氟塑料瓦在二門山水電站的應(yīng)用分析

張啟海

(孫吳縣二門山水庫管理處，黑龍江孫吳 164200)

1 工程概況

黑龍江省孫吳縣二門山水庫復(fù)建工程開始于2003年，于2007年8月實現(xiàn)首臺機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電。電站為壩后式，安裝有貫流軸伸臥式水輪發(fā)電機(jī)組兩臺，總裝機(jī)2 100 kW，額定轉(zhuǎn)速為500 r/min。電站設(shè)計水頭15.1 m，單機(jī)流量為8.28 m3/s。機(jī)組形式為臥式三支點，即每臺機(jī)除了裝有發(fā)電機(jī)導(dǎo)軸瓦、雙推軸承導(dǎo)軸瓦、水輪機(jī)導(dǎo)軸瓦以外，還設(shè)有一道雙向推力軸承，用來支撐軸向水推力和事故關(guān)閥時產(chǎn)生的反向推力。本電站自2007年建成投運至2008年底僅一年半便發(fā)生巴氏合金瓦燒損事故2次，且均發(fā)生在主汛期。其中2008年7月的1次燒瓦事故，造成停機(jī)一周，溢洪道計劃外棄水700萬m3。從而造成電站檢修成本過高，檢修工期過長，增加了運行成本，嚴(yán)重影響了單位的經(jīng)濟(jì)效益和運轉(zhuǎn)質(zhì)量。

2 事故原因分析

經(jīng)分析，燒瓦事故的原因有以下3方面:①由于本電站機(jī)組額定轉(zhuǎn)速為500 r/min，相對來說偏高，這就對機(jī)組機(jī)械方面的安裝質(zhì)量要求很高，在生產(chǎn)運行中，由于瓦間隙不均或過大導(dǎo)致溫升過快溫度過，特別是夏季高溫天氣滿負(fù)荷運行時，幾乎接近報警溫度值，導(dǎo)致機(jī)組常常不能滿負(fù)荷運行。②貫流式機(jī)組轉(zhuǎn)輪汽蝕比較嚴(yán)重，加上磨損等原因造成轉(zhuǎn)動不平衡，機(jī)組振動過大，導(dǎo)致軸瓦燒損;③由于設(shè)計原因，軸伸式水輪機(jī)水導(dǎo)潤滑油腔和主軸密封水之間只有一道氈封相隔。

在運行中，隨著機(jī)組振動的增加或主軸密封水量的增大，都有可能使水和泥沙等進(jìn)入到潤滑油系統(tǒng)中，使油質(zhì)發(fā)生改變。同時，二門山水電站機(jī)組潤滑方式為重力油箱供油外循環(huán)直接澆油到瓦面上，劣化的潤滑油極易引發(fā)燒瓦事故。巴氏合金瓦燒瓦事故在水電站較為普遍，在盡量提高檢修質(zhì)量的情況下，仍然達(dá)不到預(yù)期的效果。因此，二門山水電站決定將1號水輪發(fā)電機(jī)組的4道巴氏合金瓦全部用氟塑料瓦替換。

為了保證機(jī)組中心線不變，在拆吊前對各瓦的間隙進(jìn)行了測量記錄，拆吊后確保軸承支座不解體不位移，根據(jù)氟塑料瓦的膨脹系數(shù)重新確定軸瓦間隙，并進(jìn)行了嚴(yán)格細(xì)致的加工和更換。我國從20世紀(jì)90年代開始，氟塑料瓦就被逐漸推廣使用，至目前氟塑料瓦的實際應(yīng)用效果已被各使用廠家廣泛認(rèn)可。其在各項性能上都表現(xiàn)出了比巴氏合金瓦優(yōu)越的一方面。

3 更換氟塑瓦的工況

對1號機(jī)組進(jìn)行更換后，在2008年試運行和2009年主汛期的實際運行中，機(jī)組滿負(fù)荷長時間連續(xù)運轉(zhuǎn)的情況下，取得了明顯的效果，監(jiān)測顯示運行工況正常。具體表現(xiàn)為:1)大幅度降低了機(jī)組各軸瓦的溫度。減小了潤滑油冷卻的工作壓力。在更換前，機(jī)組滿負(fù)荷時各道軸瓦瓦溫的變化范圍在52～57℃。更換氟塑料瓦以后，瓦溫的變化范圍降至40～44℃，詳見表1。

表1 氟塑料瓦與巴氏合金瓦運行溫度對照表(滿負(fù)荷、環(huán)境溫度35℃)

由表1可見，更換后的氟塑料瓦在相同的運行工況下，比巴氏合金瓦瓦溫降低了12～13℃，極大程度地減少了燒瓦的幾率。由于本廠潤滑油系統(tǒng)為外循環(huán)澆油方式，瓦溫的降低使?jié)櫥屠鋮s工作的壓力大大減輕，既節(jié)約了能源，又減輕了工作量。而潤滑油溫的降低又促進(jìn)了對軸瓦的冷卻效果。二者形成了良性循環(huán)，相互促進(jìn)，相得益彰。

2)二門山水電廠所采用的貫流式機(jī)組適用于設(shè)計水頭不高的電站。機(jī)組的形式?jīng)Q定了對水能源的利用效果不是很好，單機(jī)流量為8.28 m3，耗水量約為29 m3/kW·h。通過以氟塑料瓦替代巴氏合金瓦的技術(shù)改造后，經(jīng)對比發(fā)現(xiàn)在水頭相同、所帶有功無功負(fù)荷相同的前提下，機(jī)組的導(dǎo)葉開度比使用巴氏合金瓦時平均減小約4%。

經(jīng)論證，是由于氟塑料瓦與推力盤及軸頸的摩擦系數(shù)僅為巴氏合金瓦的35%～40%，從而使其潤滑性能提高而致。

經(jīng)計算并在尾水渠測量相考證而得出結(jié)論:在相同的運行工況下，改造后使用氟塑料瓦的機(jī)組發(fā)電平均每1 kW·h節(jié)約用水約2.5 m3，每年按生產(chǎn)6個月計算，可節(jié)約水資源1 750萬 m3，增加經(jīng)濟(jì)效益約9.25%。

3)提高了運行穩(wěn)定性，延長了軸瓦的使用壽命。在技術(shù)改造后的試運行和2009年全年度生產(chǎn)周期內(nèi)，我廠1號機(jī)四道瓦瓦溫一直非常穩(wěn)定，沒有再次發(fā)生燒瓦事故，此次改造明顯地提高了機(jī)組的運行穩(wěn)定性。但同時應(yīng)該說明的是，由于氟塑料瓦的材質(zhì)的原因，瓦面剛度小，傳熱性差，瓦溫的變化范圍偏小。在運行中應(yīng)注意觀察巡視，如果瓦溫超出正常范圍即應(yīng)密切關(guān)注，并查找原因，以防事故發(fā)生。氟塑料瓦的更換使盤車操作變得省事省力，而且降低了推力盤和各軸頸的磨損速度。

根據(jù)氟塑料瓦生產(chǎn)廠家提供的技術(shù)資料上顯示，一套氟塑料瓦的使用壽命為50 a。俄羅斯同行根據(jù)多年的運行經(jīng)驗提出，在正常情況下的使用壽命為40 a。雖然每個水電站的運行條件不盡相同，但是氟塑料瓦與巴氏合金瓦相比較，使用壽命明顯延長這一結(jié)論已成不爭的事實。

4 結(jié)語

因1號機(jī)組技術(shù)改造后帶來了明顯的效果，二門山水電站決定將2號機(jī)也進(jìn)行同樣的技改，并于2009年底完成。至此，我廠兩臺機(jī)所有軸瓦全部完成了由氟塑料瓦替代巴氏合金瓦的技術(shù)改造。自改造完成至今已安全運行約2 a，氟塑料瓦充分發(fā)揮自身的優(yōu)勢性能，為電站創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，提高了單位安全運行的可靠程度。氟塑料瓦在二門山水電站的應(yīng)用是一次比較成功的技術(shù)改造成果。

［1］王初銘.彈性金屬塑料瓦運行與技術(shù)分析［J］.大電機(jī)技術(shù)，1996(3):89－90.

［2］王承鶴.塑料摩擦學(xué)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1994.

［3］馬世明.彈性金屬氟塑料瓦面的合理型線［J］.水力發(fā)電，2002(7):54－55.