鄭鵬南

（中電（福建）電力工程有限公司 南平市 353001）

潭頭水電站位于福建省福安市潭頭鎮(zhèn)東昆村溪中游河段，是福安市地區(qū)東溪河段規(guī)劃四個(gè)梯級(jí)的第三級(jí)電站，電站為引水式電站，水電站內(nèi)裝兩臺(tái)單機(jī)容量15MW立式軸流轉(zhuǎn)漿式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量為30MW。

發(fā)電機(jī)型號(hào)為SF15-36/5500，水輪機(jī)型號(hào)為ZZ660-LH-360，最高水頭為19m，最低水頭為16 m，吸出高程為-3.5m，生產(chǎn)廠家為南寧發(fā)電設(shè)備總廠，安裝單位為中國水利水電十六局。

1 事件簡述及原因分析

2011年12月至2012年1月由中電 （福建）電力工程有限公司承接該電站2#機(jī)安裝后首次大修，2012年9月至10月由中國水利水電十六局承接1#機(jī)組進(jìn)行安裝后首次大修。2013年7月，電站方反映2#機(jī)組運(yùn)行時(shí)上導(dǎo)軸承處有異常響聲，并邀請了筆者一同對該事件展開調(diào)查。

事件調(diào)查時(shí)，分別進(jìn)行1#、2#機(jī)開機(jī)、帶負(fù)荷、停機(jī)等工況試驗(yàn)，調(diào)查人員站在上機(jī)架處，可聽到1#、2#機(jī)組在啟動(dòng)時(shí)及帶5000kW以下負(fù)荷時(shí)，上導(dǎo)或推力軸承處有連續(xù)的咔嗒聲（異音），機(jī)組帶5000kW負(fù)荷以上時(shí)，異音漸小直至耳朵無法分辨是否有聲響。但原本電站方認(rèn)為沒有異音的1#機(jī)，也出現(xiàn)類似異音情況，且1#機(jī)組處的異音較2#機(jī)大，因此電站方邀請中國水利水電十六局技術(shù)人員一同參與調(diào)查。

（1）異常響聲來源部位分析。

首先，從筆者拍攝的2#機(jī)上導(dǎo)瓦的磨損情況照片（圖1）分析，可看出上導(dǎo)瓦發(fā)生了異常磨損，查看下導(dǎo)瓦磨損情況，磨損情況也類似。該電站機(jī)組發(fā)電機(jī)型式為懸吊式，上導(dǎo)軸承與推力軸承共用一個(gè)油槽。由于推力軸承（鏡板、推力瓦等）位于油槽的下部，浸在油中，如果發(fā)出聲音應(yīng)該較沉悶，而現(xiàn)場聽到的聲音較清脆，所以推測音源來自上導(dǎo)軸承處。而下導(dǎo)軸承因位于轉(zhuǎn)子下方，機(jī)組運(yùn)行時(shí)因下機(jī)架與發(fā)電機(jī)下蓋板間空間狹小，工作人員無法安全進(jìn)入檢查，所以即使有異音也沒人能聽到。

圖1 上導(dǎo)瓦磨損情況

（2）導(dǎo)瓦產(chǎn)生異常磨損的原因分析。

該發(fā)電機(jī)導(dǎo)瓦瓦面與軸領(lǐng)（滑轉(zhuǎn)子）為同心圓，上導(dǎo)、下導(dǎo)設(shè)計(jì)總間隙均為0.30mm。

一般地，對于分塊的導(dǎo)軸瓦，在導(dǎo)瓦的上方都裝有上壓板，以限制導(dǎo)瓦的軸向移動(dòng)，根據(jù)《水輪發(fā)電機(jī)組推力軸承、導(dǎo)軸承安裝調(diào)整工藝導(dǎo)則》（SD288-88）第11.3.11條規(guī)定：(分塊瓦安裝后)安裝上壓板，檢查其與導(dǎo)瓦的間隙應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，一般為（0.3～0.5）mm，不合格時(shí)允許加墊調(diào)整，但其墊片必須通過螺孔。

中電電力工程有限公司曾檢修的福建松溪前進(jìn)水電站機(jī)組，同是南寧發(fā)電設(shè)備總廠生產(chǎn)的機(jī)組，其水輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)型式相同，上導(dǎo)瓦也安裝有上壓板，每塊瓦兩側(cè)各裝有一塊壓板。查看隨機(jī)圖紙，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)總裝配圖中導(dǎo)瓦是設(shè)計(jì)為有上壓板的，上機(jī)架、下機(jī)架裝配圖中，導(dǎo)瓦卻沒有上壓板，不能不說設(shè)計(jì)者、生產(chǎn)廠家工作不夠嚴(yán)謹(jǐn)。

導(dǎo)瓦正常磨損應(yīng)該是瓦面各處磨損均勻，而從照片來看，磨損顯然是不均勻的。各瓦磨損的主要特征有：導(dǎo)瓦的上半部分比下半部分磨損更嚴(yán)重。第一象限磨損最嚴(yán)重，且出油邊與頂邊角點(diǎn)最嚴(yán)重。第三象限磨損最輕微，且進(jìn)油邊與底邊角點(diǎn)最輕微。

為什么導(dǎo)瓦的上半部分比下半部分磨損更嚴(yán)重？從圖2可以看出，導(dǎo)瓦的下托板僅支撐著瓦背底邊的一小部分，瓦的重心的垂線沒有落在下托板這個(gè)支撐面上，屬于物理上的不穩(wěn)定平衡結(jié)構(gòu)，導(dǎo)瓦有向主軸側(cè)傾倒的趨勢，這是導(dǎo)瓦上半部分比下半部分磨損更嚴(yán)重的原因。

圖2 下托板與瓦的支撐狀態(tài)

為什么會(huì)出現(xiàn)第一象限磨損最嚴(yán)重，且出油邊與頂邊角點(diǎn)（圖示右上角點(diǎn)）最嚴(yán)重；第三象限磨損最輕微，且進(jìn)油邊與底邊角點(diǎn)（圖示左下角點(diǎn)）最輕微的現(xiàn)象呢？

讓我們先熟悉下軸承內(nèi)甩油、軸承外甩油、推力軸承冷卻油內(nèi)循環(huán)這三個(gè)概念及原理吧。

軸承內(nèi)甩油：油質(zhì)通過旋轉(zhuǎn)部件內(nèi)壁與擋油管之間，甩向發(fā)電機(jī)內(nèi)部，稱為內(nèi)甩油。內(nèi)甩油的原因是機(jī)組在運(yùn)行時(shí)，由于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)，使推力頭或?qū)лS承滑轉(zhuǎn)子內(nèi)下側(cè)至油面之間，容易形成局部負(fù)壓，把油面吸高或涌溢，而甩濺到電機(jī)內(nèi)部，形成內(nèi)甩油。

軸承外甩油：油質(zhì)通過旋轉(zhuǎn)部件與蓋板縫隙甩向蓋板外部，稱為外甩油，機(jī)組運(yùn)行中，推力頭和鏡板外壁將帶動(dòng)粘滯的油運(yùn)動(dòng)，使油面因離心力作用向油槽外壁涌高、飛濺或攪動(dòng)，易使油珠或油霧從油槽蓋板縫隙處逸出，形成外甩油。

推力軸承冷卻油內(nèi)循環(huán)：所謂內(nèi)循環(huán)，就是將油冷卻器和推力軸承裝在同一個(gè)油槽內(nèi)，借推力頭與鏡板旋轉(zhuǎn)的粘滯泵作用和冷熱油的對流作用形成循環(huán)油路。

潭頭機(jī)組推力頭有兩排油孔，其中上油孔是防止產(chǎn)生內(nèi)甩油鉆的穩(wěn)壓孔，它能使軸領(lǐng)里外通氣平壓，防止軸領(lǐng)內(nèi)部負(fù)壓而使油面吸高甩油。下油孔與上導(dǎo)瓦中部油溝相對（下導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)類似）。根據(jù)內(nèi)甩油、外甩油的原理，下油孔在機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，則向?qū)邍娪?，這種噴油可以使導(dǎo)瓦與軸間建立油膜，并使導(dǎo)瓦產(chǎn)生徑向移動(dòng)趨勢。

機(jī)組在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，附在軸領(lǐng)上的油有粘滯性、軸與瓦間的摩擦力、軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力等力都可以使導(dǎo)瓦發(fā)生沿旋轉(zhuǎn)方向偏轉(zhuǎn)的趨勢。由于潭頭機(jī)組發(fā)電機(jī)導(dǎo)瓦沒有安裝上壓板，因此導(dǎo)瓦可能沿旋轉(zhuǎn)方向偏轉(zhuǎn)，假設(shè)某塊導(dǎo)瓦發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，可認(rèn)為是出油邊底部仍落在導(dǎo)瓦下托板上，即發(fā)生沿出油邊底邊的旋轉(zhuǎn)，進(jìn)油邊底邊將抬起，離開下托板；此時(shí)導(dǎo)瓦的水平中心線（油溝）將不再水平，在下油孔與進(jìn)油邊相交至導(dǎo)瓦垂直中心線（進(jìn)油邊至瓦背支柱螺栓）這一段距離，由于導(dǎo)瓦下部所受徑向力更大，導(dǎo)瓦將發(fā)生扭轉(zhuǎn)，使得進(jìn)油邊下部離主軸距離大，出油邊上部與主軸發(fā)生相碰發(fā)生摩擦；下油孔過導(dǎo)瓦垂直中心線后，情況相反，如果由于下油孔噴油及導(dǎo)瓦的自重導(dǎo)瓦回落，導(dǎo)瓦回落后，導(dǎo)瓦底面與下托板相接觸面積大，摩擦力大，下油孔的油流無法推動(dòng)導(dǎo)瓦產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。由于導(dǎo)瓦的偏轉(zhuǎn)及回落，瓦與下托板發(fā)生撞擊發(fā)出異響。

（3）機(jī)組帶5000kW負(fù)荷以下時(shí)異音更大的原因分析。

在機(jī)組檢修前電站方就反映機(jī)組負(fù)荷在（3000～ 10000）kW區(qū)間存在振動(dòng)及噪音偏大的缺陷，筆者分析主要與水力方面有關(guān)，這里不再詳述。

機(jī)組運(yùn)行后，如果沒有不平衡的外力作用，軸線運(yùn)行可與盤車時(shí)相同，但是，機(jī)組實(shí)際運(yùn)行后，轉(zhuǎn)動(dòng)部分的受力狀態(tài)與盤車時(shí)完全不同，有水力、電磁力、離心力、軸承約束力等的作用，這些力都或多或少存在不平衡。在這種有一定變化規(guī)律的不平衡力的作用和軸線不正的情況下，轉(zhuǎn)動(dòng)部分就會(huì)相對旋轉(zhuǎn)中心發(fā)生量值大小及方向連續(xù)不斷交替變化的現(xiàn)象，即發(fā)生振動(dòng)。

也就是說軸的靜態(tài)擺度與運(yùn)行擺度是性質(zhì)不一樣的，機(jī)組因工況不同，軸的運(yùn)行擺度也不同，所以軸使導(dǎo)瓦發(fā)生偏轉(zhuǎn)的力也不同，在運(yùn)行擺度大時(shí)，使導(dǎo)瓦發(fā)生偏轉(zhuǎn)的可能更大些，所以產(chǎn)生的異音更大，該機(jī)修后帶5000kW以上負(fù)荷時(shí)，機(jī)組振動(dòng)明顯減小，運(yùn)行擺度也相應(yīng)減小，導(dǎo)瓦發(fā)生偏轉(zhuǎn)的可能性隨著減小，異音也相應(yīng)減小。

事件調(diào)查小組在聽取筆者以上分析意見后，表示贊同。中國水利水電十六局技術(shù)人員也表示：他們安裝過的機(jī)組中，導(dǎo)瓦都有安裝上壓板；該兩臺(tái)機(jī)在安裝后不久進(jìn)行的小修即發(fā)現(xiàn)導(dǎo)瓦異常磨損，情形與筆者提供的照片類似。

至于以前沒有人聽到上導(dǎo)的異常響聲，主要是因?yàn)檫@種異音并不太響，需要離上機(jī)架很近專心地聽才能聽得到，正如1#機(jī)的異音一樣，只有仔細(xì)聽才能聽到，所以導(dǎo)瓦的異常磨損及異音與機(jī)組大修無關(guān)，而是與沒有安裝導(dǎo)瓦上壓板有關(guān)。

2 制定措施及實(shí)施

筆者建議潭頭水電站機(jī)組上導(dǎo)、下導(dǎo)瓦均應(yīng)安裝上壓板。

電站方將此建議反饋給生產(chǎn)廠家，廠家起初表示不需要安裝上壓板，但原因解釋過于牽強(qiáng)，事件調(diào)查小組均表示無法茍同廠家意見，電站方?jīng)Q定采取安裝上壓板的建議。

2013年9月，潭頭水電站1#機(jī)組小修，由中國水利水電十六局承接，小修時(shí)在上導(dǎo)瓦處安裝了上壓板（下導(dǎo)沒有安裝），機(jī)組開機(jī)運(yùn)行后，上導(dǎo)處異音消失，在取得了此效果后，2013年10月，又進(jìn)行了2#機(jī)組小修，仍為中國水利水電十六局承接，在上導(dǎo)瓦處安裝上壓板（下導(dǎo)沒有安裝），機(jī)組運(yùn)行后，異音同樣消失。

3 結(jié) 語

針對潭頭水電站機(jī)組運(yùn)行時(shí)上導(dǎo)軸承處有異常響聲進(jìn)行排查。首先根據(jù)上導(dǎo)瓦受磨損，推測異常響聲來自上導(dǎo)軸承處。其次通過查工藝導(dǎo)則、對比同型號(hào)機(jī)組安裝情況，以及觀察到上導(dǎo)瓦右上角磨損最嚴(yán)重、其相對的左下角磨損最輕微等，進(jìn)一步論證因安裝時(shí)上導(dǎo)瓦沒有加上壓板，導(dǎo)致大軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)上導(dǎo)瓦偏轉(zhuǎn)及回落，瓦與下托板發(fā)生撞擊發(fā)出異常響聲。結(jié)合機(jī)組小修，在上導(dǎo)瓦處安裝上壓板后，異常響聲消失。

[1]黃景湖.準(zhǔn)確把握水電機(jī)組“擺度”的涵義[J].水電站機(jī)電技術(shù)，2004，（1）.

[2]劉文清.最新水利水電機(jī)電組安裝工程施工工藝與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用手冊[M].合肥：安徽文化音像出版社,2004.