卧式水轮发电机轴承温度高的原因及处理

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　　摘要：水轮发电机组轴承温度高一直是困扰水电站安全运行的一大问题，轻则减少发电出力，重则造成轴承烧瓦，造成发电机轴承温度高的原因较多，基于此，从水轮发电机轴承系统分析温度高的原因，对症下药，避免盲目处理。
　　关键词：水轮发电机;轴承;温度;处理方法
　　卧式水轮发电机组在运行中，保持轴瓦温度在允许的范围以内，是电站安全运行的保证。一台机组在安装完成投入正常运行以后，轴瓦温度一般应无较大的变化。如果由于季节原因引起外界温度发生较大变化，轴瓦温度上升或下降几度，这是正常的。如在外界温度变化不大时，轴瓦温度上升3℃～5℃，就应当查找原因。引起轴瓦温度升高的原因较多，笔者根据水电站多年来运行经验，大致有以下几个方面引起。
　　1.水轮发电机轴承系统工作原理分析
　　卧式水轮发电机轴承一般都有推力轴承和径向轴承，一套完整的轴承可将其分为三大系统，即轴瓦系统、油循环系统、冷却系统。轴瓦系统滑动摩擦产生热量，油循环系统起着热移动的作用，冷却系统起着热交换的作用，其工作过程如下，发电机转子转动时，转轴轴颈或推力盘与轴瓦或推力瓦块摩擦产生的热量，被润滑油带走，热油通过冷却器进行热交换将热量带走，这样不断循环，使轴承保持在一定的温度内，以上任何一个系统出现问题，将导致轴承温度升高，因此轴承温度升高，需从以上三个方面进行检查，找出真正的原因，从而解决轴承温度过高的问题。
　　2.轴承各系统的结构及作用分析
　　2.1轴瓦结构分析
　　轴瓦是水轮发电机组滑动摩擦的重要部件，其主要由基座及巴氏合金面组成，巴氏合金是具有减摩特性的锡基和铅基轴承合金，特点是，在软相基体上均匀分布着硬相质点，软相基体使巴氏合金具有非常好的嵌藏性、顺应性和抗咬合性，并在磨合后，软基体内凹，硬质点外凸，使滑动面之间形成微小间隙，成为贮油空间和润滑油通道，利于减摩;上凸的硬质点起支承作用，有利于承载。当主轴随机组高速运转时，轴承合金瓦面与主轴间将产生5丝左右的油膜，随着机组运转，油膜的热油不断被新入的经过冷却的冷油接替，这样就带走轴承运行磨擦而产生的大部分热量，从而使瓦温保持在一定范围内。
　　2.2油循环系统分析
　　卧式水轮发电机组轴承一般都分成上下两个油腔，上油腔内有轴瓦、推力盘、油罩等，轴承摩擦产生的热量经透平油介质聚集在此，属于热油腔。下油腔装有冷却器，属于冷油腔，上下油腔有两个通道可以相连，上油腔热油通过重力流到下油腔，下油腔油依靠推力盘及油罩组成的较为密闭的结构，转子转动时，由推力盘带动润滑油流动形成一定的负压，使下油腔的冷油进入摩擦面，冷油通过摩擦面后再变成热油，再流到下油腔进行冷却，如此不断循环，从而保证整个轴承温度稳定。油循环系统在运行中必须保持循环过程顺畅，循环不顺畅将导致瓦温异常。
　　2.3油冷却系统分析
　　油冷却系统主要由冷却器及冷却水管组成，冷却器是进行热交换的设备，对于内循环冷却器，冷却器一般安装在轴承的下部，大部分做成抽屉式，由端盖、散热铜管、挡板等组成，不同的轴承需配相对应的冷却器，冷却器冷却容量与机组容量及轴承的大小有关，其性能的好坏也决定整个发电机轴承的温度高低，正常情况下，冷却器流体总是走阻力最小路径。因此，冷却器散热管外部要配合轴承结构设几道挡板，让热油大部分要从径向通过冷却器的散热管，才能充分发挥冷却器的效率，以达到最佳的冷却效果。
　　3.引起轴承温度高的原因分析及处理方法
　　从以上三大系统结构分析，轴承温度异常，都与轴承的三大系统不正常运行有着密切的联系，以下从几个案例分析轴承温度高原因及处理方法。
　　3.1轴瓦系统原因
　　轴瓦系统是轴承发热的热源，主要是轴瓦及推力瓦块的研刮及调整，如果轴瓦研刮质量不合格或调整不当，机组运转后破坏油膜的形成，导致摩擦产生的热量过多，必将引起轴承温度过高。因此严格按照规程要求进行轴瓦的研刮和调整，是保证轴瓦正常运行的首要因素。在进行水轮发电机组检修或更换新的轴瓦时，首先必须对轴瓦进行研刮，保证瓦面接触点符合要求，其次，轴瓦间隙必须调整合适，卧式机组的轴瓦间隙有侧间隙、顶间隙和轴向间隙三种。如侧间隙过小，进油边进油口间隙过渡不当，不易形成楔形进油，使润滑油量减少，油膜变薄，轴瓦温度就会升高。如果顶间隙调的过大或过小，会引起主轴振动不利于油的循环，瓦温要升高。
　　在轴瓦系统方面，有一个容易被忽略的因素，那就是轴电流的形成引起的轴承温度异常，这主要是存在于没有轴接地碳刷的机组当中，轴电流的产生是由于转轴的磁化效应，轴转动时切割磁场，产生轴电压，当电压足够高时造成油膜破裂击穿，产生轴电流，把轴颈和轴瓦烧坏，破坏油膜的形成，造成干摩擦，发热量增加，直到烧坏轴瓦。笔者所在公司有一座水电站，发电机容量3*500kW，三台发电机组轴承常年在高温度下运行，特别是在机组带上负荷运行后，轴承温度上升很快，带满负荷后轴承温度基本已达到临界状态，曾经请多家检修单位进行处理，均没有效果，后经仔细检查瓦面及油质，并测量绝缘电阻，最终确定为轴电流引起瓦温异常，在大轴加装了接地碳刷后故障消除，轴承温度恢复正常，解决了困扰多年的问题。
　　3.2油循环系统方面原因
　　油循环系统方面原因首先是推力盘设计不合理，推力盘甩油量不够。笔者单位有一水电站，在进行增效扩容改造后，水轮发电机生产厂家把低转速机组当做高速机组设计，造成甩油不足，轴承温度偏高。其次是油循环不畅，导致油循环不畅的原因，主要推力盘与回油罩及油管密封不严，没有形成负压，或负压过小，导致循环油量过少，冷热油未能充分循环，或只有在热油腔进行循环，热油未经冷却，这样最终导致温度不断地上升。1994年，笔者所在电站有一台水轮发电机，容量为1600 kW，当时是检修完成后，试运行时轴承温度过高无法运行，当时都以为主要原因是轴瓦系统的问题，曾多次对轴瓦进行研刮和调整，但都在空转运行时温度就过高了，也有多家检修单位对轴瓦进行进行处理，都无功而返，后来经过对轴承系统结构进行认真分析检查，发现回油罩与下油腔连接的进油管，由于螺栓的松动，使回油罩与进油管脱落，冷热油无法进行循环，导致下油腔冷油无法进入轴瓦，经过拧紧螺栓并密封好后，开机运行轴承温度正常。第三，油循环系统方面还有一个原因是轴承油位过高。轴承油位过高，再加上密封不好，上油腔热油混入推力盘及回油罩组成的循环系统，也就是油只在上油腔内循环，相当于将热油进行循环，最终导致轴承温度上升。因此，轴承油位要保证在其生产厂家况明书规定的范围内，不是越多越好。
　　3.3油冷却系统方面的原因
　　油冷却系统在轴承结构中担负着热交换的作用，轴承滑动摩擦产生的热量需要冷却器热交换把热量带走，从而使轴承热交换达到一个平衡，也就是将其控制在一定的温度范围内，如果这种平衡被破坏，就导致温度上升。例如，轴瓦系统产生的热量为正常发热量，但是由于冷却系统由于某种原因，造成冷却效果不良，必将导致整个轴承温度的上升。影响冷却系统冷却效果一般有以下方面的原因，一是冷却器散热管堵塞，使得散热面积变小，在发热量不变的情况下，必将引起温度的上升。二是冷却器散熱管结有水垢，造成导热系数变小，导致热交换效率下降。这种情况普遍存在于运行多年的水电站中，而且未被重视，检修时只是简单的疏通或冲洗，冷却效果大打折扣，所以对于有水垢的散热管必须进行酸洗处理。三是部分经过改造更换铜管后的冷却器，未按原位置放挡板，或挡板放置位置不对，造成回油路径堵塞，或回油路径过短，没有充分发挥冷却效率。四是冷却水压力过低，流量不足。
　　4结语
　　综上所述，卧式水轮发电机轴承系统的稳定性是机组安全运行的重要保证，轴瓦结构、油循环系统或油冷却系统出现异常，都会导致正常运行的机组事故停机或烧瓦等，当出现轴承温度异常时，要从以上三大系统中进行仔细的研判，找准问题的根源，对症下药，避免盲目处理。
　　参考文献
　　[1]陆世银.卧式水轮发电机组烧瓦原因及处理措施[J].江西水利科技，2014（02）：141-145.
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