直接空冷汽輪機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)中的減速機(jī)磨損原因分析

杜綱

摘 要：通過對直接空冷設(shè)備系統(tǒng)的分析，就其配置、常見故障展開討論，在研究空冷系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)上對減速機(jī)的運(yùn)行和磨損原因進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的解決方案，以保障電廠發(fā)電系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：電力事業(yè)；空冷系統(tǒng)；冷卻風(fēng)機(jī)；減速機(jī)磨損

中圖分類號：TK264.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）04-0005-02

1 直接空冷設(shè)備系統(tǒng)

直接空冷汽輪機(jī)在缺水地區(qū)的電力事業(yè)中有著非常重要的地位。冷卻風(fēng)機(jī)是空冷系統(tǒng)的重要組成部分，減速機(jī)是冷卻風(fēng)機(jī)的關(guān)鍵保護(hù)。減速機(jī)的磨損會導(dǎo)致整個(gè)空冷系統(tǒng)運(yùn)行的故障，對電廠的發(fā)電質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效益造成嚴(yán)重的危害。

1.1 直接空冷系統(tǒng)設(shè)備概況

空冷凝汽器系統(tǒng)是直接空冷汽輪機(jī)的關(guān)鍵組成部分，高溫度的汽輪機(jī)排出氣體通過凝汽器時(shí)，其熱量被冷卻風(fēng)機(jī)帶走，冷卻為蒸汽，內(nèi)部未凝結(jié)氣體被系統(tǒng)抽走，已凝結(jié)氣體成為水進(jìn)入凝結(jié)水箱進(jìn)行循環(huán)。直接空冷汽輪機(jī)采用空氣作為冷卻介質(zhì)進(jìn)行散熱，應(yīng)用了散熱器和加強(qiáng)空氣流通的風(fēng)機(jī)等設(shè)備。它的使用可以大量節(jié)約發(fā)電冷卻用水，一般情況下可節(jié)約大約70%的冷卻水。這不僅降低了發(fā)電廠的發(fā)電成本，同時(shí)對于環(huán)境保護(hù)有著積極的意義。直接空冷系統(tǒng)由排汽管道、翅片管式散熱器、冷卻風(fēng)機(jī)等組成。直接空冷汽輪機(jī)就像整個(gè)空冷系統(tǒng)的心臟，協(xié)調(diào)著水、汽的循環(huán)利用；冷卻風(fēng)機(jī)就像心臟的跳動(dòng)，協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)中水汽的循環(huán)、運(yùn)行；減速機(jī)就像心臟的動(dòng)力源，確保了心臟規(guī)律、穩(wěn)定的跳動(dòng)。比如一兩臺冷卻風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障停止運(yùn)行，整個(gè)空冷系統(tǒng)的排汽壓力將增大，必然會引起系統(tǒng)運(yùn)行大范圍的波動(dòng)。如果冷卻風(fēng)機(jī)故障是由于減速機(jī)造成的，那么導(dǎo)致的故障后果將會更嚴(yán)重、更棘手。直接空冷系統(tǒng)的故障越嚴(yán)重，給電廠經(jīng)濟(jì)效益造成的損失就越嚴(yán)重，因此，確保直接空冷系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行是確保發(fā)電質(zhì)量、提高電廠經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵。

1.2 直接空冷系統(tǒng)的布置

直接空冷系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備較多、運(yùn)行復(fù)雜，冷卻風(fēng)機(jī)是直接空冷設(shè)備的重要運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備之一，設(shè)備啟動(dòng)后，冷卻風(fēng)機(jī)便會一直運(yùn)轉(zhuǎn)，確保整個(gè)機(jī)組的有效排汽。冷卻風(fēng)機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性和數(shù)量直接關(guān)系著機(jī)組的排汽壓力。目前，國內(nèi)采用的布置均為每組空冷凝汽器下部布置一個(gè)冷卻風(fēng)機(jī)，在空氣流過時(shí)，散熱器外表面將排汽凝結(jié)成水進(jìn)入凝結(jié)水箱重新循環(huán)，節(jié)省了大量的發(fā)電冷卻用水。每臺冷卻風(fēng)機(jī)上會配置一臺減速機(jī)，控制冷卻風(fēng)機(jī)的速度。減速機(jī)故障將導(dǎo)致冷卻風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)得不穩(wěn)定、空轉(zhuǎn)或停止，進(jìn)而影響整個(gè)直接空冷系統(tǒng)的運(yùn)行，降低了發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行效率，使電廠效益受損。

1.3 直接空冷系統(tǒng)的常見問題及解決

直接空冷系統(tǒng)為我國電廠的發(fā)展作出了積極貢獻(xiàn)，特別是在缺水地區(qū)，其節(jié)水作用促進(jìn)了那些地區(qū)電力事業(yè)的發(fā)展，為其經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供了能源保障。直接空冷系統(tǒng)的運(yùn)行與溫度、風(fēng)向、風(fēng)速等有很大關(guān)系，例如：在夏季，直接空冷系統(tǒng)的散熱需消耗帶阻力的空氣，整個(gè)系統(tǒng)的負(fù)荷就會增加，相應(yīng)的凝結(jié)水溫度也普遍較高，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行受到影響，會發(fā)生一些不良的運(yùn)行后果；在冬季，室外空氣較冷，直接空冷系統(tǒng)的運(yùn)行壓力較低，凝結(jié)水溫度控制較好，但一些部件存在結(jié)冰、凍裂等隱患。直接空冷系統(tǒng)的常見問題主要有以下幾方面。

1.3.1 運(yùn)行背壓問題

直接空冷系統(tǒng)中的汽輪機(jī)受環(huán)境（溫度、濕度等）影響易出現(xiàn)背壓高的情況。受一年四季溫差變化、晝夜溫差變化影響易出現(xiàn)背壓變幅大的問題，其變化范圍可達(dá)到水冷汽輪機(jī)（水冷汽輪機(jī)運(yùn)行的背壓為4.9～11.8 kPa）的3～4倍。

1.3.2 直接空冷機(jī)運(yùn)行易受灰塵影響

直接空冷機(jī)的冷卻效果在風(fēng)沙大、揚(yáng)塵多的環(huán)境下會大打折扣。主要是由于灰塵對散熱設(shè)備的覆蓋導(dǎo)致翅片管散熱受阻或冷卻劑空氣通道堵塞，致使整個(gè)系統(tǒng)冷卻性能惡化。

1.3.3 易受風(fēng)速、風(fēng)向等影響

直接空冷系統(tǒng)易受風(fēng)速、風(fēng)向等影響。比如冷風(fēng)機(jī)在吸入空氣的時(shí)候會產(chǎn)生一定范圍的負(fù)壓區(qū)，負(fù)壓區(qū)將一部分空氣帶走，這樣吸入風(fēng)機(jī)的風(fēng)量就會減少，影響了空冷系統(tǒng)的運(yùn)行效果。

1.3.4 嚴(yán)寒環(huán)境下凍裂問題

這一問題主要發(fā)生在空冷凝汽器和邊緣部件上，凝結(jié)水解結(jié)冰導(dǎo)致管道等部件凍裂，影響空冷系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。

1.3.5 直接空冷系統(tǒng)問題的解決

目前，針對直接空冷系統(tǒng)易出現(xiàn)的問題一直在進(jìn)行積極的分析研究和解決。一方面，正對直接空冷系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，盡可能減少因環(huán)境問題導(dǎo)致直接空冷系統(tǒng)的運(yùn)行安全隱患，確保直接空冷系統(tǒng)在使用地區(qū)的穩(wěn)定、高效運(yùn)行。另一方面，從設(shè)計(jì)上積極改進(jìn)，例如設(shè)計(jì)更為牢靠的散熱器連接技術(shù)，改進(jìn)焊接工藝，使散熱器連接焊縫更為致密，降低了散熱器在運(yùn)行過程中的受損概率；又比如改進(jìn)空冷散熱器設(shè)計(jì)，避免灰塵在散熱器上沉積，提高了散熱器的工作效率等。隨著這些問題的解決，也許還會出現(xiàn)一些新的問題，但是科技的進(jìn)步是不容質(zhì)疑的，直接空冷系統(tǒng)在電廠中的應(yīng)用優(yōu)勢是可以肯定的，隨著空冷系統(tǒng)運(yùn)用技術(shù)的不斷成熟，其在我國電力系統(tǒng)的應(yīng)用將會更加廣泛。

2 冷卻風(fēng)機(jī)中減速機(jī)磨損的原因及對策

減速機(jī)在直接空冷汽輪機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)機(jī)組中有著重要的地位，并且與空冷系統(tǒng)的常見問題存在著千絲萬縷的聯(lián)系，解決好減速機(jī)的磨損問題，是提高空冷系統(tǒng)運(yùn)行效率、有效控制直接空冷系統(tǒng)常見問題的有效途徑。通過實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，減速機(jī)磨損主要有以下四種原因。

2.1 油質(zhì)差導(dǎo)致濾網(wǎng)堵塞

冷卻風(fēng)機(jī)從機(jī)組啟動(dòng)起需要一直運(yùn)行，其減速機(jī)也有隨著一起運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)中需要消耗相應(yīng)的油質(zhì)，油質(zhì)差導(dǎo)致濾網(wǎng)堵塞是造成減速機(jī)磨損故障的原因之一。濾網(wǎng)的堵塞導(dǎo)致油壓低，冷卻風(fēng)機(jī)的保護(hù)運(yùn)行自動(dòng)停止，冷卻風(fēng)機(jī)軸承端缺油，減速機(jī)發(fā)生磨損導(dǎo)致冷卻風(fēng)機(jī)故障。這一問題的解決很簡單，就是清理濾網(wǎng)、更換油質(zhì)，確保減速機(jī)的用油質(zhì)量。

2.2 減速機(jī)輸出軸承磨損

減速機(jī)輸出軸承負(fù)責(zé)冷卻風(fēng)機(jī)的運(yùn)行保護(hù)，需長期承受向下的軸負(fù)荷，受此力影響會發(fā)生一定的磨損。解決辦法就是使用質(zhì)量好、產(chǎn)品合格的減速機(jī)，定期地對機(jī)組進(jìn)行檢修、維護(hù)，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決，避免問題的擴(kuò)大。

2.3 減速機(jī)油箱跑油

減速機(jī)油箱跑油造成減速機(jī)磨損，其主要跑油因素為油箱門沒關(guān)閉嚴(yán)實(shí)，造成漏油或油壓表破裂造成跑油。油泵在缺油情況下進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作，冷卻風(fēng)機(jī)保護(hù)停止運(yùn)行，致使軸系的保護(hù)無效，導(dǎo)致減速機(jī)磨損。這種情況下，先要關(guān)好油箱門，對油箱門的關(guān)閉狀態(tài)進(jìn)行合理的查詢，將問題解決在發(fā)生前。當(dāng)發(fā)生跑油后，不論跑油速度快慢，對減速機(jī)的磨損都是很嚴(yán)重的，如果發(fā)現(xiàn)及時(shí)立即處理，加固葉片，減速機(jī)的磨損情況會好一點(diǎn)。如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)油壓低導(dǎo)致開關(guān)動(dòng)作后，減速機(jī)會出現(xiàn)干摩擦，先是下軸承斷油，再是上軸承斷油，最終導(dǎo)致冷卻風(fēng)機(jī)隨風(fēng)空轉(zhuǎn)，致使部件的磨損情況加劇，最終導(dǎo)致減速機(jī)磨損情況嚴(yán)重。

2.4 逆流風(fēng)機(jī)受損

整列空冷減速機(jī)中的逆流風(fēng)機(jī)比其他風(fēng)機(jī)更容易損壞，原因是冬季逆流風(fēng)機(jī)根據(jù)環(huán)境溫度需要倒轉(zhuǎn)回暖運(yùn)行，而逆流風(fēng)機(jī)不配備防止自轉(zhuǎn)的裝置，有可能在停運(yùn)時(shí)因環(huán)境氣流驅(qū)動(dòng)而正轉(zhuǎn)或倒轉(zhuǎn)。在該風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，如果需要使轉(zhuǎn)動(dòng)方向與自轉(zhuǎn)方向相反，則減速機(jī)將承受極大扭矩。如果減速機(jī)配置為隨動(dòng)油泵，此時(shí)齒輪潤滑流量為0，因此極易發(fā)生干磨損壞或因扭矩過大斷齒的問題。這一問題，只能通過技術(shù)改造，采用裝有電磁鎖止裝置的電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)來解決。

3 結(jié)束語

當(dāng)前，我國的電力供應(yīng)主要以火力發(fā)電為主，火電廠的發(fā)電設(shè)備需要大量的冷卻介質(zhì)進(jìn)行循環(huán)用水的制冷。在一些缺水地區(qū)，直接空冷汽輪機(jī)不僅為電廠帶來可觀效益，同時(shí)減少了電廠的用水量，降低了電廠的發(fā)電成本，對環(huán)境保護(hù)產(chǎn)生了積極意義。直接空冷汽輪機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)減速機(jī)磨損問題是影響空冷系統(tǒng)運(yùn)行安全、穩(wěn)定的關(guān)鍵因素之一，避免減速機(jī)磨損，確保其正常運(yùn)行對整個(gè)機(jī)組的穩(wěn)定、安全運(yùn)行意義重大。在電力事業(yè)發(fā)展趨勢的推動(dòng)下，積極處理好直接空冷汽輪機(jī)運(yùn)行過程中的故障隱患，提高直接空冷汽輪機(jī)的效率，是促進(jìn)我國電力事業(yè)發(fā)展的需要，也是我國環(huán)境現(xiàn)狀與發(fā)電事業(yè)共同發(fā)展的理想模式。因此，對于減速機(jī)磨損問題一定要究其根源，從根本上予以解決，確保電廠發(fā)電的安全和經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：陳文強(qiáng)〕

Abstract： Through the analysis of direct air cooling equipment system on its configuration， discuss common faults in basic research on air-cooling system running on the running gear and wear reasons were analyzed， and the corresponding solutions to protect power generation system security， stability and efficient operation.

Key words： electric utilities； air cooling system； cooling fan； gear wear