張成名，肖維寶，李 濤

（山西西龍池抽水蓄能電站有限責(zé)任公司，山西省忻州市 035503）

關(guān)于軸瓦溫度升高問題的分析研究

張成名，肖維寶，李 濤

（山西西龍池抽水蓄能電站有限責(zé)任公司，山西省忻州市 035503）

本文針對(duì)某抽水蓄能電站4號(hào)機(jī)組C級(jí)檢修試驗(yàn)階段，發(fā)電工況運(yùn)行過程中軸瓦溫度迅速升高，而相應(yīng)的油溫和水溫均保持在合理范圍內(nèi)的問題，推斷出可能存在水導(dǎo)軸瓦磨損和油膜不能很好形成的缺陷，提出打磨軸領(lǐng)和水導(dǎo)瓦、過濾潤滑油的措施，并在此基礎(chǔ)上深入分析了水導(dǎo)軸瓦溫度升高的原因，最終達(dá)到消除該缺陷的目的。

水輪機(jī)組；水導(dǎo)軸瓦；油膜

0 引言

某抽水蓄能電站的機(jī)組為可逆式水輪發(fā)電機(jī)組。其中，機(jī)組導(dǎo)軸承的作用是限位，可防止機(jī)組在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)，保持軸心穩(wěn)定。

2013年11月9日上午，該電站在完成全部C級(jí)檢修例行項(xiàng)目后，4號(hào)機(jī)組進(jìn)行修后試驗(yàn)，在進(jìn)行發(fā)電工況手動(dòng)升速試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)轉(zhuǎn)速升至額定轉(zhuǎn)速（500r/min）后，水導(dǎo)軸瓦溫度上升速度較快，12塊水導(dǎo)軸瓦溫度均以較快速度上升，約15min后水導(dǎo)軸瓦溫度達(dá)到報(bào)警值65℃，后手動(dòng)停機(jī)。

在4號(hào)機(jī)組運(yùn)行過程中，水導(dǎo)系統(tǒng)油混水裝置無報(bào)警；水導(dǎo)冷卻系統(tǒng)未發(fā)現(xiàn)異常；機(jī)組在試驗(yàn)運(yùn)行中水導(dǎo)擺度值在正常范圍之內(nèi)；檢查水導(dǎo)冷卻器進(jìn)出口油流量、壓力、冷卻水流量，結(jié)果表明均在正常范圍之內(nèi)。

2013年11月16日，水導(dǎo)軸瓦處理完成，在進(jìn)行第一次空載熱運(yùn)行中仍未成功。當(dāng)空載運(yùn)行1h后，水導(dǎo)軸瓦溫度仍然達(dá)到65℃達(dá)報(bào)警值，經(jīng)過調(diào)整冷卻水流量、油的流量和進(jìn)出口油溫差后，試運(yùn)行成功。

1 事故分析

1.1 油膜的建立

滑動(dòng)軸承的摩擦系數(shù)f是重要的設(shè)計(jì)參數(shù)之一，它的大小與潤滑油的黏度η（Pa·s）、軸的轉(zhuǎn)速n（r/min）和軸承壓強(qiáng)P（MPa）有關(guān)，軸承摩擦特性系數(shù)λ見式（1），軸承摩擦特性系數(shù)與滑動(dòng)摩擦系數(shù)的關(guān)系如圖1所示。

圖1 軸承摩擦特性系數(shù)與滑動(dòng)摩擦系數(shù)關(guān)系圖

λkp左邊為非液體摩擦潤滑。軸瓦沒有完全浸沒在油中，在機(jī)組啟動(dòng)過程中，建立油膜以前，軸瓦與軸承間是干摩擦或者說是半干摩擦，所以在這個(gè)階段摩擦系數(shù)比較大，隨著油膜的建立，摩擦系數(shù)減小，發(fā)熱量也減少，而后隨著轉(zhuǎn)速趨于穩(wěn)定；同時(shí)，壓強(qiáng)和油的黏度在經(jīng)過一段時(shí)間后可以認(rèn)為是不變的，因此軸承摩擦特性系數(shù)最終趨于穩(wěn)定，對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)摩擦特性系數(shù)也趨于定值，發(fā)熱量與散熱量達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，機(jī)組運(yùn)行趨于穩(wěn)定。

表1 11月9日發(fā)電工況啟動(dòng)水導(dǎo)瓦溫上升表

1.2 事故過程分析

水導(dǎo)軸瓦上的幾個(gè)測溫點(diǎn)溫度有不同程度的升高可能有4方面的原因：

（1）測溫回路本身有問題，監(jiān)控誤報(bào)警[1]。

（2）油膜不能很好建立，半干摩擦或干摩擦使軸瓦溫度升高。

（3）水導(dǎo)軸瓦與軸承相互摩擦，產(chǎn)生大量的熱。

（4）冷卻系統(tǒng)有問題，熱量不能很好的傳導(dǎo)出去。

為了進(jìn)一步查出4號(hào)機(jī)組軸瓦溫度升高的原因，需要現(xiàn)場檢查機(jī)組和分析運(yùn)行參數(shù)，并依此做出判斷。首先對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行了分析比較；其次檢查了測溫回路，并開展相關(guān)試驗(yàn)，具體內(nèi)容在本文事故處理中具體介紹；最后在分析參數(shù)變化的基礎(chǔ)上，排除造成缺陷的次要原因，找到主要原因，最終達(dá)到消除缺陷的結(jié)果。分析運(yùn)行參數(shù)，如表1所示是事件發(fā)生時(shí)水導(dǎo)軸瓦溫度變化趨勢。

為了使運(yùn)行參數(shù)更加直觀明了，利用MATLAB處理，得到如圖2所示結(jié)果。

從圖2中可以看出，水導(dǎo)軸瓦溫度升高速度較快且很快達(dá)到報(bào)警值，而油溫和水溫沒有多大變化，從這一結(jié)果來看，很有可能是油膜沒有很好地形成，導(dǎo)致軸瓦干摩擦產(chǎn)生的大量熱量不能經(jīng)由油冷卻系統(tǒng)散熱。而造成油膜不能很好形成的原因主要有以下幾個(gè)方面：

圖2 水導(dǎo)軸瓦溫度變化曲線圖

(1)冷卻油系統(tǒng)中水分超標(biāo)使油的黏度等性能發(fā)生變化，最終導(dǎo)致油膜不能很好的形成。

(2)軸瓦間隙發(fā)生變化，導(dǎo)致油膜不能很好的形成。

(3)水導(dǎo)油中顆粒度超標(biāo)導(dǎo)致瓦面受損，不利于油膜的建立。

(4)水導(dǎo)油盆內(nèi)油溫過低，黏性增大油膜建立困難，導(dǎo)致瓦溫升高。

從圖2中，還可以看出水導(dǎo)軸瓦溫度由高到底排列次序依次是 ：T4-11、T5-10、T11-9、T10-8、T6-2、T8-5、T9-4、T7-3。其中，Tn-m表示編號(hào)為m的軸瓦上所裝的編號(hào)為n的測溫點(diǎn)所測的溫度。

結(jié)合圖2所示的軸瓦溫度曲線圖和圖3所示的水導(dǎo)軸瓦示意圖，由溫度變化推斷出，編號(hào)為T4-11、T5-10、T11-9、T10-8的這幾塊軸瓦劃痕較大，處理時(shí)需要更加留意。

圖3 軸瓦編號(hào)與測溫點(diǎn)示意圖

圖4 水導(dǎo)軸領(lǐng)表面和水導(dǎo)瓦面

從理論上找到問題后，技術(shù)組研究決定，拆卸水導(dǎo)軸瓦進(jìn)行檢查。

從圖4中明顯可以看出，水導(dǎo)瓦面有明顯的劃痕和黑點(diǎn)，軸領(lǐng)表面用手摸可感覺到局部區(qū)域存在高點(diǎn)，編號(hào)為12、11、10、9、8的軸瓦劃痕明顯比其他的嚴(yán)重，打磨時(shí)需要注意。

另外，化驗(yàn)水導(dǎo)冷卻油發(fā)現(xiàn)，油的顆粒度為12級(jí)以上，不滿足要求，需要進(jìn)行油處理和管道系統(tǒng)全面清洗工作。

2 解決對(duì)策

停機(jī)后，針對(duì)事故分析中，提出造成軸瓦溫度升高的原因（1），對(duì)測溫回路進(jìn)行檢查，利用信號(hào)發(fā)生器對(duì)水導(dǎo)瓦和油溫的RTD進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)元件參數(shù)均正常，這樣就排除了測溫回路的問題，具體數(shù)值如表2所示。

針對(duì)事故分析中，提出造成軸瓦溫度升高的原因（2）和參數(shù)分析中油膜不能很好形成的原因，做了如下處理：

（1）對(duì)水導(dǎo)油進(jìn)行了過濾，過濾后油品取樣化驗(yàn)顆為6級(jí)合格。

表2 4號(hào)機(jī)組水導(dǎo)瓦溫、油溫RTD測試記錄

（2）對(duì)水導(dǎo)瓦間隙進(jìn)行測量，測量數(shù)據(jù)見表3，從表3中可以看出，水導(dǎo)瓦間隙在允許范圍之內(nèi)之內(nèi)，和安裝記錄比較為正常。

表3 水導(dǎo)瓦間隙測量數(shù)據(jù)

（3）考慮到電站冬季冷卻水溫度低，曾經(jīng)發(fā)生過“冷卻水溫低且水流量相對(duì)較大，導(dǎo)致油溫較低，而無法形成油膜，導(dǎo)致瓦溫上升”現(xiàn)象。在再次啟動(dòng)機(jī)組過程中，將水導(dǎo)冷卻水流量進(jìn)行多次調(diào)節(jié)，控制進(jìn)出口油溫差在6℃左右，并利用手持式測溫儀測油盆、冷卻水和循環(huán)油進(jìn)出口溫度，均正常。

通過以上的處理方法，消除了因油的問題導(dǎo)致油膜不能很好形成的原因。

針對(duì)事故分析中，提出造成軸瓦溫度升高的原因（3），做了如下處理：

（1）對(duì)軸瓦和軸承進(jìn)行了打磨，消除了凸點(diǎn)，并經(jīng)測驗(yàn)滿足運(yùn)行條件。

（2）對(duì)水導(dǎo)軸承擺度進(jìn)行了試驗(yàn)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)各個(gè)導(dǎo)軸承擺度均正常，各個(gè)導(dǎo)軸承的擺度峰峰值見表4。

通過對(duì)比表4中的數(shù)據(jù)，證明該次運(yùn)行各導(dǎo)軸承擺度未發(fā)現(xiàn)異常，可排除軸承擺度異常導(dǎo)致瓦溫高的因素。

通過以上兩種處理方法，消除了因水導(dǎo)軸瓦與軸承相互摩擦，致使產(chǎn)生大量的熱的缺陷。

針對(duì)事故分析中，提出造成軸瓦溫度升高的原因（4），做了如下處理：對(duì)水導(dǎo)冷卻器管路解體檢查，未發(fā)現(xiàn)異常，對(duì)水導(dǎo)冷卻器進(jìn)行打壓試驗(yàn)，判斷水導(dǎo)冷卻系統(tǒng)運(yùn)行正常，可排除因水冷卻造成水導(dǎo)瓦溫升高的原因。

表4 4號(hào)機(jī)組各導(dǎo)軸承擺度最大峰峰值對(duì)比數(shù)據(jù)

3 處理結(jié)果

事故分析過程中提出的原因（2）和原因（3），即油膜不能很好建立和軸承與軸瓦的相互摩擦，確是造成該事故的主要原因，但是機(jī)組軸瓦溫度還不能長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。

但值得注意的是，在一系列的處理以后，機(jī)組再次運(yùn)行過程中，軸瓦溫度升高有明顯放緩趨勢，試驗(yàn)結(jié)果顯示正常，同時(shí)考慮到水導(dǎo)油流量及冷卻水流量均處于正常范圍，且水導(dǎo)油溫升高較慢，可與型號(hào)一致的2號(hào)機(jī)相比，運(yùn)行參數(shù)還是有很大差距，經(jīng)檢測油溫發(fā)現(xiàn)2號(hào)機(jī)油盆內(nèi)外油溫差為6℃，而4號(hào)機(jī)組相應(yīng)的油溫差為10℃。這是由于軸瓦間隙、摩擦系數(shù)、油的黏度發(fā)生了輕微的變化，影響了建膜效果，后提高油位、調(diào)節(jié)油的流速和冷卻水流量，油盆內(nèi)外油溫差降至6℃左右，滿足了油膜建立的最優(yōu)條件，最終機(jī)組能夠穩(wěn)定運(yùn)行。運(yùn)行參數(shù)如表利用MATLAB處理，得到如圖6所示結(jié)果。

圖5 缺陷消除后水導(dǎo)軸瓦的溫度變化曲線

從圖5中可以明顯看出，經(jīng)處理后軸瓦溫度保持在合理運(yùn)行范圍內(nèi)運(yùn)行。

4 總結(jié)

4.1 軸瓦打磨前機(jī)組不能正常啟動(dòng)原因

分析水導(dǎo)軸瓦打磨前機(jī)組不能順利啟動(dòng)的原因。該電站4號(hào)機(jī)組C級(jí)檢修為定期檢修，檢修前機(jī)組可以正常運(yùn)行，在檢修過程中水導(dǎo)油盆中僅進(jìn)行了正常的濾油工作，在修后試驗(yàn)階段，發(fā)現(xiàn)12塊軸瓦溫度全部升高，對(duì)應(yīng)的油溫和冷卻水水溫都沒有明顯變化，依缺陷消除過程得出如下結(jié)論：原油回路管道中尚存的焊渣雜質(zhì)、雜物，由于本次檢修濾油擾動(dòng)原因，相關(guān)顆粒物進(jìn)入到了軸瓦和軸領(lǐng)的摩擦中，而摩擦又使顆粒物進(jìn)一步增多，在這周而復(fù)始滾雪球的過程中，破壞了潤滑油的油膜[2，3]，軸瓦和軸領(lǐng)的摩擦產(chǎn)生了大量的熱，致使機(jī)組軸瓦溫度迅速升高，后手動(dòng)停機(jī)。

4.2 油、水流量調(diào)整前機(jī)組不能正常啟動(dòng)原因

分析水導(dǎo)軸瓦打磨后機(jī)組不能順利啟動(dòng)的原因。經(jīng)過對(duì)水導(dǎo)軸瓦、軸領(lǐng)的打磨和油的過濾后，進(jìn)行試運(yùn)行，1h后水導(dǎo)軸瓦溫度仍然達(dá)到65℃，在這種情況下，調(diào)整冷卻水流量，增大油盆中油的流量[3]，維持了進(jìn)出口油盆的油溫差為6℃左右，試運(yùn)行正常。在這過程中，經(jīng)分析研究得出如下結(jié)論：在機(jī)組運(yùn)行中，潤滑油的流速和流量固定的情況下，油膜的建立需滿足在一定轉(zhuǎn)速、一定壓強(qiáng)下，油的黏度與滑動(dòng)摩擦力達(dá)到某種平衡才能更好形成油膜，而油的黏度又與溫度強(qiáng)相關(guān)。機(jī)組此次啟動(dòng)過程中，油的流速和流量沒有調(diào)節(jié)，影響油溫的冷卻水流量也沒有調(diào)節(jié)，軸瓦和軸領(lǐng)經(jīng)過打磨后摩擦系數(shù)發(fā)生了變化，同時(shí)長期使用中油的黏度也發(fā)生了改變，因而建立油膜需滿足的平衡條件沒有達(dá)到，故通過調(diào)節(jié)油的流速和流量，達(dá)到了建立滿足條件的油膜的條件，實(shí)現(xiàn)了消除缺陷的目標(biāo)。

[1] 徐剛．龍灘電站 6 號(hào)機(jī)組水導(dǎo)瓦溫升高原因分析及處理[J]．水電站機(jī)電術(shù)，2011，34（4）：51-53．

[2] 席靖．水輪機(jī)軸瓦溫度過高的原因分析．科技論壇．

[3] 徐彬，張兆雪．探尋水導(dǎo)軸瓦溫度偏高的原因[J]．中國農(nóng)村水利水電，2013，2：56-59．

張成名（1985—2015），男，研究生，助理工程師，主要從事生產(chǎn)運(yùn)行。

肖維寶（1969—），男，本科，工程師，主要從事安全生產(chǎn)管理。

李 濤（1982—），男，本科，工程師，主要從事生產(chǎn)技術(shù)管理。

Analysis about Temperature Emergent Rising of Guide Bearing

ZHANG Chengming, XIAO Weibao， LI Tao
（Xilongchi pumped storage power station， xinzhou 035503，China）

There was a problem happened in unit 4 of a pumped storage power station when maintainance:the guide bearing temperature was rising rapidly，but the temperature of oil and cooling water was normal at the same. We deduced the reason preliminary was abrasive wear of guide bearing pads and decrease of oil film，applied the treatment :polishing of the bearing collar and pads，purification of turbine oil.based on the analysis，we found the reason of temperature emergent rising of guide bearing at last，and solved it.

hydro generator；guide bearing pad of turbine；oil film