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泗陽閘水輪發(fā)電機試運行增速器發(fā)熱原因分析及處理

文檔作者：劉須朋，王亮，卜士波，王慧，倉業(yè)健，呂鴻燕文檔來源：泗陽閘站管理所		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年03月05日
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收稿日期：2017 － 06 － 01
作者簡介 ：劉須朋 （1963 － ） ，男 ，高級工程師 ，主要從事 大型泵站、水閘的運行管理和技術改造工作。
E mail ： lxp1362278＠ 163.com
泗陽閘水輪發(fā)電機試運行增速器發(fā)熱原因分析及處理
劉須朋，王 亮， 卜士波，王 慧， 倉業(yè)健，呂鴻燕
（泗陽閘站管理所，江蘇泗陽223700）
1 概 述
泗陽閘位于江蘇省泗陽縣城中心東約2.5 km
處的中運河上， 該閘具有防洪、排澇、灌溉、發(fā)電
等綜合功能。泗陽閘閘室右側岸邊裝設2 臺
ZDT03 — LM100b 軸流式水輪機（轉速375 r／min） ，配
套SF160 — 6 型高壓三相同步發(fā)電機（轉速
1 000 r／min ，頂端帶勵磁機） ， 水輪發(fā)電機組利用泗
陽閘泄水發(fā)電。發(fā)電機要達到額定轉速發(fā)電， 與水
輪機兩者之間需安裝增速器（齒輪箱） 進行速比轉
換。增速器由1 對斜齒輪、齒輪軸、推力軸承、箱
體等組成。增速器設計運行溫度為≤ 80 ℃ ， 設計
嚙合齒輪最小嚙合齒側間隙0.185 mm ，設計推力軸
承軸向間隙0.20 ～ 0.30 mm 。
2 故障現(xiàn)象
（1） 第一次機組試運行， 運行30 min ，增速器
外殼溫度達到90.2 ℃ ， 環(huán)境溫度5 ℃ ， 超過增速
器內齒輪、軸承、潤滑油設計運行溫度、溫升， 緊
急停機。
處理措施： 將潤滑油冷卻系統(tǒng)回油箱體積擴大
（長、寬、高尺寸擴大） ， 加注潤滑油， 體積數(shù)量為
原來3 倍。循環(huán)油泵及電機都更換， 功率擴大； 加
大進油管管徑， 由原來的直徑15 mm銅管更換為
20 mm銅管。
（2） 第二次機組試運行， 運行60 min ，增速器
外殼溫度達到90.3 ℃ ， 環(huán)境溫度12 ℃ ， 超過增速
器設計運行技術參數(shù)， 緊急停機。
處理措施： 在潤滑油冷卻系統(tǒng)回油箱內加裝散
熱片， 加大熱量傳遞， 帶走熱量。
（3） 第三次機組試運行， 運行90 min ，增速器
溫度達到90.2 ℃ ， 緊急停機。
3 原因分析
（1） 增速器運行產生高溫可能有如下原因： 增
速器（齒輪箱） 使用的潤滑、冷卻油不合格； 斜齒
輪嚙合間隙偏小， 運行時產生熱量過大； 推力軸承
軸向間隙偏小， 運行產生熱量過大； 齒輪軸彎曲或
箱體端孔不同心造成運行發(fā)熱的。
（2） 對齒輪箱進行測量、解體檢查： 經(jīng)檢查化
驗增速器內潤滑、冷卻油型號符合設計要求齒輪軸
無彎曲， 軸承座孔與箱體孔同心度合格。采用嚙合
齒輪間放入1 mm保險絲， 轉動齒輪， 取出保險絲，
千分尺測量保險絲厚度， 為0.12 mm ，小于設計要
求。經(jīng)檢查輸入軸滾柱推力軸承軸端軸向間隙為
0.14 mm ，小于設計間隙。
4 推力軸承間隙小
泗陽閘水輪機為軸流式水輪機， 水輪機的轉輪
在水中受到水流的反作用力而旋轉， 工作過程中水
流的壓力能和動能均有改變， 但主要是壓力能的轉
換。全部葉片同時受到水流的作用。
泗陽閘水輪發(fā)電機的水動力傳遞： 打開進水閘
門→ 水輪機導葉門→ 水沖擊水輪機葉輪→ 水輪機軸
轉動→ 帶動增速器輸入軸轉動→ 齒輪1 （主動齒
輪） 轉動（低速齒輪） → 高速齒輪（從動齒輪） →
增速器輸出軸→ 發(fā)電機軸轉動→ 發(fā)電機發(fā)電。
推力軸承過熱主要原因是推力軸承受力過大所
致。齒輪軸是靠軸端推力軸承支撐、固定位置。推
力軸承在軸承盒末端。水輪發(fā)電機運行， 上游進水
通過水輪機導葉門推動水輪機轉輪葉片轉動， 水輪
機轉輪葉片是按一定空間角度斜立在進水流道的豎
井空間。作用在葉輪葉片上的水推力可分解為水平
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小水電 2017 年第5 期（總第197 期） 運行與維護
萬方數(shù)據(jù)
圓周推力和豎直軸向力， 水平圓周推力使葉輪做圓
周旋轉運動； 而軸向力的作用使水輪機的葉輪、大
軸、聯(lián)軸器、低速齒輪、低速齒輪軸、低速齒輪軸
兩端推力軸承作為一個整體做上下運動。由于上下
游水位變化， 進水流態(tài)不是均勻恒流穩(wěn)定， 水輪機
組轉動部分（包括直接相聯(lián)接的） 的上下運動是瞬
息變化的， 結果造成豎直軸向力處于運動變化中，
有時突然過大， 造成推力軸承軸端間隙變化。另
外， 在設計的時候， 推力軸承軸端間隙應預留合適
的規(guī)定間隙， 在設計推力軸承的軸端間隙， 既要考
慮機組在轉動時的正常金屬發(fā)熱膨脹間隙， 同時也
要考慮水輪機葉輪葉片由于進水壓力變化（流態(tài)不
穩(wěn)） 造成軸向力變化， 從而引起轉動部分的豎直上
下竄動的幅度值（見圖1） 。
圖1 泗陽閘水輪機增速器及冷卻系統(tǒng)示意
正常運行時， 推力軸承受力平衡， 軸向有微小
的自由竄動。如果進水流態(tài)變化大， 造成推力軸承
平衡力小于葉輪產生軸向力， 軸承受力偏大； 就會
產生熱積累形成積炭， 粘浮在推力軸承和推力盤
上， 使推力軸承溫度升高。
推力軸承軸向受力過大， 軸承旋轉運動， 滾動
摩擦會變成滑動摩擦， 增大摩擦系數(shù)， 造成發(fā)熱
過大。
5 齒輪嚙合間隙小
增速器嚙合齒輪為1 對斜齒輪， 斜齒輪傳動比
較平穩(wěn)， 承受重載大。因為輪齒是斜的關系， 所以
在傳動的時候， 斜齒輪既能承受徑向力， 也能承受
軸向力。斜齒輪嚙合傳動時， 除了使輪齒齒面有良
好的接觸區(qū)外， 還必須使輪齒之間有合適的嚙合間
隙； 這是因為輪齒的潤滑以及輪齒能否靈活、無沖
擊、無噪音的嚙合運轉， 全靠適當?shù)拈g隙來保證
的。如果間隙過小， 不能在齒面之間形成一定厚度
的油膜， 使輪齒工作面的潤滑和冷卻變壞， 工作中
會發(fā)生噪音及過多熱量， 并加劇輪齒齒面的磨損和
擦傷。同樣原理， 水輪機葉輪葉片的進水不穩(wěn)定流
態(tài)造成的軸向力的作用， 使增速器的主動低速齒輪
與水輪機的轉動部分一起上下竄動， 造成齒輪嚙合
的間隙變化。為使嚙合斜齒輪能正常工作， 除必須
使輪齒齒面有良好的接觸區(qū)外， 還應使輪齒之間有
適當?shù)膰Ш祥g隙。嚙合齒輪的設計間隙要考慮齒輪
本身金屬熱膨脹間隙+ 轉動體軸向竄動幅度值。如
果安裝調整嚙合斜齒輪的間隙小于設計間隙， 必然
會造成運行時增速器過熱。
泗陽閘水輪機增速器嚙合齒輪間隙偏小、推力
軸承軸端間隙偏小， 造成機組發(fā)電運行時產生過大
的高溫熱量， 即使與冷卻油熱交換， 也來不及全部
帶走， 造成惡性循環(huán)， 增速器溫度持續(xù)上升。
6 解決方案
（1） 對齒輪嚙合間隙偏小問題。經(jīng)檢查測量計
算， 嚙合齒輪的中心距比設計偏小， 原因是在加工
嚙合齒輪軸的軸承座孔時， 誤差大， 使得嚙合齒輪
實際中心距與設計相比偏小了， 造成齒輪嚙合工作
過程中齒輪嚙合間隙偏小。把增速器的嚙合齒輪軸
承座孔重做加工， 安裝時仔細測量斜齒輪嚙合間
隙， 使之符合設計要求。
（2） 對增速器推力軸承軸端間隙偏小問題。重
新安裝時對推力軸承軸端間隙仔細測量檢查調整，
使增速器齒輪箱輸入、輸出軸推力軸承的軸向間隙
符合設計要求。
7 安裝后實施運行效果
增速器（齒輪箱） 總成經(jīng)過重新加工、安裝、
調整， 試運行72 h ， 測量增速器（齒輪箱） 溫度最
高為60 ℃ ， 在設計運行范圍內， 滿足運行要求，
達到預期目的。
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責任編輯 吳 昊
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