万家寨水电厂两种水轮机导轴承的分析和比较

万家寨水电厂两种水轮机导轴承的分析和比较
刘荣章

　　摘 要 万家寨水电厂两种水轮机导轴承分别代表着不同的设计风格和设计思想，一种代表的是传统的设计，一种代表的是具有改良思想的设计，对两种不同型式水轮机导轴承的初步分析，找出了各自的优缺点，得出一些可供参考的结论。
　　关键词 水轮机导轴承 分析 比较

　　万家寨水利枢纽位于黄河北干流托克托至龙口河段的峡谷内，左岸隶属山西省偏关县，右岸隶属内蒙古自治区准格尔旗，枢纽由拦河大坝、水电厂、开关站和引黄取水口组成，主要任务是供水结合发电调峰，同时兼有防凌作用。

　　万家寨水电厂由于其地理位置的特殊性，外界环境非常恶劣，位于黄河的中游，属于泥沙非常多的河段，而且其气候条件也很特殊，海拔也较高。其地理环境条件如下：

　　每年12月至次年5月为蓄水期，河水清澈。

　　每年6～10月为汛期，河水较浑浊。

　　由于本电厂的特殊性，电厂设备的设计、制造都有不同于其他电厂的特殊要求。

　　万家寨水电厂的所有机电设备都是由设计单位编制出设备订货技术条件，然后由业主单位统一按最新的招投标合同制，面向全国进行设备的采购，从而确定各设备的制造生产单位。

　　根据设计单位编制的设备订货技术条件，万家寨水电厂的水轮机分别由天津阿尔斯通水电设备有限公司和上海希科水电设备有限公司承制，在满足设计工况的技术条件下，这两个制造商的水轮机在结构、运行维护等方面都有很大区别，特别是水轮机导轴承这一部分尤其如此。

　　一、结构方面的不同

　　1.天津阿尔斯通的水轮机导轴承

　　（1）导轴承采用稀油润滑分块瓦轴承，轴瓦采用巴氏合金瓦形式，共分为8块轴瓦，轴承润滑油采用L-TSA46号汽轮机油；在机组长期连续运转条件下，冷却水最高温度25℃时，轴瓦最高温度不超过65℃，油温不超过60℃；油槽上装有油位信号装置，当油位过高和过压时发出报警信号，油槽中和轴瓦中设有测温装置并有报警和停机接点（电接点）；轴瓦与大轴之间的间隙调整用楔子块调整。

　　（2）冷却方式：为便于检修和多混沙电站的特点，采用的是强迫油外循环冷却方式，冷却系统放在顶盖中部，设有两套油泵及冷却器（一套工作，一套备用），油泵、冷却器及相应管路安装于顶盖内腔，轴承在冷却水中断后能安全承受机组运行20分钟。其冷却系统示意图如图１所示。

　　（3）轴承摆度和振动：在空载和负荷处于相应水头下允许出力的40%～60%范围内，轴承处测量水轮机轴的相对摆度不大于0.05mm/m（以发电机镜板处为准）；在任何运行工况下，轴承的绝对摆度不大于0.35mm；轴承径向振幅不大于±0.020mm。

　　2.上海希科水电公司的水轮机导轴承

　　（1）导轴承结构为：巴氏合金瓦筒式结构，分为两瓣筒式瓦结构，轴瓦与大轴的润滑油采用的是L-TSA46号汽轮机油。在油槽中装配有油混水装置、油位信号装置、油位计、一个测油温的测温装置、两个测轴瓦温度的测温装置。其轴承、大轴、油盘的结构如图２所示。

　　（2）冷却方式：采用旋转油盘，外置式油冷却器，润滑油通过冷却器进行自循环，冷却水压为0.8MPa，流量为3m3/h。其冷却系统如图3所示。

　　（3）轴承摆度和振动：在空载和负荷处于相应水头下允许出力的40%～60%范围内，轴承处测量水轮机轴的相对摆度（双振幅）不大于0.05mm/m （以发电机镜板处为准）；在任何运行工况下，轴承的绝对摆度（双振幅）不大于0.35mm；轴承径向振幅不大于±0.020mm。

　　二、运行维护方面的不同

　　1.天阿厂的水导轴承

　　（1）机组启动前应检查水导油槽油位、油质，检查油槽、冷却器、油管路、各阀门、管接头应无漏油渗油，油泵电机应盘车灵活，冷却水压、水量应符合要求，油泵电机的“手动”“自动”“备用”应试验正常。

　　（2）油泵在长期运行中应定期进行切换，停运时间过长，还应测量电机绝缘电阻是否符合要求。

　　（3）机组运行中应加强对水导油槽的监视，油面是否有异常升高和降低，电机的控制、操作电源，动力电源不应中断，冷却水不应中断，冷却水中断或油泵停运后，机组运行不应超过20分钟。

　　2.上海希科厂的水导轴承

　　（1）机组启动前检查水导油槽油位、油质正常，油槽、冷却器、油管路、各阀门、管接头应无漏油渗油，冷却水压、水量应符合要求。

　　（2）机组在运行中，注意监视冷却水不得中断。

　　三、两种水轮机导轴承的优缺点比较

　　（1）天阿厂的水轮机导轴承的优点：该轴承的导轴瓦分成八块轴瓦，在进行间隙调整时比较容易；设置了外置式强油水冷却系统，冷却效果非常好；采用了外置式玻璃筒浮子油位计，油位观测简单直观。

　　缺点：由于是外置式强油水冷系统，多了一套辅助设备，增大了运行维护工作量；管路连接头和阀门较多，增加了油的渗漏点。

　　（2）希科厂的水轮机导轴承的优点：采用的冷却系统是旋转油盘外置式冷却器自冷却系统，没有过多的辅助设备，运行维护工作量大大减小；管路连接较单一，减少了油的渗漏点。

　　缺点：由于采用了两瓣筒式瓦，在进行间隙调整时难度较大而且在运行中水轮机导轴承的摆度和振动非常大；采用自冷却方式，冷却效果较差；油位计在油盘中，不易直接观测读取。

　　经过近两三年的运行比较：天阿厂的水导轴承运行维护工作量确实很大，因为它在运行中油泵不能停运，运行时间一长，电机绝缘能力降低、热继电器吸合能力降低、油泵轴承卡涩等等，很容易造成油泵停运使机组甩负荷。在运行中也出现过因为油泵停运而使机组多次甩负荷的事故，后来将停机的时间继电器延迟时间改长，这种状况才得以改善，但可能性仍然存在。另外，由于环境的原因对冷却效果要求相对较低，所以它本身冷却性能好的优点不明显。上述问题在希科厂的水导轴承上就不存在，而且运行维护量很小，但是在实际运行中水轮机导轴承的摆度和振动很大，也曾因此导致轴承的有关部件断裂，所以，若能降低其摆度和振动就更好。总体上这两个厂的设计都是符合要求和标准的，它们各有千秋各具特点。