关于轴瓦温度升高问题的分析研究

张成名，肖维宝，李 涛

（山西西龙池抽水蓄能电站有限责任公司，山西省忻州市 035503）

关于轴瓦温度升高问题的分析研究

张成名，肖维宝，李 涛

（山西西龙池抽水蓄能电站有限责任公司，山西省忻州市 035503）

本文针对某抽水蓄能电站4号机组C级检修试验阶段，发电工况运行过程中轴瓦温度迅速升高，而相应的油温和水温均保持在合理范围内的问题，推断出可能存在水导轴瓦磨损和油膜不能很好形成的缺陷，提出打磨轴领和水导瓦、过滤润滑油的措施，并在此基础上深入分析了水导轴瓦温度升高的原因，最终达到消除该缺陷的目的。

水轮机组；水导轴瓦；油膜

0 引言

某抽水蓄能电站的机组为可逆式水轮发电机组。其中，机组导轴承的作用是限位，可防止机组在运行时产生旋转摆动，保持轴心稳定。

2013年11月9日上午，该电站在完成全部C级检修例行项目后，4号机组进行修后试验，在进行发电工况手动升速试验过程中发现，当转速升至额定转速（500r/min）后，水导轴瓦温度上升速度较快，12块水导轴瓦温度均以较快速度上升，约15min后水导轴瓦温度达到报警值65℃，后手动停机。

在4号机组运行过程中，水导系统油混水装置无报警；水导冷却系统未发现异常；机组在试验运行中水导摆度值在正常范围之内；检查水导冷却器进出口油流量、压力、冷却水流量，结果表明均在正常范围之内。

2013年11月16日，水导轴瓦处理完成，在进行第一次空载热运行中仍未成功。当空载运行1h后，水导轴瓦温度仍然达到65℃达报警值，经过调整冷却水流量、油的流量和进出口油温差后，试运行成功。

1 事故分析

1.1 油膜的建立

滑动轴承的摩擦系数f是重要的设计参数之一，它的大小与润滑油的黏度η（Pa·s）、轴的转速n（r/min）和轴承压强P（MPa）有关，轴承摩擦特性系数λ见式（1），轴承摩擦特性系数与滑动摩擦系数的关系如图1所示。

图1 轴承摩擦特性系数与滑动摩擦系数关系图

λkp左边为非液体摩擦润滑。轴瓦没有完全浸没在油中，在机组启动过程中，建立油膜以前，轴瓦与轴承间是干摩擦或者说是半干摩擦，所以在这个阶段摩擦系数比较大，随着油膜的建立，摩擦系数减小，发热量也减少，而后随着转速趋于稳定；同时，压强和油的黏度在经过一段时间后可以认为是不变的，因此轴承摩擦特性系数最终趋于稳定，对应的滑动摩擦特性系数也趋于定值，发热量与散热量达到动态平衡，机组运行趋于稳定。

表1 11月9日发电工况启动水导瓦温上升表

1.2 事故过程分析

水导轴瓦上的几个测温点温度有不同程度的升高可能有4方面的原因：

（1）测温回路本身有问题，监控误报警[1]。

（2）油膜不能很好建立，半干摩擦或干摩擦使轴瓦温度升高。

（3）水导轴瓦与轴承相互摩擦，产生大量的热。

（4）冷却系统有问题，热量不能很好的传导出去。

为了进一步查出4号机组轴瓦温度升高的原因，需要现场检查机组和分析运行参数，并依此做出判断。首先对运行参数进行了分析比较；其次检查了测温回路，并开展相关试验，具体内容在本文事故处理中具体介绍；最后在分析参数变化的基础上，排除造成缺陷的次要原因，找到主要原因，最终达到消除缺陷的结果。分析运行参数，如表1所示是事件发生时水导轴瓦温度变化趋势。

为了使运行参数更加直观明了，利用MATLAB处理，得到如图2所示结果。

从图2中可以看出，水导轴瓦温度升高速度较快且很快达到报警值，而油温和水温没有多大变化，从这一结果来看，很有可能是油膜没有很好地形成，导致轴瓦干摩擦产生的大量热量不能经由油冷却系统散热。而造成油膜不能很好形成的原因主要有以下几个方面：

图2 水导轴瓦温度变化曲线图

(1)冷却油系统中水分超标使油的黏度等性能发生变化，最终导致油膜不能很好的形成。

(2)轴瓦间隙发生变化，导致油膜不能很好的形成。

(3)水导油中颗粒度超标导致瓦面受损，不利于油膜的建立。

(4)水导油盆内油温过低，黏性增大油膜建立困难，导致瓦温升高。

从图2中，还可以看出水导轴瓦温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表示编号为m的轴瓦上所装的编号为n的测温点所测的温度。

结合图2所示的轴瓦温度曲线图和图3所示的水导轴瓦示意图，由温度变化推断出，编号为T4-11、T5-10、T11-9、T10-8的这几块轴瓦划痕较大，处理时需要更加留意。

图3 轴瓦编号与测温点示意图

图4 水导轴领表面和水导瓦面

从理论上找到问题后，技术组研究决定，拆卸水导轴瓦进行检查。

从图4中明显可以看出，水导瓦面有明显的划痕和黑点，轴领表面用手摸可感觉到局部区域存在高点，编号为12、11、10、9、8的轴瓦划痕明显比其他的严重，打磨时需要注意。

另外，化验水导冷却油发现，油的颗粒度为12级以上，不满足要求，需要进行油处理和管道系统全面清洗工作。

2 解决对策

停机后，针对事故分析中，提出造成轴瓦温度升高的原因（1），对测温回路进行检查，利用信号发生器对水导瓦和油温的RTD进行检查，发现元件参数均正常，这样就排除了测温回路的问题，具体数值如表2所示。

针对事故分析中，提出造成轴瓦温度升高的原因（2）和参数分析中油膜不能很好形成的原因，做了如下处理：

（1）对水导油进行了过滤，过滤后油品取样化验颗为6级合格。

表2 4号机组水导瓦温、油温RTD测试记录

（2）对水导瓦间隙进行测量，测量数据见表3，从表3中可以看出，水导瓦间隙在允许范围之内之内，和安装记录比较为正常。

表3 水导瓦间隙测量数据

（3）考虑到电站冬季冷却水温度低，曾经发生过“冷却水温低且水流量相对较大，导致油温较低，而无法形成油膜，导致瓦温上升”现象。在再次启动机组过程中，将水导冷却水流量进行多次调节，控制进出口油温差在6℃左右，并利用手持式测温仪测油盆、冷却水和循环油进出口温度，均正常。

通过以上的处理方法，消除了因油的问题导致油膜不能很好形成的原因。

针对事故分析中，提出造成轴瓦温度升高的原因（3），做了如下处理：

（1）对轴瓦和轴承进行了打磨，消除了凸点，并经测验满足运行条件。

（2）对水导轴承摆度进行了试验，经统计各个导轴承摆度均正常，各个导轴承的摆度峰峰值见表4。

通过对比表4中的数据，证明该次运行各导轴承摆度未发现异常，可排除轴承摆度异常导致瓦温高的因素。

通过以上两种处理方法，消除了因水导轴瓦与轴承相互摩擦，致使产生大量的热的缺陷。

针对事故分析中，提出造成轴瓦温度升高的原因（4），做了如下处理：对水导冷却器管路解体检查，未发现异常，对水导冷却器进行打压试验，判断水导冷却系统运行正常，可排除因水冷却造成水导瓦温升高的原因。

表4 4号机组各导轴承摆度最大峰峰值对比数据

3 处理结果

事故分析过程中提出的原因（2）和原因（3），即油膜不能很好建立和轴承与轴瓦的相互摩擦，确是造成该事故的主要原因，但是机组轴瓦温度还不能长时间稳定运行。

但值得注意的是，在一系列的处理以后，机组再次运行过程中，轴瓦温度升高有明显放缓趋势，试验结果显示正常，同时考虑到水导油流量及冷却水流量均处于正常范围，且水导油温升高较慢，可与型号一致的2号机相比，运行参数还是有很大差距，经检测油温发现2号机油盆内外油温差为6℃，而4号机组相应的油温差为10℃。这是由于轴瓦间隙、摩擦系数、油的黏度发生了轻微的变化，影响了建膜效果，后提高油位、调节油的流速和冷却水流量，油盆内外油温差降至6℃左右，满足了油膜建立的最优条件，最终机组能够稳定运行。运行参数如表利用MATLAB处理，得到如图6所示结果。

图5 缺陷消除后水导轴瓦的温度变化曲线

从图5中可以明显看出，经处理后轴瓦温度保持在合理运行范围内运行。

4 总结

4.1 轴瓦打磨前机组不能正常启动原因

分析水导轴瓦打磨前机组不能顺利启动的原因。该电站4号机组C级检修为定期检修，检修前机组可以正常运行，在检修过程中水导油盆中仅进行了正常的滤油工作，在修后试验阶段，发现12块轴瓦温度全部升高，对应的油温和冷却水水温都没有明显变化，依缺陷消除过程得出如下结论：原油回路管道中尚存的焊渣杂质、杂物，由于本次检修滤油扰动原因，相关颗粒物进入到了轴瓦和轴领的摩擦中，而摩擦又使颗粒物进一步增多，在这周而复始滚雪球的过程中，破坏了润滑油的油膜[2，3]，轴瓦和轴领的摩擦产生了大量的热，致使机组轴瓦温度迅速升高，后手动停机。

4.2 油、水流量调整前机组不能正常启动原因

分析水导轴瓦打磨后机组不能顺利启动的原因。经过对水导轴瓦、轴领的打磨和油的过滤后，进行试运行，1h后水导轴瓦温度仍然达到65℃，在这种情况下，调整冷却水流量，增大油盆中油的流量[3]，维持了进出口油盆的油温差为6℃左右，试运行正常。在这过程中，经分析研究得出如下结论：在机组运行中，润滑油的流速和流量固定的情况下，油膜的建立需满足在一定转速、一定压强下，油的黏度与滑动摩擦力达到某种平衡才能更好形成油膜，而油的黏度又与温度强相关。机组此次启动过程中，油的流速和流量没有调节，影响油温的冷却水流量也没有调节，轴瓦和轴领经过打磨后摩擦系数发生了变化，同时长期使用中油的黏度也发生了改变，因而建立油膜需满足的平衡条件没有达到，故通过调节油的流速和流量，达到了建立满足条件的油膜的条件，实现了消除缺陷的目标。

[1] 徐刚．龙滩电站 6 号机组水导瓦温升高原因分析及处理[J]．水电站机电术，2011，34（4）：51-53．

[2] 席靖．水轮机轴瓦温度过高的原因分析．科技论坛．

[3] 徐彬，张兆雪．探寻水导轴瓦温度偏高的原因[J]．中国农村水利水电，2013，2：56-59．

张成名（1985—2015），男，研究生，助理工程师，主要从事生产运行。

肖维宝（1969—），男，本科，工程师，主要从事安全生产管理。

李 涛（1982—），男，本科，工程师，主要从事生产技术管理。

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