600MW大型水輪發(fā)電機(jī)組推力軸承瓦溫和油溫高原因分析及處理

張奇

（云南華電金沙江中游水電開發(fā)有限公司梨園發(fā)電分公司，云南 麗江 674100）

1 機(jī)組概述

云南華電金沙江中游水電開發(fā)有限公司梨園發(fā)電分公司（以下簡(jiǎn)稱梨園發(fā)電公司）2015年新投運(yùn)的發(fā)電機(jī)由天津阿爾斯通水電設(shè)備有限公司設(shè)計(jì)制造，型號(hào)為SF600-64／16880。推力軸承位于發(fā)電機(jī)下機(jī)架油槽內(nèi)，采用雙層烏金瓦、小彈性支柱簇多點(diǎn)支撐結(jié)構(gòu)，外加泵外循環(huán)冷卻方式。推力軸承共有18塊烏金瓦，配有2臺(tái)循環(huán)油泵和2臺(tái)油過(guò)濾器，互為主、備用，還配有6臺(tái)冷卻器。推力軸承瓦外徑?5100mm，內(nèi)徑?3110mm，瓦寬995mm，瓦長(zhǎng)637mm，在機(jī)組啟、停時(shí)投入高壓油保護(hù)推力軸承瓦面。

2 設(shè)備存在的問(wèn)題

2015年，＃4機(jī)組調(diào)試階段滿負(fù)荷運(yùn)行5 h后，推力瓦溫逐漸升高，最低＃7瓦73.9℃，最高＃14瓦76.3℃，溫差達(dá)2.4℃，推力軸承油溫46.79℃。

72 h試運(yùn)行后，梨園發(fā)電公司＃4機(jī)組投入商業(yè)運(yùn)行。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間600MW滿負(fù)荷運(yùn)行，推力軸承瓦溫最高為77.6℃，最低為75.1℃，瓦溫已超出技術(shù)合同允許值75℃，推力軸承油溫高達(dá)50℃，已超出報(bào)警值。

春夏之交時(shí)，水溫和環(huán)境溫度的逐步升高將進(jìn)一步加劇油溫和瓦溫升高。從機(jī)組運(yùn)行前、后3個(gè)月左右的溫度數(shù)據(jù)來(lái)看，隨著氣候變暖，冷卻水溫變化已使油溫和瓦溫有所升高。具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

從現(xiàn)有瓦溫和油溫隨氣溫上漲趨勢(shì)來(lái)看，機(jī)組在夏季高溫運(yùn)行時(shí)，瓦溫和油溫都還會(huì)進(jìn)一步升高，使機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)效益都處在風(fēng)險(xiǎn)邊緣，必須找到原因予以處理。

3 排查分析［1-7］

鑒于梨園發(fā)電公司瓦溫和油溫偏高的具體現(xiàn)狀，生產(chǎn)人員接機(jī)后進(jìn)行了改善水循環(huán)和油循環(huán)及消減頂蓋上腔壓力以減小水推力的嘗試，通過(guò)一系列的運(yùn)行實(shí)踐，獲取了直接資料，使分析更加準(zhǔn)確，為改造做了精準(zhǔn)定位。

（1）減小軸向水推力，以減輕推力負(fù)載。軸向水推力主要由頂蓋上腔水壓力作用在轉(zhuǎn)輪上冠的水推力和蝸殼水徑向流經(jīng)轉(zhuǎn)輪再?gòu)霓D(zhuǎn)輪下方流出產(chǎn)生的作用力組成。設(shè)計(jì)之初，考慮到會(huì)用到頂蓋泄壓管的排水作為技術(shù)供水，以增加水能利用率，在管路設(shè)計(jì)上也做了相應(yīng)的配置。具體設(shè)置如圖1所示。

表1 600MW時(shí)冷卻水溫變化對(duì)油溫和瓦溫的影響（2015年） ℃

從圖1可以看出，本應(yīng)從DN 600mm母管排泄的頂蓋水，現(xiàn)要從DN 450mm的技術(shù)供水頂蓋取水管取走作為技術(shù)供水，按通流截面計(jì)算，母管是支管的1.78倍。同時(shí)，技術(shù)供水要求有一定的水壓，這又會(huì)加大加大頂蓋上腔的壓力，加大水推力，導(dǎo)致推力瓦溫和油溫進(jìn)一步增加。因此，從設(shè)計(jì)之初就摒棄了頂蓋取水作為技術(shù)供水的運(yùn)行方式。但管路上配置的安全閥的內(nèi)部結(jié)構(gòu)導(dǎo)致頂蓋母管泄壓管的水不能順暢地從安全閥流向尾水。在摳取了安全閥芯后，頂蓋上腔壓力從0.047MPa減小至0.024MPa，但推力油溫和瓦溫卻沒(méi)有明顯變化，說(shuō)明此處水推力的微小改變不是導(dǎo)致溫度高的根本原因。

圖1 技術(shù)供水系統(tǒng)

（2）加大油冷卻器水側(cè)壓力，以改善換熱效果。為了增大油冷卻器水流量，達(dá)到進(jìn)一步加大換熱深度的目的，在同一負(fù)荷下，梨園發(fā)電公司2次調(diào)整技術(shù)供水減壓閥壓力，以增大水流量。技術(shù)供水減壓閥壓力從最初的0.35MPa升至0.50MPa，流量也從1800m3／h提高到 2600m3／h，但油溫和瓦溫還是沒(méi)有明顯變化，具體數(shù)值見(jiàn)表2，說(shuō)明瓦溫和油溫高不是冷卻水流量不足導(dǎo)致的。根據(jù)傳熱學(xué)中冷卻流量對(duì)冷卻效果的影響規(guī)律，當(dāng)流量相對(duì)較小時(shí)，流量的改變對(duì)冷卻效果的影響較大；當(dāng)流量增大到一定值后，隨著流量的增大，對(duì)冷卻效果的影響大為減小。此時(shí)對(duì)于冷卻器來(lái)說(shuō)水側(cè)的容量已足夠大，相當(dāng)于1個(gè)恒溫源，改變它已無(wú)實(shí)際效果。這也是加大水流量，冷卻效果并沒(méi)有改善的原因。

（3）加大油循環(huán)流量，以降低油溫和瓦溫。在水側(cè)改善沒(méi)有達(dá)到目的后，梨園發(fā)電公司采取了加大油側(cè)循環(huán)流量的辦法對(duì)油溫和瓦溫進(jìn)行改善，把備用和主用油泵一起開啟，加大了油循環(huán)流量，使油流量從90m3／h升至150m3／h。在實(shí)踐中，在機(jī)組滿發(fā)600MW時(shí)，油溫從50℃降至41℃，使?jié)櫥蜏剡\(yùn)行在一個(gè)非常合理的區(qū)間；瓦溫從77.6℃降至74.8℃，不在報(bào)警溫度的邊緣，詳細(xì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。實(shí)踐證明，加大油循環(huán)流量可以滿足降溫需求，能取得較好的冷卻效果。

4 同類型機(jī)組的對(duì)比分析

4.1 安裝質(zhì)量分析

根據(jù)運(yùn)行記錄，＃4機(jī)組推力軸承最大瓦溫偏差不超過(guò)3℃，說(shuō)明瓦受力均勻，推力軸承安裝質(zhì)量不存在問(wèn)題。同時(shí)，梨園發(fā)電公司的機(jī)組振擺符合國(guó)家規(guī)范，安裝質(zhì)量有基本保障。

4.2 同類型機(jī)組瓦溫對(duì)比分析

采用巴氏合金瓦的大容量機(jī)組電廠的推力軸承瓦溫對(duì)比見(jiàn)表4。梨園發(fā)電公司和大唐觀音巖水電開發(fā)有限公司（以下簡(jiǎn)稱觀音巖水電公司）同型號(hào)推力軸承參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表5。

通過(guò)以上2組數(shù)據(jù)，不難看出所有大機(jī)組推力負(fù)荷都很大，現(xiàn)實(shí)中不可能把推力油盆和推力瓦都做得很大，這樣占地面積和投資都會(huì)加大，因此所有大型機(jī)組單位面積的推力瓦承受的推力負(fù)荷都比較大，所有大型機(jī)組的推力瓦溫都偏高。

表2 加大油冷卻器水側(cè)壓力對(duì)油溫和瓦溫的影響 ℃

表3 加大油流量對(duì)油溫和瓦溫的影響 ℃

結(jié)合相同主設(shè)備廠家設(shè)計(jì)計(jì)算報(bào)告，對(duì)相似度最高的梨園發(fā)電公司和觀音巖水電公司來(lái)進(jìn)行對(duì)比分析，不難發(fā)現(xiàn)，梨園發(fā)電公司推力軸承需要承擔(dān)的負(fù)荷比觀音巖水電公司高，原因是梨園發(fā)電公司發(fā)電機(jī)廠家為阿爾斯通，水輪機(jī)廠家為福伊特，而觀音巖水電公司的水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)廠家都是阿爾斯通。發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)和尺寸雖相同，但不同廠家水輪機(jī)的水推力和水輪機(jī)質(zhì)量不同，導(dǎo)致推力負(fù)荷不同，以致梨園發(fā)電公司推力損耗更高，需要的散熱量更多，因此在相同的散熱條件下，梨園發(fā)電公司推力的油溫和瓦溫比觀音巖水電公司要高。

表4 大容量機(jī)組電廠的推力軸承瓦溫對(duì)比

表5 同型號(hào)大容量機(jī)組電廠的推力軸承參數(shù)對(duì)比

5 分析結(jié)論及改造處理

5.1 分析結(jié)論

梨園發(fā)電公司機(jī)組推力軸承油溫和瓦溫偏高，原因主要是油循環(huán)能力不足，不能有效帶走推力軸承瓦產(chǎn)生的熱量。梨園發(fā)電公司機(jī)組為大容量機(jī)組，軸系自重和水推力都比較大，單位推力軸承瓦面積上承載的負(fù)荷較高，運(yùn)行中，推力軸承瓦溫總體會(huì)在一個(gè)偏高的狀態(tài)下運(yùn)行，目前超出設(shè)計(jì)值運(yùn)行跟油循環(huán)不足有直接關(guān)系。

5.2 改造處理［8-9］

鑒于目前機(jī)組的水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)已裝配到位，且設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)已成型，作為大型設(shè)備，除非進(jìn)行脫胎換骨的改變，否則難以改變現(xiàn)狀。由于有了上述分析作為定性基礎(chǔ)，梨園發(fā)電公司可以在改進(jìn)上精確定位，對(duì)加大油循環(huán)方面作改進(jìn)。

（1）優(yōu)化油內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)，減少冷、熱油的短路損失。梨園發(fā)電公司推力油盆結(jié)構(gòu)如圖2所示，推力油盆冷、熱油原設(shè)計(jì)上做了分區(qū)設(shè)置，基本達(dá)到了循環(huán)要求。但從安裝現(xiàn)場(chǎng)和圖示發(fā)現(xiàn)，整個(gè)徑向分區(qū)隔板均布有4個(gè)?120mm的通孔，這些孔的設(shè)計(jì)意圖是為了平衡冷、熱油壓力以及在外部油泵中斷運(yùn)行的情況下，油盆自身的冷、熱油通過(guò)內(nèi)循環(huán)尚可繼續(xù)冷卻一段時(shí)間，不至于導(dǎo)致溫度急升燒瓦，給運(yùn)行人員贏得處理時(shí)間。但通孔的存在會(huì)加大冷、熱油的短路損失，影響換熱效果。類似結(jié)構(gòu)的其他廠就沒(méi)有通孔設(shè)計(jì)?，F(xiàn)將4個(gè)通孔進(jìn)行封閉，封孔前、后具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表6（600 MW）?？梢钥闯觯舛掠涂缀?，油溫下降了6℃，瓦溫下降了5℃，油溫和瓦溫有了明顯改善。

圖2 推力油盆結(jié)構(gòu)

（2）優(yōu)化油外循環(huán)設(shè)置，提高油循環(huán)流量。為了進(jìn)一步降低油溫和瓦溫，電站又對(duì)推力軸承外循環(huán)設(shè)置進(jìn)行了改進(jìn)。推力軸承外循環(huán)路線如圖3所示。

表6 封孔前、后油溫和瓦溫情況℃

油泵進(jìn)口有1個(gè)高精度濾網(wǎng)，嚴(yán)重阻礙了油泵的吸油。經(jīng)用超聲波流量計(jì)檢測(cè)，由于該進(jìn)油濾網(wǎng)的存在，使得本身出力為160m3／h的油泵現(xiàn)油流量?jī)H為90m3／h，大大低于額定出力，使油循環(huán)嚴(yán)重不足。為此，梨園發(fā)電公司決定在每次檢修投運(yùn)1周后拆掉濾網(wǎng)，既保證了初期濾掉雜質(zhì)，又保證了后期循環(huán)的暢通。拆掉濾網(wǎng)后單臺(tái)油泵的流量達(dá)到了165m3／h。拆掉濾網(wǎng)后的效果見(jiàn)表7。

圖3 推力軸承外循環(huán)路線

表7 拆濾網(wǎng)前、后600MW時(shí)油溫度和瓦溫變化 ℃

6 結(jié)束語(yǔ)

本文分析了梨園發(fā)電公司＃4機(jī)組推力軸承瓦溫和油溫越限報(bào)警現(xiàn)象，提出了加大油循環(huán)流量和拆除高精度濾網(wǎng)的處理措施，使推力瓦溫和油溫得到有效改善，可為在風(fēng)險(xiǎn)溫度區(qū)域運(yùn)行的同類型機(jī)組提供參考借鑒。

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