大型水电机组推力轴承运行稳定性及故障诊断

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1、大型水电机组推力轴承运行稳定性及故障诊断刘晓亭1刘昱2（1.湖北省电力试验研究院2.清华大学计算机科学系）摘要本文在调研的基础上，分析了当前大型水电机组推力轴承运行状况及其故障原因，并结合电网和水电厂的运行实际，按照电力系统实施运行机组状态检修目的和要求，建立了一个大型水电机组推力轴承运行稳定性状态监测及故障诊断系统。文章叙述了该系统结构的基本内容及其关键技术。关键词运行机组推力轴承稳定性故障诊断中图分类号：TP2771．前言随着我国水电事业的发展，大型机组的投产，各种容量机组数量增多，轴承运行状态及故障（特别是推力轴承的运行故障）对水电机组的安全稳定性运行影响越来越大，一是由于

2、机组尺寸增大，转轮部件重量加大，固定部件的强度和刚度对推力轴承的运行影响；二是推力轴承本身结构尺寸增加，运行负载加大。当前大型水电机组推力轴承负载能力已发展超过50000KN（三峡水电厂VGS推力轴承负荷能为50500KN，ABB推力轴承负荷能力为55000KN），推力轴承单位负荷发展超过7.0Mpa，直接影响到推力轴承运行稳定性。国外因为轴承（推力轴承）运行故障带来运行机组的事故停机甚为普遍，约占水电机机械设备总故障的二分之一有多，据有关国家对水电机组机械故障的统计资料表明约50~60%出自运行机组推力轴承的原因，把它列为可靠性程度最低的重要部件。我国近年建成投运的大型水电厂葛

3、洲坝、白山、龙羊峡、隔河岩、广蓄、水口等大型水电机组都曾发生过推力轴承瓦面温度升高，瓦面烧损研磨（含弹性金属塑料瓦）的故障现象，直接影响到机组的可靠性运行。科研单位和制造厂，针对推力轴承实际运行故障，在轴承结构和轴瓦材料等方面下功夫进行改进，但实践表明引起推力轴承烧损研磨仍然存在，有的还很严重。因此，作为大型水电机组推力轴承运行稳定性的状态监测和故障诊断仍然是机组运行中的一项重要任务和可靠手段，它对保证机组安全经济运行是至关重要的。2．影响推力轴承运行稳定性的基本原因[1]2.1推力轴承运行因素水轮发电机组运行，在其转动部件和轴瓦之间（即推力轴承镜板与推力轴承轴瓦之间）形成一层楔

4、形油膜。由于油膜存在，一方面起着传递负荷作用，另一方面使磨擦面之间不发生直接接触。这种油膜的存在和最小油膜厚度的保持是推力轴承运行稳定性的关键。运行油膜厚度与推力轴承负荷、推力轴承结构以及机组的结构和机组的运行特性均有密切关系。如果一旦油膜破坏，就会导致轴瓦磨损，事故停机。2.2推力轴承故障的原因众多的调研资料表明，推动轴承运行故障主要有三个方面的原因，一是推力轴承本身由于结构尺寸不合理和加工制造质量较差所引起的；二是由于机组运行特性不良所引起的；三是由于安装和运行管理不善所引起的。2.2.1结构设计及加工质量的影响推力轴承设计时，是根据设计机组给定的负荷和转速，计算确定推力轴承

5、的主要润滑数据，如推力轴承扇形瓦的块数，内、外径，长宽比和支承位置及轴承的其他结构部件尺寸。同时对推力轴承的运行工况进行精确的计算机计算，选择最佳润滑参数，实现推力轴承安全可靠运行。推力轴承运行稳定性，由于大型水电机组本身结构尺寸加大，使推力轴承在结构设计上不确定因素较多，给精确计算出轴瓦块数，内、外径；长宽比和支承位置以及轴承其他结构部件尺寸带来一定的难度。因此，造成推力轴瓦尺寸实际运行的不合理，轴承的强度和刚度都有较大偏差。这个问题的存在集中表现以下几个方面：●推力轴承机械变形大。有的机组在长期运行中，由于推力轴承在较大的轴向水推力作用下，轴瓦的机械变形大，在园周方向上呈凸形

6、，加上轴瓦的温度变形，往往使轴瓦局部负荷增加，局部油膜破坏，造成推力轴瓦支承中心区域磨损；有的机组推力轴承镜板变形呈波浪形或弓形，高低两处差值达1.5mm，造成轴瓦烧损，镜板进行处理。●偏心值偏低。为了防止推力轴瓦出油边的磨损，使推力轴承承受较大的负荷，在设计时，轴瓦的偏心值易选偏低值，即轴瓦偏心值的选择在设计规范的下限。从推力轴承运行事例可知，采用偏低的偏心值，推力轴承润滑油在轴瓦与镜板之间形成的楔形油膜是不理想的，难以确保推力轴瓦出油边最小油膜厚度的设计值（≥0.04mm），只会造成推力轴承润滑条件的恶化。●镜板镜面不平度过大。镜板镜面不平度过大系指推力轴承镜板波浪度和粗糙度

7、超过允许范围，这是影响推力轴瓦（含弹性金属塑料瓦）使用寿命的重要因素。通常，巴氏合金瓦镜板粗糙度控制在Ra≤0.2~0.4μm范围（弹性金属塑料瓦镜板粗糙度Ra≤0.64μm），波浪度≤0.05mm。众多的推力轴承的镜板的粗糙度和波浪超过了限定值，有的进口机组，推力轴承镜板不平度虽有限定值，但是实际现场检查，发现镜板凸凹不平，其粗糙度和波浪度之大，使轴瓦局部接触面仅有40~60%。由于镜板镜面不平度过大，轴瓦运行温度升高，事故停机经常发生，同时也使镜板镜面划伤磨损，特别是弹性金属