浅论立式水轮发电机组推力轴承的检修与维护

浅论立式水轮发电机组推力轴承的检修与维护

曹彦龙

河北华电混合蓄能水电有限公司      河北省石家庄市         050224  

摘要：立式水轮发电机组作为水力发电的重要设备，其稳定性和安全性直接关系到电力供应的可靠性。在发电机组中，推力轴承是承受转子重量和水流推力的重要部件，其运行状态直接影响到机组的整体性能。因此，对推力轴承进行定期的检修与维护显得尤为重要。本文将详细阐述立式水轮发电机组推力轴承的检修与维护策略。

关键词：立式水轮；发电机组；推力轴承；检修维护

1 推力轴承概述

立式水轮发电机组的轴承包括推力轴承和导轴承，后者可以用于轴承水平方向的固定，防止轴承水平摆动，为水平受力。而前者则主要用于承担转子重量，为垂直受力。机组中的推力瓦位于机架上，镜板固定在推力头上，推力瓦在透平油中浸泡导致其表面覆盖一层油膜，而在推力瓦上压着的镜板与推力瓦之间有一层油膜，其具有润滑效用。机组转子转动时，镜板随之转动与油膜产生摩擦，此时固定部件与转动部件会有良好衔接。而按照推力轴承位置来分类机组，若是推力轴承在上机架，这种机组就是悬式机组，若是推力轴承在下机架，这种机组就是伞式机组。

推力轴承在机组中能够推动转子运行，承担轴向负荷，不会限制轴径向位移，极限转速也很低。但是推力滚子邹城可作为载荷承受轴，实现轴向以及径向上的联合载荷，而径向载荷则需要保证处于轴向载荷55%区间内。推力滚子轴承的转速和摩擦因数呈反比。

2 推力轴承的作用

在立式水轮发电机组中，水轮机的轴承有两种，一种是推力轴承，另一种则是导轴承。导轴承能够起到水轮机轴固定水平方向的作用，避免导轴承发生水平摆动，导轴承的受力是在水平方向上。推力轴承是用来承担水轮机上转子的重量，推力轴承的受力是在垂直方向上。推力瓦在机组中被固定在机架上，而推力头上固定的是镜板，推力瓦被泡在透平油之中，推力瓦的表面会覆盖一层油膜，镜板被压在推力瓦之上，两者中间有一层薄油膜，能够起到润滑的作用。在机组转子发生转动的时候，镜板会随着转子共同转动，同时和薄油膜发生摩擦，这样固定部件和转动部件之间也就得到了良好的衔接。根据推力轴承的实际位置，对机组进行分类，推力轴承存在于上机架中，那么可以称作是悬式机组，如果推力轴承存在于下机架，那么可以称作是伞式机组。在机组中，推力轴承承担着转子运行的推力，是一种分离型轴承。其中推力球轴承承受轴向的负荷，不能对轴径向位移进行限制，其极限转速十分之低。而推力滚子轴承能够用作以载荷为主的承受轴，在轴向和径向上实现联合载荷，径向的载荷要控制在轴向55%载荷的范围之内，推力滚子轴承转速更快，摩擦因数比较低，还有着调心的性能。

3立式水轮发电机组推力轴承的检修与维护中存在的问题

3.1立式水轮发电机组引用轴线问题

（1）轴线定位问题的细致考量

在立式水轮发电机组的安装和调试过程中，轴线的精确定位是至关重要的一步。精确的轴线定位可以确保机组在运行过程中稳定、高效地转换水能为电能。反之，如果轴线定位存在偏差，不仅会导致机组在运行过程中出现不必要的振动和噪音，还会使机组各部件受到异常磨损，从而缩短机组的使用寿命，降低其性能。

具体来说，轴线的定位需要考虑多个因素，如机组的设计参数、实际安装环境、安装精度等。在定位过程中，必须严格按照操作规程进行，确保轴线与机组主轴回转中心精确重合。

（2）轴线调整问题

由于制造、安装或运行过程中的各种因素，立式水轮发电机组的实际轴线可能会偏离其理论轴线。为了解决这个问题，就需要对轴线进行调整。轴线的调整是一项技术性很强的工作，需要专业的技术人员进行操作。

在调整过程中，可以采用多种方法，如在推力头与镜板之间加铜或钢垫、刮削推力头与镜板之间绝缘垫、中间联轴法兰面之间加铜或钢垫和刮削中间联轴法兰接触面等。这些方法各有优缺点，需要根据实际情况进行选择。

以在推力头与镜板之间加垫为例，这种方法操作简单、易行，速度快，修正量易掌握，可以节省调整时间。但是，如果加垫不当，可能会破坏推力头与镜板之间的绝缘，导致发电机转子绝缘下降，从而产生轴电流，造成推力瓦烧蚀或润滑油变质。因此，在采用这种方法时，必须严格控制加垫的精度和质量。

3.2 立式水轮发电机组轴电流破坏问题

（1）轴电流产生的深层原因

1.设备故障：水轮发电机组中的电机或发电机转子在长时间运行过程中，可能会因为绕组老化、操作不当等原因出现断线、转子磁力不平衡等故障情况。这些故障不仅会降低设备的运行效率，更会导致轴电流异常，从而威胁到整个发电机组的安全。

2.轴承磨损：随着运行时间的增长，轴承的磨损或损坏情况难以避免。一旦轴承出现问题，其摩擦力会显著增加，导致轴电流升高。这种情况下，如果不能及时发现并处理，将会加速轴承的损坏，引发更严重的后果。

3.输电线路隐患：输电线路中的接触不良、绝缘损坏等问题，往往会导致电流泄露，从而引发轴电流异常。这些隐患往往难以被及时发现，因此必须定期对线路进行检查和维护，确保其处于良好的运行状态。

4.调整控制系统不当：水轮发电机组的调整控制系统是一个复杂的系统，其中涉及到多个参数和操作步骤。如果操作不当或参数设置不合理，就会导致轴电流异常。因此，操作人员必须熟悉系统的运行原理，严格按照操作规程进行操作。

5.设计与制造缺陷：在制造过程中，如果定子、转子的制造工艺不佳或设计选择不当（如扇形片数与极对数关系不正确），就会导致磁阻不均，进而产生轴电流。这些缺陷往往需要在制造阶段就进行严格的控制和质量检验，以避免在后期运行中出现问题。

（2）轴电流破坏的严重影响

1.轴承毁灭性损伤：当轴电流通过主轴、轴承、机座时，会在轴颈和轴瓦之间产生小电弧的侵蚀作用。这种侵蚀会破坏油膜，使轴承合金逐渐黏吸到轴颈上，从而破坏轴瓦的良好工作面。如果轴电流足够大，甚至可能将轴承合金熔化，造成毁灭性的损伤。

2.润滑油变质：轴电流的长期电解作用会使润滑油变质发黑，降低其润滑性能。这会导致轴承温度升高，进一步加剧轴承的磨损和损坏。

3.轴承表面烧损：当轴电流流过轴承时，如果其数值足够大，就会灼伤轴头和轴承表面。这种烧损通常表现为轴承表面出现麻点、伤痕甚至裂纹等明显痕迹。这种烧损不仅会影响轴承的使用寿命，还可能对整个发电机组的安全运行构成威胁。

3.3 机组轴系运行问题

发电机组设备在安装时，需要确保机组中心精细可靠，固定好各部分，同时确保各部分中心位处于一条垂直线上，并确保机组中心与旋转中心处于同一水平。机组各部分间隙只有保证足够均匀才能够有效缓解水利系统对水轮机的侵害，同时也能够避免电气干扰发电机。在对机组轴线调整中，计算盘车时需要精确定位旋转中心，并使轴系运行，处于最大摆度值同时尽量将垂直度和直线度的影响控制在最小范围内[5]。此外，可以利用高质量轴线佐证正式旋转体符合标准，但使用时需要考虑转体，确保同心支撑体到位，即立式机组的三个的导轴承需要保证中心相同。

4 立式水轮发电机组推力轴承的检修与维护

4.1 立式水轮发电机组定期检测轴承间隙

（1）准备工作：在检测前，应确保机组已停机并断开电源，以确保检测过程中的安全。同时，准备好所需的检测工具和设备，并检查其是否处于良好的工作状态。

（2）清洁轴承：使用专用的清洗剂对轴承表面和测量点进行彻底的清洗，确保无杂质、油污等污染物附着在轴承表面，以免影响测量结果的准确性。

（3）测量轴承间隙：根据轴承类型和测量要求，选择合适的测量方法。对于活塞推力轴承，可以通过调整活塞上下位置来改变轴承间隙，并使用游标卡尺或千分尺在轴承的顶部和底部进行测量；对于璧形推力轴承，可以调整璧形间隙的大小来改变轴承间隙，并使用测量仪器在轴承的两侧进行测量。在测量过程中，应注意保持测量仪器的稳定和垂直，避免产生误差。同时，应多次测量并取平均值，以提高测量结果的准确性。

（4）分析测量结果：将测量结果与设备制造商提供的标准值进行比较，判断轴承间隙是否在合理范围内。如果轴承间隙过大或过小，需要分析原因并采取相应的措施进行处理。对于间隙过大的情况，可能是由于轴承磨损、松动或安装不当等原因引起的，需要进行相应的调整或更换；对于间隙过小的情况，可能是由于轴承过紧或安装误差等原因引起的，也需要进行相应的调整或处理。

（5）记录和报告：将检测结果详细记录在相应的维护记录中，并生成检测报告。报告应包括检测日期、检测人员、测量数据、分析结果及建议措施等内容，以便后续跟踪和分析。

4.2 立式水轮发电机组加强推力轴承润滑

（1）精心选择润滑方式

立式水轮发电机组的推力轴承通常依赖于高效稳定的油膜润滑方式。这种方式通过优质润滑油形成一层均匀、稳定的油膜，将水轮叶片受到的水压力均匀地传递给水轮，同时大大减小了叶轮的不对中度，保证了叶轮运转的平稳性和安全性。

（2）精心选用与及时更换润滑剂

1.选用高品质的润滑剂：根据推力轴承的工作环境和性能要求，选用高品质的润滑油或润滑脂。这些润滑剂通常具有出色的润滑性能、抗氧化性和抗腐蚀性，能够确保轴承在恶劣工况下依然保持良好的润滑状态。

2.定期细致检查油位与油质：为了确保润滑效果，需要定期对推力轴承的油位和油质进行检查。一旦发现油位过低或油质下降（如出现杂质、颜色变化等情况），应立即采取措施，如添加新油或更换旧油，以确保轴承得到充分的润滑。

3.按时更换润滑油或脂：根据润滑剂的使用寿命和机组运行状况，制定合理的更换周期。通常建议每半年至一年对推力轴承的润滑油或脂进行一次更换，以确保轴承始终处于最佳润滑状态。

4.3 监测立式水轮发电机组运行状态

（1）振动稳定性监测

通过对机组振动状态的全面监测，我们可以深入了解机组内部的运行状态和性能特点。常见的振动故障机理分析能够帮助我们更好地理解振动产生的根本原因，而振动监测关键技术则为我们提供了实时监测和分析机组振动状态的有力工具。通过时域波形分析、频谱分析、轴心轨迹分析等先进的分析方法，我们可以对机组振动进行深入分析，判断机组是否存在异常振动情况，并及时采取措施进行干预。

（2）系统组成与应用

实时监测是立式水轮发电机组状态监测系统的重要功能之一。通过实时采集和展示机组运行状态数据，运维人员可以时刻了解机组的运行情况。机组布置图及数值表等直观展示方式使得数据的呈现更加清晰易懂。此外，系统还具备强大的数据分析能力，可以对历史数据进行深入挖掘和分析，提取出能够体现机组运行特征的关键信息。这些信息不仅有助于运维人员了解机组的运行规律和性能特点，还能为机组的性能优化和故障诊断提供有力支持。

在机组状态出现异常时，系统能够实时进行预警和报警。这些预警和报警信息可以通过多种方式进行传递，如声音、光闪、短信、邮件等，确保运维人员能够及时接收到相关信息并采取相应的处理措施。同时，系统还能生成各种功能目的的机组报告，方便运维人员对机组的运行情况进行全面了解和评估。

（3）故障诊断技术

在立式水轮发电机组故障诊断方面，智能诊断技术发挥着越来越重要的作用。这种技术利用人工智能和机器学习算法对大量数据进行快速、准确的分析和处理，能够自动识别设备故障的根本原因和类型。与传统的故障诊断方法相比，智能诊断技术具有更高的准确性和可靠性，能够大大提高故障诊断的效率和准确性。

故障模式识别技术也是立式水轮发电机组故障诊断的重要手段之一。通过对设备的振动、温度等参数进行实时监测和分析，我们可以识别出设备存在的故障模式，并采取相应的措施进行预警和处理。此外，维修决策支持技术也能为运维人员提供有力的支持，帮助他们快速、准确地判断故障类型和原因，并制定出有效的维修方案。

5 结束语

立式水轮发电机组推力轴承的检修与维护是确保机组稳定运行的重要环节。通过制定科学的检修策略和维护措施，可以及时发现并处理推力轴承的潜在问题，延长其使用寿命，提高机组的可靠性和安全性。同时，加强机组运行环境的管理和控制也是确保推力轴承正常运行的关键。

参考文献：

[1]李政华. 立式水轮发电机组安装技术 [J]. 中国高新科技, 2020, (04): 31-32.

[2]刘顺,邓小电. 立式水轮发电机组推力轴承的检修与维护探究 [J]. 中国设备工程, 2019, (01): 56-57.

[3]顾业文. 立式水轮发电机组推力轴承的检修与维护分析 [J]. 科技展望, 2016, 26 (20): 79.

[4]肖先照. 立式水轮发电机推力轴承高压油顶起装置 [J]. 上海大中型电机, 2014, (04): 19-21.

[5]唐策乾. 立式水轮发电机组检修中中轴线找正研究 [J]. 科技与企业, 2014, (14): 371.

[6]罗昭秋. 综述立式水轮发电机组推力轴承的检修与维护 [J]. 科技创业家, 2013, (10): 122.