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巨型混流式水轮机导轴承结构特点及运行安全可靠性分析

文档作者：朱宏聂治学吴封奎官鹏文档来源：华能澜沧江水电股份有限公司小湾水电厂		点击数：	更新时间： 2021年03月01日
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第41卷第10期
2015年10月 水力发电
巨型混流式水轮机导轴承结构特点及
运行安全可靠性分析
朱 宏，聂治学，吴封奎，官 鹏
(华能澜沧江水电股份有限公司小湾水电厂，云南 大理675702)
摘要：通过介绍、总结现已投运的巨型水轮机水导结构特点，并进行运行可靠性对比分析，总结了巨型水轮机水
导轴承的发展趋势，为今后巨型水轮机导轴承的设计、选型和运行提供参考经验。
关键词：水导轴承；结构特点；运行安全；小湾水电站
Structure Characteristics of Guide Bearing of Large Francis Turbine and
Analyses on 0peration Safety and Reliability
ZHU Hong，NIE Zhixue，W U Fengkui，GUAN Peng
(Huaneng Hydro Lancang Xiaowan Hydropower Plant，Dali 675702，Yunnan，China)
Abstract：The structure characteristics of guide bearings of giant turbines which have been put into operation are summarized，
and the operation reliability of these guide bearings is compared and analyzed．The development trend of guide bearings of giant
turbine is also summed up．The research resuhs will provide references for the design， type selection and operation of guide
bearings of giant turbine．
Key W ords：guide bearing of turbine；structure characteristics；operation safety；Xiaowan Hydropower Station
中图分类号：TM312(274) 文献标识码：A 文章编号：0559-9342(2015)10—0043·04
近年来随着长江中上游、澜沧江、红河流域的
水电开发，我国陆续投运了三峡、龙滩、小湾、溪
洛渡等一批百万千瓦级巨型水电站。经过多年的发
展，我国在巨型混流式水轮机的设计、制造、运行
管理方面积累了丰富的经验。三峡、龙滩、小湾、
溪洛渡电站单机容量相同，但水导结构设计、运行
各有特点。
1 已投运巨型水轮机水导轴承结构简介及
共性
1．1 已投运巨型水轮机水导轴承结构简介
1．1．1 小湾水导轴承结构
小湾水轮机水导轴采用有领轴非同心分瓦块稀
油自润滑外冷轴承结构。主要由轴领、水导瓦、轴
瓦支撑环、油盆盖、外置冷却器组成。轴瓦材料为
巴氏合金，轴瓦分别通过其背后的推力环、支撑块、
轴承座将径向力传递给顶盖；轴瓦间隙通过调整管、
调整螺栓、斜键实现调整； 轴承盖靠近主轴处采用
双层梳齿密封结构； 轴承冷却采用自循环外冷形式，
轴领上均布24个西33．4 Inn 的轴孔(实际运行中仅
用12个，其余封堵)作为滑转子泵的泵孔，轴领与
下部的挡油环一同构成泵室； 轴瓦支撑环为双层结
构， 与轴领一同形成热油腔； 位于支撑上方的中间
环与轴承座形成冷油腔。热油通过主轴滑转子泵泵
入热油腔汇集， 汇集后流人冷却器， 冷却后的油进
入冷油腔，冷油腔通过轴瓦上部的环管将油均匀的
喷淋在轴瓦之间，润滑后的热油通过轴瓦盖进入轴
承座上方的热油槽， 热油通过轴瓦座上的通孔回到
热油槽， 如此循环往复实现油循环。详细结构见
图1。
1．1．2 龙滩水导轴承结构
龙滩水轮机水导轴承采用的方式、组成、轴瓦
收稿日期：2015—07-25
作者简介：朱宏(1983一)，男，云南宣威人，助理工程师，主
要从事水电厂运行、维护工作

表1 各机组水导轴承主要设计参数
在巨型混流式水轮机当中， 小湾电厂水导轴承
系统采用自润滑形式， 独具特色。小湾水导轴承的
冷却系统设计为自润滑外冷式， 两个互为备用的冷
却器设置在水轮机顶盖内，正常运行时两台冷却器
1台工作，1台备用。
图5 小湾水导目循环冷却示意
首台机组投产初期，水库蓄水没有到达正常水
位，机组水导轴承按设计要求投人运行， 所有轴领
滑转子泵孔未封堵，冷却器按一主一备投入， 机组
未能带满负荷运行，初期瓦温维持在55～60 ℃ 运
行。直到2010年机组陆续投产完毕，水库水位蓄至
额定水头以上， 机组满发后，水导瓦温维曾一度维
持在58～63 qC运行；经过对比分析， 确认瓦温高的
原因为冷却器功率不足。投入备用冷却器运行后，
瓦温下降并维持在55～60℃ 运行； 随后继续分析，
排除机组技术供水影响后， 初步分析认为瓦温维持
高温运行有三种可能，分别是：① 轴瓦支撑环密封
间隙过大；② 轴领泵泵孔数量或尺寸不合适；③ 冷
却器功率过小或热交换能力差。通过厂家及设计单
位的再次分析及计算，最终确认原因为轴领泵泵孔
投人数量过多， 造成热油流循环过快， 冷却轴瓦后
的热油不能及时通过轴承座上的开孔回到下部热油
槽，导致热油富集在轴承座的上方热油槽。随后利
用20l1年～2012年机组检修期，将1号机组水导轴
承24个轴领泵孔间隔封堵，其余运行条件保持不
变， 开机后瓦温考验证明问题发现及处理正确，水
导瓦温大幅下降至45—55℃ 之间稳定运行。
2011年期间，小湾3号机组运行过程中， 在机
誓曩1V er‰w 4 N。．10
组振动没有变化的情况下，水导瓦温短时从50℃ 上
升至60℃ ，排除技术供水及冷却器堵塞后， 原因锁
定在轴瓦支撑环密封间隙过大，经停机抢修发现，
轴瓦支撑环铜质密封齿受损，且与轴领接触部分存
在划痕， 造成局部间隙过大，导致冷、热腔发生串
油。更换新的铜质密封后， 开机后瓦温恢复原运行
温度区间。
2012年至2013年检修期间， 为了消除轴瓦支撑
环铜质密封材料的缺陷及对轴领的伤害，将2号机
水导轴瓦支撑环铜质密封材料更换塑料制品， 开机
后瓦温考验短暂稳定运行后，温度又升高至60℃ 左
右， 随后停机检查发现，分瓣组合的塑料密封齿间
隙发生移位， 对密封槽进行点焊定位处理， 以达到
防止密封齿随大轴旋转移位的目的。重新按间隙安
装密封齿后，开机瓦温考验正常， 瓦温维持在45℃
至55℃ 稳定运行。
白此，小湾水导轴承自润滑系统再无其他不安
全事件发生。
2．2 运行可靠性对比分析
下面就各电厂油盆结构及油循环系统进行简要
分析对比。
2．2．1 油盆结构
现代巨型混流式水轮机导轴承油盆普遍采用“冷
热隔离”的设计思路，冷、热油的隔离面一般选取轴
瓦支撑环。轴瓦支撑环与大轴密封的好坏，直接关
系到“冷热隔离”的效果。一旦该处密封失效或密封
不良，将会造成冷热油互窜，形成局部的高温循环。
轴瓦冷却及润滑不良， 易造成高温烧瓦。各电厂轴
瓦支撑环密封形式各有不同，但采取双层梳齿密封
结构的效果整体好于单层密封结构。
2．2．2 油循环冷却系统
现代巨型混流式水轮机水导系统冷却方式共有
两种，分别是强迫外冷和自润滑外冷。自然换外冷
依靠自身轴领滑转子泵提供动力，滑转子泵只需要
机组安装初期调试正常后，后期运行变化很小。从
采用自润滑外冷方式，且投产至今已5年的小湾水
电厂运行情况来看， 自润滑外冷系统仅出现两次密
封不严，造成冷热腔窜油引起机组运行过程中瓦温
偏高的事件， 但随后改进密封材料和固定方式后，
再无其他影响机组安全的故障发生。强迫油循环冷
却系统辅助设备多，且需要外部动力， 机组开机条
件判断条件及运行中的机组不可靠因素增加。采用
强迫油循环的某巨型电厂曾今发生过因控制电源跳
闸造成油泵全停轴瓦受损的事件。强迫油循环不仅
需要有完善的自动控制策略，而且还需要可靠的电
源及定期维护保养。由此可见，强 (下转第63页)
第41卷第10期 陈映喜，等：楚穗直流孤岛运行方式下电站侧孤岛专用装置研发
系统多模式切换功能等。
6 结语
特高压直流输电工程孤岛运行方式下，送端电
站侧设置配合孤岛运行方式孤岛专用装置，为方便
调试试验以及自动回路检修需要，孤岛专用装置应
设置为自动／手动两个回路。小湾水电站孤岛专用装
置虽然仍存在一些问题， 但装置配置的原则、信号
交换内容及要求、接口方式具有一定的参考意义，
为后续投运的特高压直流输电工程配套电源电站提
供了运行经验。
(上接第24页)级人员对安全生产管理进行科学决策，
为电厂安全生产管理在移动应用方面进行技术研究起
到示范作用，为实现无线移动技术在整个电力行业的
应用进行技术探索和推广应用作了开创性的工作。
随着系统平台功能的相继启用， 小湾电厂生产
管理逐步迈入信息管理阶段， 安全管理信息的实时
共享极大提高了电厂生产管理的工作效率和质量，
为企业提升管理水平奠定了坚实的信息化基础。但
尚还有很多其他功能等待开发， 故在下一步研究中，
将进一步完善系统应用功能， 深入实现信息化与标
准化、集约化、智能化、精细化的有机融合， 为开
发完善具有中国水电特色的电力安全管理信息系统
而继续努力。
参考文献：
[1]魏荣澄．三峡电站生产管理信息系统[J]．水电厂自动化，2010，
(上接第46页)迫油循环因其依靠的外部设备较多，
运行中发生故障的概率高于自润滑系统，可靠性低。
3 结语
(1)现有已投运或在建的巨型混流式机组无论有
无轴领均采用可调楔子板非同心分块稀油润滑巴氏
合金轴瓦，可调楔子板非同心分块稀油润滑巴氏合
金轴瓦的优点正在被重视及广泛应用。
(2)无轴领导轴承系统需要外部辅助设备较多，
且不能利用滑转子泵。与有轴领导轴承相比虽然制
造过程简单，但不利于电站运行维护。
(3)巨型混流式水轮机导轴承冷却方式共分为两
种，分别是强迫油循环外冷和自循环外冷。自循环
外冷虽然运行可靠性高，但需要精密的设计及多次
参考文献：
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(责任编辑王 琪)
真机试验，且受限于机组转速； 强迫油循环外冷实
用范围广，但需要不断完善自动化控制策略及提高
电源、动力设备的可靠性，并重视极端运行工况及
适应“无人值班， 少人值守，远程集控”的水电发展
趋势，保证设备随时可用。
参考文献：
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