián)軸法蘭面、水發(fā)聯(lián)軸法蘭面、主軸與推力頭的配合面未能進(jìn)行檢測(cè)、處理,使得第一次盤(pán)車數(shù)據(jù)不合格。通過(guò)認(rèn)真細(xì)致的計(jì)算,在鏡板與推力頭結(jié)合面、水發(fā)聯(lián)軸結(jié)合面放置紫銅墊,第二次盤(pán)車的各項(xiàng)數(shù)據(jù)均符合規(guī)范要求,并依據(jù)盤(pán)車數(shù)據(jù)重新分配了各導(dǎo)軸承的導(dǎo)瓦間隙。目前,推力瓦、各導(dǎo)軸承的瓦溫均控制在60℃以下,機(jī)組振動(dòng)、擺度、油溫、瓦溫等指標(biāo)一切正常。5完善設(shè)備技術(shù)指標(biāo)水導(dǎo)軸承、推力軸承是水輪發(fā)電機(jī)組機(jī)械部分關(guān)鍵的部件,其工作性能