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泗阳闸水轮发电机试运行增速器发热原因分析及处理

文档作者：刘须朋，王亮，卜士波，王慧，仓业健，吕鸿燕文档来源：泗阳闸站管理所		点击数：	更新时间： 2024年03月05日
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收稿日期：2017 － 06 － 01
作者简介 ：刘须朋 （1963 － ） ，男 ，高级工程师 ，主要从事 大型泵站、水闸的运行管理和技术改造工作。
E mail ： lxp1362278＠ 163.com
泗阳闸水轮发电机试运行增速器发热原因分析及处理
刘须朋，王 亮， 卜士波，王 慧， 仓业健，吕鸿燕
（泗阳闸站管理所，江苏泗阳223700）
1 概 述
泗阳闸位于江苏省泗阳县城中心东约2.5 km
处的中运河上， 该闸具有防洪、排涝、灌溉、发电
等综合功能。泗阳闸闸室右侧岸边装设2 台
ZDT03 — LM100b 轴流式水轮机（转速375 r／min） ，配
套SF160 — 6 型高压三相同步发电机（转速
1 000 r／min ，顶端带励磁机） ， 水轮发电机组利用泗
阳闸泄水发电。发电机要达到额定转速发电， 与水
轮机两者之间需安装增速器（齿轮箱） 进行速比转
换。增速器由1 对斜齿轮、齿轮轴、推力轴承、箱
体等组成。增速器设计运行温度为≤ 80 ℃ ， 设计
啮合齿轮最小啮合齿侧间隙0.185 mm ，设计推力轴
承轴向间隙0.20 ～ 0.30 mm 。
2 故障现象
（1） 第一次机组试运行， 运行30 min ，增速器
外壳温度达到90.2 ℃ ， 环境温度5 ℃ ， 超过增速
器内齿轮、轴承、润滑油设计运行温度、温升， 紧
急停机。
处理措施： 将润滑油冷却系统回油箱体积扩大
（长、宽、高尺寸扩大） ， 加注润滑油， 体积数量为
原来3 倍。循环油泵及电机都更换， 功率扩大； 加
大进油管管径， 由原来的直径15 mm铜管更换为
20 mm铜管。
（2） 第二次机组试运行， 运行60 min ，增速器
外壳温度达到90.3 ℃ ， 环境温度12 ℃ ， 超过增速
器设计运行技术参数， 紧急停机。
处理措施： 在润滑油冷却系统回油箱内加装散
热片， 加大热量传递， 带走热量。
（3） 第三次机组试运行， 运行90 min ，增速器
温度达到90.2 ℃ ， 紧急停机。
3 原因分析
（1） 增速器运行产生高温可能有如下原因： 增
速器（齿轮箱） 使用的润滑、冷却油不合格； 斜齿
轮啮合间隙偏小， 运行时产生热量过大； 推力轴承
轴向间隙偏小， 运行产生热量过大； 齿轮轴弯曲或
箱体端孔不同心造成运行发热的。
（2） 对齿轮箱进行测量、解体检查： 经检查化
验增速器内润滑、冷却油型号符合设计要求齿轮轴
无弯曲， 轴承座孔与箱体孔同心度合格。采用啮合
齿轮间放入1 mm保险丝， 转动齿轮， 取出保险丝，
千分尺测量保险丝厚度， 为0.12 mm ，小于设计要
求。经检查输入轴滚柱推力轴承轴端轴向间隙为
0.14 mm ，小于设计间隙。
4 推力轴承间隙小
泗阳闸水轮机为轴流式水轮机， 水轮机的转轮
在水中受到水流的反作用力而旋转， 工作过程中水
流的压力能和动能均有改变， 但主要是压力能的转
换。全部叶片同时受到水流的作用。
泗阳闸水轮发电机的水动力传递： 打开进水闸
门→ 水轮机导叶门→ 水冲击水轮机叶轮→ 水轮机轴
转动→ 带动增速器输入轴转动→ 齿轮1 （主动齿
轮） 转动（低速齿轮） → 高速齿轮（从动齿轮） →
增速器输出轴→ 发电机轴转动→ 发电机发电。
推力轴承过热主要原因是推力轴承受力过大所
致。齿轮轴是靠轴端推力轴承支撑、固定位置。推
力轴承在轴承盒末端。水轮发电机运行， 上游进水
通过水轮机导叶门推动水轮机转轮叶片转动， 水轮
机转轮叶片是按一定空间角度斜立在进水流道的竖
井空间。作用在叶轮叶片上的水推力可分解为水平
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小水电 2017 年第5 期（总第197 期） 运行与维护
万方数据
圆周推力和竖直轴向力， 水平圆周推力使叶轮做圆
周旋转运动； 而轴向力的作用使水轮机的叶轮、大
轴、联轴器、低速齿轮、低速齿轮轴、低速齿轮轴
两端推力轴承作为一个整体做上下运动。由于上下
游水位变化， 进水流态不是均匀恒流稳定， 水轮机
组转动部分（包括直接相联接的） 的上下运动是瞬
息变化的， 结果造成竖直轴向力处于运动变化中，
有时突然过大， 造成推力轴承轴端间隙变化。另
外， 在设计的时候， 推力轴承轴端间隙应预留合适
的规定间隙， 在设计推力轴承的轴端间隙， 既要考
虑机组在转动时的正常金属发热膨胀间隙， 同时也
要考虑水轮机叶轮叶片由于进水压力变化（流态不
稳） 造成轴向力变化， 从而引起转动部分的竖直上
下窜动的幅度值（见图1） 。
图1 泗阳闸水轮机增速器及冷却系统示意
正常运行时， 推力轴承受力平衡， 轴向有微小
的自由窜动。如果进水流态变化大， 造成推力轴承
平衡力小于叶轮产生轴向力， 轴承受力偏大； 就会
产生热积累形成积炭， 粘浮在推力轴承和推力盘
上， 使推力轴承温度升高。
推力轴承轴向受力过大， 轴承旋转运动， 滚动
摩擦会变成滑动摩擦， 增大摩擦系数， 造成发热
过大。
5 齿轮啮合间隙小
增速器啮合齿轮为1 对斜齿轮， 斜齿轮传动比
较平稳， 承受重载大。因为轮齿是斜的关系， 所以
在传动的时候， 斜齿轮既能承受径向力， 也能承受
轴向力。斜齿轮啮合传动时， 除了使轮齿齿面有良
好的接触区外， 还必须使轮齿之间有合适的啮合间
隙； 这是因为轮齿的润滑以及轮齿能否灵活、无冲
击、无噪音的啮合运转， 全靠适当的间隙来保证
的。如果间隙过小， 不能在齿面之间形成一定厚度
的油膜， 使轮齿工作面的润滑和冷却变坏， 工作中
会发生噪音及过多热量， 并加剧轮齿齿面的磨损和
擦伤。同样原理， 水轮机叶轮叶片的进水不稳定流
态造成的轴向力的作用， 使增速器的主动低速齿轮
与水轮机的转动部分一起上下窜动， 造成齿轮啮合
的间隙变化。为使啮合斜齿轮能正常工作， 除必须
使轮齿齿面有良好的接触区外， 还应使轮齿之间有
适当的啮合间隙。啮合齿轮的设计间隙要考虑齿轮
本身金属热膨胀间隙+ 转动体轴向窜动幅度值。如
果安装调整啮合斜齿轮的间隙小于设计间隙， 必然
会造成运行时增速器过热。
泗阳闸水轮机增速器啮合齿轮间隙偏小、推力
轴承轴端间隙偏小， 造成机组发电运行时产生过大
的高温热量， 即使与冷却油热交换， 也来不及全部
带走， 造成恶性循环， 增速器温度持续上升。
6 解决方案
（1） 对齿轮啮合间隙偏小问题。经检查测量计
算， 啮合齿轮的中心距比设计偏小， 原因是在加工
啮合齿轮轴的轴承座孔时， 误差大， 使得啮合齿轮
实际中心距与设计相比偏小了， 造成齿轮啮合工作
过程中齿轮啮合间隙偏小。把增速器的啮合齿轮轴
承座孔重做加工， 安装时仔细测量斜齿轮啮合间
隙， 使之符合设计要求。
（2） 对增速器推力轴承轴端间隙偏小问题。重
新安装时对推力轴承轴端间隙仔细测量检查调整，
使增速器齿轮箱输入、输出轴推力轴承的轴向间隙
符合设计要求。
7 安装后实施运行效果
增速器（齿轮箱） 总成经过重新加工、安装、
调整， 试运行72 h ， 测量增速器（齿轮箱） 温度最
高为60 ℃ ， 在设计运行范围内， 满足运行要求，
达到预期目的。
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责任编辑 吴 昊
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