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(shè)2臺(tái)“HL式臥軸”水輪發(fā)電機(jī)組，其中1號(hào)機(jī)容量5 000 kW，是型號(hào)為HLA696—WJ—110的三支點(diǎn)水輪發(fā)電機(jī)組；2號(hào)機(jī)容量2 500 kW，是型號(hào)為HLA855—WJ—78的二支點(diǎn)水輪發(fā)電機(jī)組。2臺(tái)機(jī)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(yùn)行。

2 HL式臥軸水輪發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

水電站HL臥式水輪發(fā)電機(jī)組主要有“四支點(diǎn)、三支點(diǎn)和二支點(diǎn)”等布置形式。由于它們都具“結(jié)構(gòu)緊湊、安裝、檢修和運(yùn)行維護(hù)方便”等優(yōu)點(diǎn)，而被小型水電站廣泛采用(見圖1)。

(a)四支點(diǎn)機(jī)組 (b)三支點(diǎn)機(jī)組 (c)二支點(diǎn)機(jī)組圖1 臥式機(jī)組布置形式

(1)四支點(diǎn)機(jī)組。水輪機(jī)與發(fā)電機(jī)主軸上均布置2個(gè)徑向軸承，水輪機(jī)主軸與發(fā)電機(jī)主軸用彈性聯(lián)軸器連接，飛輪安裝在水輪機(jī)主軸中部。四支點(diǎn)機(jī)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(jī)組(本文不展開討論)。

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

(3)二支點(diǎn)機(jī)組。沒有水輪機(jī)主軸，發(fā)電機(jī)主軸兩端分別裝了“轉(zhuǎn)輪和飛輪”，轉(zhuǎn)子裝在主軸中間。主軸上布置兩導(dǎo)徑向軸承和一導(dǎo)推力軸承，在發(fā)電機(jī)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(diǎn)機(jī)組“一根主軸、兩導(dǎo)徑向軸承和一導(dǎo)推力軸承”結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，機(jī)組安裝、檢修過程中省去了軸線找正和軸瓦的受力調(diào)整等工藝，安裝、檢修十分方便。

3 水輪發(fā)電機(jī)組軸承瓦溫過高

某電站“HLA696—WJ—110”1號(hào)水輪發(fā)電機(jī)組和“HLA855—WJ—78”2號(hào)水輪發(fā)電機(jī)組從空載至帶滿負(fù)荷運(yùn)行，水輪發(fā)電機(jī)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(diǎn)水輪發(fā)電機(jī)組瓦溫記錄

表2 HLA855—WJ—78的二支點(diǎn)水輪發(fā)電機(jī)組瓦溫記錄

4 原因分析

4.1 1號(hào)水輪發(fā)電機(jī)組

(1)“HLA696—WJ—110”1號(hào)機(jī)組屬“三支點(diǎn)布置的水輪發(fā)電機(jī)組”，由于HL臥式三支點(diǎn)機(jī)組三個(gè)支點(diǎn)受力的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提高了“安裝、檢修”的技術(shù)難度，“安裝、檢修”過程中在“大軸定心、水輪機(jī)主軸和發(fā)電機(jī)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(shù)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(yàn)。

三支點(diǎn)水輪發(fā)電機(jī)組在主軸中間裝有“發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、飛輪”等轉(zhuǎn)動(dòng)部件，并在“發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和飛輪”自重的作用下，實(shí)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(dǎo)軸承高程的直接影響，各導(dǎo)軸承不同的受力狀況，致使主軸產(chǎn)生不同的撓度。水輪機(jī)主軸和發(fā)電機(jī)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(nèi)的不同形狀。在“安裝、檢修”實(shí)踐中，“主軸的撓度”通常采用框型水平儀，在主軸三導(dǎo)軸承的軸頸處測(cè)出它的水平值，來判斷主軸的撓曲情況。實(shí)踐證明，用框型水平儀在三導(dǎo)軸承的軸頸處測(cè)得讀數(shù)A1、A2、A3對(duì)同一型號(hào)機(jī)組是定值，并且：水導(dǎo)軸承主軸應(yīng)向蝸殼向偏高5格以上(水平儀測(cè)得值A(chǔ)1≥5格);中導(dǎo)軸承主軸應(yīng)向蝸殼向偏高3格以上(水平儀測(cè)得值A(chǔ)2≥3格)；后導(dǎo)軸承主軸應(yīng)向發(fā)電機(jī)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(dǎo)軸承處在同一根中心(見圖2)。

圖2 主軸水平示意

(2)對(duì)1號(hào)水輪發(fā)電機(jī)組主軸水平度(撓度)檢查。為了檢驗(yàn)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(dǎo)軸承的軸頸處，沿軸的圓周360°的方向每隔90°測(cè)出主軸三導(dǎo)軸承的軸頸處框型水平儀的讀數(shù)。聯(lián)軸質(zhì)量良好的大軸，沿軸的圓周方向每隔90°測(cè)出的框型水平儀讀數(shù)是接近的；否則，由于剛性聯(lián)接質(zhì)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(hào)水輪發(fā)電機(jī)組軸線的水平狀況”如下所示(見圖3)。

圖3 1號(hào)水輪發(fā)電機(jī)組軸線狀況示意

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

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

圖4 1號(hào)水輪發(fā)電機(jī)組推力瓦實(shí)際受力示意

按《水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范》(GB/T 8564—2003)要求，推力瓦與推力盤的接觸面應(yīng)達(dá)到75%，每平方厘米應(yīng)有1～3個(gè)接觸點(diǎn)，而1號(hào)水輪發(fā)電機(jī)組推力軸承安裝質(zhì)量遠(yuǎn)未達(dá)到此標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 2號(hào)水輪發(fā)電機(jī)組

(1)“HLA855—WJ—78”屬于“二支點(diǎn)布置的水輪發(fā)電機(jī)組”。二支點(diǎn)機(jī)組水輪機(jī)沒有主軸，發(fā)電機(jī)主軸兩端分別裝了“轉(zhuǎn)輪和飛輪”，轉(zhuǎn)子裝在主軸中間。主軸上布置兩導(dǎo)徑向軸承和一導(dǎo)推力軸承，在發(fā)電機(jī)主軸兩端的徑向軸承油箱中均可布置推力軸承。二支點(diǎn)機(jī)組簡(jiǎn)化了機(jī)組結(jié)構(gòu)，一根主軸、兩導(dǎo)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(diào)整等復(fù)雜工藝，機(jī)組軸承的安裝調(diào)整一般只考慮“推力瓦受力、徑向瓦的受力和各導(dǎo)軸承各部間隙”等狀況；為此，相對(duì)簡(jiǎn)單。

(2)對(duì)2號(hào)水輪發(fā)電機(jī)組推力軸承進(jìn)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(hào)推力瓦基本未受力；9、8、3號(hào)推力瓦不足10%瓦面受力；1、2、4號(hào)推力瓦不足20%瓦面受力(見圖5)。

圖5 2號(hào)水輪發(fā)電機(jī)組推力瓦實(shí)際受力示意

按《水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范》要求，推力瓦與推力盤的接觸面應(yīng)達(dá)到75%，每平方厘米應(yīng)有1～3個(gè)接觸點(diǎn)，同樣2號(hào)水輪發(fā)電機(jī)組推力軸承安裝質(zhì)量遠(yuǎn)未達(dá)到此標(biāo)準(zhǔn)。

4.3 軸承各部間隙

2臺(tái)機(jī)組軸承各部間隙均符合設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié) 語

準(zhǔn)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(diǎn)水輪發(fā)電機(jī)組安裝、檢修及軸線找準(zhǔn)的關(guān)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(shè)定，則是軸承安裝、檢修的基本要求。