4期工程抽水蓄能机组推力轴承事故分析

广蓄二期工程抽水蓄能机组推力轴承事故分析

蒋能定

中南勘测设计研究院，湖南 长沙410014)  关键词：推力轴瓦；事故分析；处理对策；广州抽水蓄能电站

摘 要：广蓄电站二期工程6号机组在起动调试过程中，先后发生两次推力轴瓦烧损事故，其原因主要是推力轴瓦瓦面的粗糙度、波浪度、中心油池形状、瓦的宽厚比等不能满足运行的要求。在事故处理时采取了以下措施：对瓦面进行现场研刮，使每1cm有4～5个接触点；在瓦面两边侧刮出导油角；将梯形油池改成直径为55 mm的圆形油池；减薄钢瓦坯支承处的厚度，使宽厚比由0.38降到0.28；扩大弹性圆盘下支承块的支撑面；减少冷却油喷油孔数量等。事故处理后，机组已在各种工况下安全运行近18个月，推力轴承运行情况良好。 1情况概述

广蓄电站二期工程安装4台单机容量为300 MW的悬吊式蓄能机组，其中电动发电机由德国西门子公司（SIEMENS)负责成套和供货、现场安装（仅派驻现场代表和安装督导，实

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际安装工作由中国水电十四工程局广东分局安装公司承担，但安装进度和质量保证责任仍属西门子）、现场调试和可靠性运行，德国柏林电机厂负责电动发电机的设计和制造，但推力轴瓦由英国MICHELL公司供货。广蓄二期机组编号续广蓄一期机组编号之后，分别为5、6、7、8号。 机组推力轴承和上导轴承同装于电动发电机上机架上的“推—导组合轴承箱”内，采用外加泵外循环油—水冷却器冷却方式。推力轴承瓦块由一个弹性圆盘支撑，弹性圆盘的球形曲面支承在刚性支承块的支承平面上，可以自由偏转，以使轴瓦与镜板之间形成楔状油膜。圆盘弹性变形可以吸收轴瓦上的不均匀荷载。

广蓄二期蓄能机组的推力轴承支承型式结构简单、性能较好，但其对材质和单件加工精度要求高，应用于大容量、高转速的蓄能机组，在我国是首次引进和采用。

广蓄二期首台机组（5号机）在1998年9月7日开始起动调试。推力轴瓦在不同运行工况时测得最高瓦温为：空载工况73℃；发电工况带额定负荷70℃；抽水工况78℃，如果投入直流顶起高压油泵（下称DC泵)，则回落到73℃。上列推力轴瓦运行温度超过了《主机合同》规定值（主机合同规定轴承在各种运行工况的瓦温，期望值小于或等于65℃，保证值不超过70℃）。在整个调试过程中，5号机组推力瓦

温一直处于偏高状态，检查冷却水系统是正常的，检测安装在推力轴瓦上油膜传感器，显示进油边油膜厚140 μm，出油边油膜厚70 μm，平均油膜厚达105 μm，膜厚比为2，属良好状态。当时，找不出瓦温偏高的理由，考虑到国内外同类机组推力瓦温已有80～90℃先例，决定暂时放宽对推力瓦温的限制，期望通过可靠性运行，使轴承磨合保持瓦温的稳定和下降。但为了安全，对推力轴瓦运行温度作了新的限定：当瓦温达到75℃时，DC泵自动投入运行，当瓦温达到78℃时，机组自动报警并自动停机。5号机组自投入可靠性运行（试运行）后，在抽水工况运行时，DC泵投入运行间隔约为20 min，但没有出现推力瓦温达到78℃情况，发电工况运行时，投DC泵机会很少。机组在设定条件下能够正常运行。

在6号机组起动调试过程中，先后发生了两次推力轴承烧损事故。第一次发生在机组首次起动后，进行空载工况轴承温升试验过程中；第二次发生在机组经事故处理，恢复调试，进行到水泵调相工况试验时。

对于这两次事故，西门子公司和工程建设业主都十分关注，进行了深入的调查研究，提出了各种事故处理措施和方案。事故分析及处理分述如下。 2事故分析

2.1事故经过

第一次事故发生之前，为轴承温升试验已经有3次开机，均因瓦温分别达到75、77和78℃而停机中断试验，但没有查出瓦温高的原因。又按自动开机程序进行第4次轴承温升试验，开机后达到额定转速时，AC泵(交流高压顶起油泵)和DC泵自动退出，5、10号推力瓦温升至75℃，调试工程师立即手动投入DC泵，但7、10号推力瓦温很快升至80℃，调试工程师当即手动停机，此时在温度显示屏上显示10号推力瓦温超过200℃，其余11块推力瓦温均超过110℃。经检查，推—导组合轴承油盆内有大量巴氏合金粉末和不规则的巴氏合金熔块、黑色切屑状金属丝沉淀；12块上导轴瓦均被卡死，推力头下沉约6 mm；推力头镜板与推力瓦粘结；在镜板平面中部宽约170 mm范围内有深3～5 mm的环向刮痕；12块推力瓦上厚4 mm的巴氏合金瓦面几乎全部磨掉；推力瓦中心的顶起油泵喷油孔被熔的巴氏合金全部堵塞；12根铜质刮油板被磨平。

对于第一次事故，西门子公司和柏林电机厂均派专家到现场进行了事故调查，在德国进行了设计计算复核，基本结论是原设计计算正确，在现场也没有发现造成事故的致命隐患，因此很难判断事故的真实原因，仅提出几种可能性：出现了有危害的暂态过程；推力轴承安装误差过大；不满足

初始起动条件。为了寻找事故的真实原因，希望尽快恢复调试。事故处理措施是按原设计恢复，进行了下列几项工作：①在进／出油边钢瓦坯上5 mm边缘按45°削角；②用7号机组推力头替代6号机组损坏的推力头；③重新选配推力轴瓦，并控制瓦面高差不大于±0.01 mm；④在每块推力轴瓦上安装油膜测量传感器；⑤清洁推—导组合轴承及冷却系统；⑥换新油并进行过滤。

对第一次事故的调查和处理过程将近有2个月时间，在1999年7月13日事故处理后重新起动机组、恢复调试。先在空载工况不同转速下进行油膜状态、轴承瓦温和机组振动测量。测量结果是：机组静止不转时，分别投入AC泵和DC泵，测得静压油膜厚度平均为60 μm；在50%额定转速时，AC泵和DC泵都投入情况下，进油边平均油膜厚度为104 μm，出油边平均油膜厚度为69 μm；在100%额定转速时，AC泵和DC泵都投入情况下，进、出油边油膜厚度都降到60μm左右，并至少有3～4块推力轴瓦的瓦面出现反倾现象(即油膜厚度进油边小于出油边)，推力瓦温最高为82℃，最低为71℃。机组振动值小于《主机合同》规定值。上述测量数值表明，第一次事故处理是不成功的，实测油膜状态说明没有建立起动压油膜，不能保证机组正常的安全运行，潜伏着事故隐患，为了把各种试验完成，在各种工况下检测了推力瓦的温度、油膜状态，为推力轴瓦的进一步改进提供依据，其

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