引言

在我国水电能源结构持续优化的背景下，大型水轮发电机组的装机容量不断增长，其运行的可靠性与稳定性直接关系到电力系统安全与可持续发展。轴承作为水轮发电机组的重要组成部分，承担着支撑转子重量、保证机组稳定运转和降低机械摩擦的关键作用。然而，轴承系统在长期高负荷、高转速、水汽交互环境中运行，不可避免地会受到多种磨损因素的影响，如润滑油膜破裂、杂质颗粒侵入、振动冲击、温度变化以及电化学腐蚀等，这些因素相互作用，使磨损过程呈现多源性和复杂性。一旦轴承磨损超出许可范围，将导致机组振动升高、温升异常、运转不平稳甚至停机事故，对水电站安全运行造成严重影响。随着水电设备智能化发展趋势的加快，传统“事后维修”模式逐渐向“预防性维护”和“预测性维护”转变，这对轴承磨损机理精准识别、防护技术优化以及运行状态监测提出更高要求。当前研究虽对轴承磨损机理进行了较多探讨，但在磨损机理耦合、智能监测与adaptive防护方面仍存在不足，因此亟需开展系统研究以构建一套适用于现代水轮发电机组的轴承磨损机理分析与防护应用体系。基于此，本文围绕轴承系统磨损机理进行深入探讨，并提出针对性防护技术，以期为水电机组运行维护提供理论参考与实践支撑。

一、水轮发电机轴承系统结构特点与磨损影响因素分析

水轮发电机轴承系统主要包括推力轴承、导轴承、上导、下导及辅助润滑与冷却系统，系统整体结构既要确保承载力，又要具备良好的摩擦控制能力与散热能力。推力轴承主要承受机组轴向载荷，导轴承则负责限制转子的径向位移，两者运行稳定性对机组整体性能具有决定性影响。由于轴承运行介质多处于油水混合环境，且运行过程中伴随复杂电磁力、流体扰动力与机械振动，多因素叠加使得轴承磨损机理具有多样性。影响轴承磨损的因素主要包括载荷特性、润滑状态、转速变化、材料性能、温度影响以及环境介质。载荷方面，机组水头变化会导致载荷周期性波动，从而加速油膜疲劳。润滑状态受润滑油黏度、油膜厚度、供油压力以及供油温度影响，一旦油膜破裂即可能引发边界摩擦和直接金属接触。

二、水轮发电机轴承系统典型磨损机理分析

水轮发电机轴承磨损机理复杂，常见类型包括润滑失效磨损、疲劳磨损、颗粒侵蚀磨损、腐蚀磨损、粘着磨损与振动冲击磨损等。润滑失效磨损主要源于油膜厚度不足造成的边界润滑状态，在高载荷、低速启动或停机、润滑温度异常时尤为突出，金属间直接接触造成材料剥落与表面损伤。疲劳磨损是长期循环载荷作用下油膜承载面产生疲劳裂纹并逐渐扩展，最终形成剥落，通常表现为斑状脱落，常见于推力瓦表面。颗粒侵蚀磨损则由于外界杂质（如金属屑、砂粒、氧化颗粒）进入油膜区域，在相对运动过程中产生切削作用，使轴承表面产生沟槽与凹坑。腐蚀磨损由水分、酸性物质或电化学反应引起，使金属表面活性增强，加速机械磨损进程。

三、现有轴承磨损防护技术存在的问题与局限性

虽然轴承防护技术已得到广泛研究，包括润滑技术优化、材料强化技术、结构改良以及冷却系统优化等，但在现代水轮发电机组运行需求下仍暴露出一定不足。首先，传统润滑方式对油膜厚度变化的响应不够灵敏，在机组负荷波动较大时易出现瞬时油膜不足，使金属局部接触风险增加，润滑失效仍难以完全避免。其次，轴承材料尽管已采用巴氏合金、复合层压材料等，但在高载荷、高湿度及含微粒杂质的复杂腐蚀环境中仍存在疲劳强度不足、抗剥落能力有限等问题，材料寿命未能与机组长周期运行需求完全匹配。第三，传统监测技术多依赖振动分析与温度监测，但磨损早期信号微弱，特征不典型，导致监测系统难以及时识别初始故障趋势，超前预测和预警能力不足。

为进一步说明上述不足，表1给出了当前典型轴承防护技术在水轮发电机组运行条件下的性能对比情况。

（说明：指标差异程度“★”数量代表不足程度，5为最高。）

四、水轮发电机轴承系统磨损的综合防护技术路径

为有效提升轴承系统运行可靠性，应从润滑改进、材料提升、结构优化、智能监测及主动防护等多方面构建综合技术体系。首先，在润滑方面，应优化润滑油黏度选择，采用温度自适应润滑控制技术，通过实时监测油膜厚度与压力，调整供油量，保证润滑状态的稳定性。可引入纳米润滑添加剂提高油膜抗剪切能力，改善润滑性能。其次，在材料方面，可采用高疲劳强度复合合金、陶瓷复合层与表面强化技术，提高耐磨性与抗腐蚀能力。在结构优化方面，应通过合理改善油楔结构、轴承瓦形面曲率、油槽设计等方式增加油膜稳定性，减少局部载荷集中问题。

五、未来水轮发电机轴承防护技术发展趋势与研究方向

随着数字化水电站建设的不断推进，未来轴承系统磨损防护技术将朝着智能化、材料创新化、系统耦合化与健康管理精细化方向发展。智能化方面，依托人工智能的状态诊断技术将更加成熟，通过数据驱动模型与物理模型融合，可实现故障预测与设备健康管理。材料创新化方面，新型陶瓷复合材料、高韧性金属基复合材料和自润滑材料将被更广泛应用，进一步提高耐磨性和抗疲劳性能。系统耦合化方面，结合流体动力学、结构动力学与电磁力分析的多场耦合研究将深入发展，为轴承结构与润滑系统优化提供理论依据。健康管理精细化方面，将通过构建“监测—诊断—预测—维护”的全周期管理体系，实现轴承系统的全生命周期优化。

结论

水轮发电机轴承系统磨损问题是影响水电机组安全稳定运行的重要因素，磨损机理复杂，涉及润滑、材料、负载、振动及环境多因素耦合作用。本文从轴承系统结构特点出发，系统分析了主要磨损类型及机理，并指出现有防护技术存在的不足。在此基础上，提出了润滑改进、材料优化、结构设计、智能监测与主动防护等综合技术路径，为提升轴承系统运行可靠性提供了参考。未来研究需在智能化预测、材料创新与系统优化等方面持续深化，以构建更加完善的轴承防护体系。整体而言，加强磨损机理研究与防护技术应用，对提升水电设备安全性、延长设备寿命、降低运维成本具有重要工程价值。

参考文献

[1]李建国.大型水轮发电机组导轴承磨损机理研究[J].水电能源科学,2022.
[2]张伟.水轮机组轴承润滑特性与磨损防护技术研究[J].中国电机工程学报,2021.
[3]王强.水电站大型机组轴承状态监测与智能诊断技术应用[J].水电站机电技术,2023.