水轮发电机组及厂内经济运行

水轮发电机组及厂内经济运行水电站机电设备运行与技术问答水轮发电机组及厂内经济运行1、水轮发电机组的推力、上导、水导轴承的作用是什么？各由那些主要部件组成？答：水轮发电机的轴承分为：水轮机导轴承（水导）、发电机轴承（包括推力、上导、下导）。

悬吊式的水轮发电机一般有推力轴承和上导轴承，推力轴承的作用是承受整个机组回转部分的重量及水轮机的轴向水推力，并将这些力传递给荷重机架。

上导和水导轴承是使主轴在一定的中心范围内回转，承受机组水平方向的振动力。

大型的水轮发电机的推力轴承承担的负荷往往在几百吨以上，机组回转部分的重量包括发电机转子、水轮机的主轴和转轮。

目前常用的推理轴承有：刚性支柱式、平衡块式及液压支柱式三种。

推理轴承自下而上主要由油槽，推力支架、抗重螺栓、托盘、推力瓦、镜板和推力头等部件组成。

推力头用键与主轴连接在一起，在推力头上上面安装一个卡环，通过用螺栓紧紧连在一起，这样当主轴转动时，推力头和镜板也随之转动，成为推力轴承中的回转部分，在镜板下面是轴瓦，轴瓦本身是固定的，所以它与镜板之间就形成滑动摩擦，也就是说通过镜板将巨大的重量，由转动部分传递给固定部分。

为了减少镜板和轴瓦之间的摩擦，并使两者之间能存在一层油膜，镜板与轴瓦接触表面应该高度平滑。

推力轴承是置在推力油槽内的，在推力油槽内还有冷却润滑油用的冷却器。

而推力轴承和冷却器全部浸在润滑油里面，上边用盖板盖严。

在推力油槽内还装有测量瓦温和油温的温度计。

为了限制主轴在运行中水平方向的摆动，在发电机转子上部，安装有上部导轴承（上导），上导轴瓦瓦面是钨金浇铸成的。

上导的作用是承受机组转动部分的径向机械不平衡力和电磁不平衡力，以维持机组轴线的稳定。

轴承的油槽是两半组合成的，油槽内装有挡油板、冷却器、给排油管及冷却水管。

水轮机导轴承（水导）安装在竖轴水轮机主轴下端靠近转轮处，用以限制水轮机在运转过程中主轴发生摆动和振动，而保证轴心的稳定，可见它的作用，一是承受机组在各种工况下运行时，通过主轴传过来的径向力，另一个是维持已调好的轴线位置。

轴承与主轴之间，镶有耐磨的轴衬，轴衬与轴瓦之间用油（钨金的）或水（橡胶的）来润滑。

推力轴承是一种承受整个水轮发电机组转动部分重量以及水轮机的轴向水推力的滑动轴承，按液体润滑理论，在镜面与推力瓦之间由于镜板的旋转运动，会建立起厚度为0.1mm左右的油膜，形成良好的润滑条件，同时经推力轴承将这些力传递给水轮发电机的荷重机架。

对推力轴承的基本要求：A、机组启动过程中，能迅速建立起油膜B、在各种工况下运行，能保持轴承的油膜厚度，以确保润滑良好C、各块推力瓦受力均匀D、各块推力瓦的最大温升及平均温升满足设计要求E、各瓦间温差小F、循环油路畅通气泡少G、冷却效果均衡且效率高L、密封装置合理且效果好M、推力瓦的变形量在允许范围内满足上述条件，推力损耗较低导轴承是承受机组转动部分的径向机械不平衡力和电磁不平衡力，维持机组主轴在轴承间隙范围内稳定运行一个性能好的导轴承的主要标志是：能形成足够的工作油膜厚度，瓦温在允许范围内，一般在50℃左右，循环油路畅通，冷却效果好，油槽油面和轴瓦间隙满足设计要求，密封结构合理，不甩油，结构简单，便于安装和检修2、水轮发电机组为什么不能在低转速下长期运行？答：立式机组在低速运行时，推力轴承不能建立良好油膜，将产生热变形和压力变形，时间过长，则引起轴瓦损坏。

推力轴承的扇形瓦是钢瓦面上浇铸一层巴氏合金构成。

在低转速时，轴瓦处于半干摩擦状态，其摩擦系数为正常转速时的几十倍。

同时，由于扇形瓦在厚度方向温度有差别，引起热变形，造成摩擦面的压力分布不均匀，容易产生局部过热，使巴氏合金溶化烧毁。

3、为什么长期停用的立式机组，在启动前必须顶起转子？而在热态下，为什么不允许频繁启动？答：长期停用的立式机组，推力轴承内的油膜可能破坏，镜板长期压在推力瓦上，降会产生接触腐蚀，在镜板上形成斑点。

因此，对于长期停用的立式机组，一般都要求定期顶起转子。

尤其是机组在启动前，必须先顶转子，使推力轴承瓦与镜板间粘附一层油膜，以减小启动时静摩擦系数。

但不允许在热态频繁地启动机组，因为这时油温比较高，粘度低、瓦温高，有热变形，不易建立起轴承正常运行时所需的油膜厚度，不过，对油温不高或已经连续启动试验的机组，可以在停机后热态下再次启动。

4、水轮发电机组为什么要设置制动装置？引起机械制动装置失灵的原因有那些？答：立式机组转动部分的重量和轴向推力是由推力轴承支承的。

机组正常运转时，透平油在推力头的镜板和推力瓦片之间形成油膜，以减轻它们之间的摩擦阻力；同时由推力头带动产生油循环，带走轴承由于摩擦产生的热量。

当机组在低转速下运转时，没有足够的油进入镜板和瓦片之间，不能形成完整的油膜，可能干摩擦产生高温而熔化瓦片上的巴氏合金，这种现象，俗称烧瓦。

当机组与电网解列后，由于转子的巨大转动惯量而储存着很大的机械能量，只有把这部分机械能全部转化为推力轴承，导轴承内摩擦及空气摩擦的热量后，机组才能完全停下来。

由于空气的摩擦损失与圆周速度成正比，所以转子起初降速很快，随后将在低转速下旋转很长时间。

为了防止烧瓦和缩短机组的惰转时间，加速停机过程，当机组转速下降到额定转速的30%--35%时，使用制动装置加闸或投入电气制动强迫制动（不过，电气制动可在额定转速的70%下投入），使得剩余能量迅速消耗掉，以达到停机的目的。

机械制动装置失灵的原因，常见的有以下几方面：（1）因气压不足，延长制动时间。

机组制动气压通常为0.5—0.8MPA，一般应0.7MPA的压缩空气。

运行中要经常保持足够的制动气压。

（2）转速信号器失灵，在转速降低到额定制动转速时不发出制动信号（3）电磁阀失灵，包括线圈霉断，机构卡涩等（4）制动闸不动作。

常见的是皮碗磨损、泄露、皮碗过硬、密封发卡等故障（5）管路接头附近严重泄漏，以致制动气闸内气压不足。

5、电气制动有那些优点？机械制动有那些缺点？答：目前水电站常用活塞式制动器对机组进行制动，当机组转速下降到额定转速的35%时，用压缩空气顶起设于发电机转子下的制动闸瓦，利用制动闸与转子制动环之间的摩擦而制动，这种制动叫机械制动，显然这种制动的缺点是制动闸板的磨损导致对发电机的污染，而且更换闸板要花钱和时间。

为了克服上述缺点，一些新建水电站采用电气制动，实践证明，电气制动的最大优点是制动力矩大（其值随转速降低而增大）、清洁、维护工作量小，能有效地改善水轮发电机的运行条件。

由于电气制动比机械制动的整个停机过程所需的时间大为缩短，因此，电气制动对频繁开停机的大、中、小容量的水轮发电机组和需要转换运行工况的抽水蓄能式机组来说，具有特殊意义。

6、引起轴瓦温升或烧瓦的原因是什么？答：（1）属于检修方面的原因有：1）轴瓦间隙过小2）机组摆度过大3）机组中心不正4）油质不好或油的牌号不对5）轴瓦修刮不良6）镜板光洁度不够（2）属于运行维护方面的原因有：1）油质不清洁、有杂质2）油位过低或缺油3）强迫油循环润滑的轴承运行油压过低或润滑油中断4）冷却水管堵塞或冷却水管结垢5）轴承绝缘不良，有轴电流流过轴瓦6）冷却水管漏水或其他原因引起油质劣化7）机组振动超过允许值。

7、轴电流产生的原因是什么？如何防止？答：机组的主轴不可避免的要处在不对称的磁场中旋转。

这种不对称磁场通常是由于定子铁芯组合缝、定子硅钢片接缝、定子与转子空气间隙不均匀、轴中心与磁场中心不一致，转子磁极线圈短路等因素造成的。

主轴在不对称磁场中旋转，会在其两端产生交流电压，如果电机主轴两端轴承没有绝缘垫，这个电压就会通过电机两端轴承、支架（或机座）形成电流回路，这个电流叫轴电流。

它将在轴颈和轴瓦之间产生小电弧侵蚀，破坏油膜，使轴承温度升高，润滑油碳化变质。

为了防止轴电流流过轴承，通常立式机组推力轴承和镜板间加绝缘垫，推力头与镜板的连接螺钉加绝缘套管和绝缘垫圈，并使上导轴瓦与轴承座绝缘。

有些机组是在推力轴承支架和油槽之间或上机座与定子之间加绝缘垫。

水轮发电机轴承的绝缘电阻用500—1000V摇表测量的量值不应小于0.3MΩ。

对于大、中型水轮发电机，为了更有效地消除轴电流影响，在发电机两端的主轴上，分别装有接地碳刷，将轴电流引出短路，使其不通过轴承，以防止其破坏润滑油。

8、水电站的机组自动控制主要包括那些方面的内容？答：机组自动控制主要包括：（1）机组自动控制一般包括机组的润滑、冷却、制动及调相系统的自动化（2）机组监控系统的自动化包括机组的自动启动、停机、同期并列、有功和无功功率的自动调节；机组的正常运行的监视有：自动操作系统、保护系统、励磁系统、调速系统等水机和电气的监视9、机组甩负荷时出现那些不良现象？产生的原因是什么？答：（1）转速上升过高，可能是导叶关闭时间Ts太大或导叶关闭规律不合理引起的；（2）水压上升过高，可能是Ts值太小产生的（3）转浆式水轮机发生抬机现象，可能是导叶和轮叶的接力器关闭时间太短，真空破坏阀不起作用引起的。

10、发电机为什么要转换为调相运行？发电机转换为调相机运行的操作方法是什么？答：电网中最大量的负荷是异步电动机，它们要吸收大量的电感性无功功率，在枯水季节，水电站的来水量少，只有部分发电机投入运行，因此，当电网中无功功率不足时，要求水电站多供给无功功率，以维持电压在一定范围内变化，需要将水电站的部分发电机改作调相机运行。

发电机转为调相机运行的操作方法有手动和自动两种方式。

自动方式是在中控室用调相操作把手或按钮进行。

对于手动方式则为：（1）将机组的有功功率降到零（2）将机组启动把手扭向闭侧，使导叶全关，但开度限制应自动关到空载位置，同时监视自动控制元件的动作，如出现不良现象时，手动充气（3）机组如有尾水补气阀，则应关闭，开启给气电磁阀向转轮室内充入压缩空气进行压水，当压力表指示达到0.03MPA以上时，复归给气电磁阀。

11、滑环和励磁机整流子电刷应进行那些维护检查？答：对滑环、整流子（换向器）和电刷应维护检查：（1）整流子和滑环上的电刷的冒火情况（2）电刷在刷握内有无摇摆跳动或卡住的情形（3）电刷连结软线是否完整，接触是否紧密良好，弹簧压力是否正常，有无发热（4）电刷边缘是否有剥落（5）电刷磨耗程度，如过短应联系进行更换（6）刷握和刷架上应无积垢12、水轮发电机组在运行中经常出现那些异常响声？答：有以下异常响声：（1）在尾水管或尾水管与导水机构环连接处听到炸裂声或爆炸声，如有大锤在敲打尾水管，表明水轮机是在汽蚀情况下运行（2）在立轴水轮机顶盖处出现金属摩擦声，表明机组摆度增大或检修后中心不正（3）水轮机蜗壳内发生异常吼声，可能导叶剪断销或传动链折断（4）水轮机内发生飞机飞过一样的轰鸣声，可能是转轮叶片上冠附近折断，叶片颤动引起的（5）在水轮机顶盖听到炒豆似的炸裂声，说明转轮有汽蚀（6）立轴机组分块轴瓦支顶螺栓松动，轴瓦跳动，用听针可听到轻微的不规律的撞击声（7）冲击式水轮机喷嘴与水斗中心线偏差过大，运转中产生较大的附加轴向推力，在水轮机各轴承上用听针可以听到有规律的撞击声，用手或测振仪检查可以明显感觉或测出不规则的轴向振动尖峰（8）当励磁机炭刷过硬，换向器云母片高出整流子时，可以听到吱吱叫声（9）当大轴补气阀或真空破坏阀动作时，在机房内可以听到明显的吸气声上述都是机组在稳定运行情况下，出现的异声。