臥式機(jī)組瓦溫過(guò)高的原因及處理

陳云峰

摘要：在一般小型水電站中，通常選用臥式機(jī)組較多，臥式機(jī)組一般容量較小、轉(zhuǎn)速高、徑向軸承及推力軸會(huì)承受較大的力，機(jī)組軸瓦通常采用巴氏合金軸瓦。在一般小型水電站中，通常值班人員較少，在技術(shù)力量方面較為薄弱，發(fā)電機(jī)組的故障發(fā)生幾率較高。本文對(duì)臥式機(jī)組瓦溫過(guò)高的原因進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析，并提出了處理建議。

關(guān)鍵詞：臥式機(jī)組；徑向瓦及推力瓦溫；處理

1.故障表現(xiàn)形式

我站是裝機(jī)容量為2*1000kW，發(fā)電機(jī)出線電壓為6.3kV臥式混流機(jī)組。電站自運(yùn)行以來(lái)，正常發(fā)電時(shí)，機(jī)組瓦溫長(zhǎng)時(shí)間偏高。水輪發(fā)電機(jī)的徑向推力軸瓦是采用巴氏合金制成，最高允許溫度為70℃，運(yùn)行時(shí)溫度通常控制在45-55℃為宜，超過(guò)55℃時(shí)屬于偏高，達(dá)到60℃即發(fā)出信號(hào)，事故停機(jī)。目前我站機(jī)組在夏季最高瓦溫達(dá)到57℃左右，為了防止出現(xiàn)燒瓦故障，只能將發(fā)電容量從2000kW降到1500-1700kW，在春秋季節(jié)，機(jī)組的瓦溫也普遍達(dá)到了55℃左右，機(jī)組的發(fā)電容量也只能達(dá)到1800kW左右；只有在冬季環(huán)境溫度較低時(shí)，發(fā)電機(jī)組的瓦溫處于正常范圍之內(nèi)，機(jī)組能夠進(jìn)行滿負(fù)荷發(fā)電。電站發(fā)電機(jī)組瓦溫過(guò)高對(duì)發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行安全及電站的經(jīng)濟(jì)效益造成了較大的影響。

2.故障原因分析

發(fā)電機(jī)組瓦溫過(guò)高，可能是由多種因素造成的，例如各塊瓦受力調(diào)整不均勻；推力瓦刮瓦質(zhì)量不良；個(gè)別推力瓦的靈活性受卡阻等等。下面對(duì)可能發(fā)生的原因進(jìn)行了分析。

2.1氣溫過(guò)高分析

從日常的氣溫與機(jī)組瓦溫記錄值來(lái)看，瓦溫的高低跟氣溫的高低有直接關(guān)系，通常7-8月份當(dāng)氣溫高于35℃時(shí)，瓦溫會(huì)偏高3-5℃可能超過(guò)警戒溫度60℃，1-2月份當(dāng)氣溫在10攝氏度以下時(shí)瓦溫會(huì)下降至50℃以下，其他幾個(gè)月份基本能保證發(fā)電機(jī)組的安全正常運(yùn)行。

2.2推力軸承冷卻油系統(tǒng)冷卻效果不達(dá)標(biāo)

我站的機(jī)組裝機(jī)容量較小，推力軸承油槽和水導(dǎo)軸承油槽是連為一體的，機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中推力瓦與徑向瓦所產(chǎn)生的熱量超過(guò)油槽中冷卻油的吸收上限，導(dǎo)致油槽中的冷卻油無(wú)法及時(shí)進(jìn)行吸收和散熱，降低了推力軸承冷卻油系統(tǒng)的冷卻效果，最終導(dǎo)致瓦溫長(zhǎng)時(shí)間偏高。

2.3機(jī)房降溫通風(fēng)條件差

由于水電站從建設(shè)成本方面考慮，在發(fā)電機(jī)房的建設(shè)上能簡(jiǎn)則簡(jiǎn)，導(dǎo)致了機(jī)房的降溫通風(fēng)條件極差。機(jī)房?jī)?nèi)部溫度直接受到外界的影響，且由于機(jī)組本身散發(fā)的熱量，導(dǎo)致機(jī)房溫度高于外界溫度，在這種情況下，外界溫度達(dá)到一定程度時(shí)，機(jī)房?jī)?nèi)部溫度就會(huì)超過(guò)機(jī)組工作環(huán)境的臨界溫度，導(dǎo)致瓦溫過(guò)高，影響機(jī)組的安全正常運(yùn)行。

2.4推力瓦設(shè)計(jì)余量不足

推力瓦在設(shè)計(jì)時(shí)廠家為了節(jié)約成本常常沒(méi)有經(jīng)過(guò)校驗(yàn)而導(dǎo)致設(shè)計(jì)PV值（是指測(cè)量值，工藝變量，用來(lái)測(cè)量承載能力）小于實(shí)際運(yùn)行時(shí)的PV值，在發(fā)電機(jī)組實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，推力瓦所受到力大于設(shè)計(jì)要求，就容易導(dǎo)致其受到摩擦?xí)r所產(chǎn)生的熱量增加。針對(duì)推力瓦PV值不達(dá)標(biāo)的情況，可以通過(guò)調(diào)試以及在刮瓦上下功夫來(lái)解決。

3.故障處理方案

針對(duì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組瓦溫過(guò)高的多種原因，可以選用下面幾種方案進(jìn)行處理。

3.1改善機(jī)房溫度

針對(duì)機(jī)房溫度過(guò)高的問(wèn)題，做好機(jī)房的通風(fēng)系統(tǒng)，我們通常是打開(kāi)機(jī)組附近的窗戶，這樣能夠有效降低機(jī)房?jī)?nèi)部的溫度，臨時(shí)增加風(fēng)扇對(duì)著軸承位置扇以增加軸承蓋附近空氣的流通速度，有利于控制機(jī)組運(yùn)行時(shí)的瓦溫。對(duì)機(jī)房的改造，通常涉及較大的工作量并且需要消耗大量的建筑材料，實(shí)用性不強(qiáng)。

3.2改善發(fā)電機(jī)組通風(fēng)冷卻系統(tǒng)

通過(guò)對(duì)發(fā)電機(jī)組的通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，降低其在排除熱量時(shí)對(duì)推力軸承及徑向軸承冷卻油的影響，能夠?qū)崿F(xiàn)較好的散熱效果。但是該方案通常涉及的改動(dòng)尺度較大，整個(gè)環(huán)節(jié)工序較多，且成本較高。

3.3改善發(fā)電機(jī)組推力軸承冷卻油系統(tǒng)

通過(guò)對(duì)發(fā)電機(jī)組推力軸承冷卻油系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)瓦溫的控制，該方案所涉及的改造工作量較小，且難度不大，改造成本投入較低。

4.設(shè)備結(jié)構(gòu)分析及改進(jìn)

在對(duì)我站發(fā)電機(jī)組瓦溫過(guò)高的問(wèn)題進(jìn)行仔細(xì)診斷之后，可以判斷出導(dǎo)致瓦溫過(guò)高的主要原因是推力軸冷卻油系統(tǒng)冷卻效果不足所導(dǎo)致的，因此，可以采取以下技術(shù)對(duì)其進(jìn)行改造：

4.1增加上油量

徑向及推力瓦溫度的高低取決于冷卻油系統(tǒng)的冷卻效果，與徑向軸承端蓋和主軸密封間隙大小密切相關(guān)，通過(guò)對(duì)推力軸承的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)推力軸油冷卻系統(tǒng)的油量不足使循環(huán)油壓下降，導(dǎo)致油冷卻系統(tǒng)的冷卻效果無(wú)法滿足實(shí)際需求。對(duì)此，采取以下措施進(jìn)行處理：1.減少帶油板與外罩的間隙或增加帶油板的數(shù)量，增加冷卻油的油壓來(lái)加快油的循環(huán)速度；2.調(diào)整外罩上油孔與軸承座上油孔之間的密封圈，以免熱油被吸進(jìn)上油孔。

4.2降低推力軸發(fā)熱量

在增加上油量之后，雖然瓦溫得到一定緩解，但是并未從根本上解決瓦溫過(guò)高的問(wèn)題，因此，還需要對(duì)油冷卻系統(tǒng)熱油循環(huán)油路進(jìn)行改進(jìn)。

推力軸承摩擦發(fā)熱量W具體計(jì)算如下：

公式中的K表示間隙比沙麥爾德系數(shù)；η表示運(yùn)行粘度系數(shù)；u表示圓周速度；Φ表示推力軸直徑；L表示推力軸承高度。

根據(jù)公式可以看出，推力軸的發(fā)熱量與軸承間隙比關(guān)系較大，為了降低推力軸的發(fā)熱量，將發(fā)電機(jī)組的推力軸間隙適當(dāng)擴(kuò)大，可以有效降低推力軸的發(fā)熱量，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組整體瓦溫的降低。

4.3其它改進(jìn)措施

為了進(jìn)一步降低推力瓦溫，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行，還需要做好以下幾個(gè)方面的措施：

4.3.1推力軸水冷卻系統(tǒng)的水循環(huán)速度過(guò)慢，可以在可能的情況下，適當(dāng)增大冷卻器進(jìn)水壓力；

4.3.2回油道設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致熱油不能及時(shí)回到水冷卻器里降溫，改造回油道的結(jié)構(gòu)，使熱油的回油速度大于冷油的上油速度，保證回油道中不會(huì)有太多的熱油停留，降低油腔環(huán)境溫度；

4.3.3由于推力軸采用巴氏合金制造，在高溫下容易變形，如果其變形，就會(huì)導(dǎo)致推力瓦接觸面減少單位面積受力增大摩擦熱量增加。因此，可以在推力瓦緊固螺栓位置減少瓦面的接觸點(diǎn)，避免巴氏合金在溫度過(guò)高情況下所產(chǎn)生的微量變形。

通過(guò)采取以上措施后，在進(jìn)行機(jī)組運(yùn)行試驗(yàn)，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，發(fā)電機(jī)組瓦溫上升速度明顯降低，且最高瓦溫也明顯降低。經(jīng)過(guò)改造后，發(fā)電機(jī)組瓦溫一直處于52℃以下，即使在夏季滿負(fù)荷運(yùn)行的狀態(tài)下，瓦溫最多也只達(dá)到55℃。由此也可以看出，通過(guò)此次采取的措施進(jìn)行改良，發(fā)電機(jī)組瓦溫過(guò)高的問(wèn)題得到了有效解決。

5.結(jié)論

在一般小型水電站中，由于各種因素的影響，發(fā)電機(jī)組的瓦溫常常會(huì)出現(xiàn)過(guò)高的情況。發(fā)電機(jī)組的瓦溫臨界溫度通常在70℃，一旦超過(guò)這個(gè)溫度就可能導(dǎo)致軸瓦損壞，進(jìn)一步破壞發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)，為電站帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)損失。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)瓦溫的有效控制，保證發(fā)電機(jī)組能夠長(zhǎng)期安全穩(wěn)定的運(yùn)行。通?？梢圆扇「脑彀l(fā)電機(jī)房隔熱環(huán)境、發(fā)電機(jī)組通風(fēng)系統(tǒng)及軸承油冷卻系統(tǒng)等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)瓦溫的有效控制，另外，注意設(shè)備的定期檢查維護(hù)工作也十分重要。通過(guò)以上，對(duì)保證發(fā)電機(jī)組在高負(fù)荷狀態(tài)下長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行及促進(jìn)電站經(jīng)濟(jì)效益的提高具有重要意義。

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