深蓄電站1#機(jī)上導(dǎo)冷卻器問(wèn)題分析及技術(shù)改造

李展 陳弘昊 楊昭 裴軍 陳志明

摘 要：文中通過(guò)對(duì)深蓄電站1#機(jī)上導(dǎo)瓦溫過(guò)高分析，發(fā)現(xiàn)冷卻器在實(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題，并加以改造，通過(guò)改變油流路徑，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，增加熱交換效率，從而有效的解決上導(dǎo)瓦溫過(guò)高的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：冷卻器；上導(dǎo)；技術(shù)改造；設(shè)計(jì)優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TV734.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）01-0150-02

Abstract： Through the analysis of the excessive temperature of the guide bush on the #1 unit of the deep storage power station， the problems existing in the practical application of the cooler are discovered， and the problems are solved. By changing the oil flow path， the design is optimized and the heat exchange efficiency is increased. Thus the problem of high temperature of upper guide tile can be solved effectively.

Keywords： cooler； upper guide； technical reform； design optimization

1 概況

深蓄水輪發(fā)電機(jī)為立軸、半傘式、三相可逆式凸極同步發(fā)電電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，發(fā)電電動(dòng)機(jī)上導(dǎo)軸承采用內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)，推力及下導(dǎo)軸承采用外循環(huán)結(jié)構(gòu)。上導(dǎo)軸承采用分塊瓦，管束式內(nèi)循環(huán)油冷卻的方式，冷卻器采用純銅管交錯(cuò)排列型式，共5層，每層15根，分瓣結(jié)構(gòu)，屬于浸沒(méi)式熱交換，軸承運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的損耗使油溫上升，以潤(rùn)滑油為載體，將熱量傳給冷卻管，再通過(guò)管壁傳入水中，即傳熱介質(zhì)為油-銅-水，最后損耗由水帶走，熱交換達(dá)到平衡，瓦溫穩(wěn)定在一個(gè)安全運(yùn)行的溫度。

上導(dǎo)油盆設(shè)計(jì)有泵環(huán)，通過(guò)大軸旋轉(zhuǎn)形成油盆內(nèi)部的油流動(dòng)，該原理為熱油從導(dǎo)軸瓦面出來(lái)經(jīng)過(guò)冷卻器充分冷卻后變成冷油，再通過(guò)泵環(huán)進(jìn)入導(dǎo)軸瓦。此方式為熱對(duì)流方式傳熱，提高了油的冷卻效果。上導(dǎo)負(fù)荷268.4kN，額定轉(zhuǎn)速428.6r/min、飛逸轉(zhuǎn)速659r/min。

2 事件介紹

2017年9月19日，1#機(jī)組首次沖轉(zhuǎn)試驗(yàn)及升速試驗(yàn)，機(jī)組轉(zhuǎn)速到達(dá)100%Ne后維持該轉(zhuǎn)速20分鐘，檢查瓦溫溫升情況；發(fā)現(xiàn)上導(dǎo)瓦溫隨著機(jī)組100%轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間增加，溫度成逐漸上升趨勢(shì)，未見(jiàn)平緩，最高瓦溫65.5度，觀察上導(dǎo)冷卻水進(jìn)出口最大溫度差0.8度。

3 原因分析

3.1 測(cè)溫電阻RTD是否故障

對(duì)上導(dǎo)瓦溫進(jìn)行了校準(zhǔn)試驗(yàn)，防止傳感器原因報(bào)錯(cuò)誤信號(hào)：

（1）用溫煲對(duì)上導(dǎo)瓦溫進(jìn)行溫度曲線校驗(yàn)，檢查是否是RTD本身精度原因；（2）電阻箱測(cè)試監(jiān)控讀數(shù)精度，檢查是否是線路電阻影響。

3.2 冷卻水流量是否滿足

由公式知，額定工況運(yùn)行時(shí)軸承損耗P為定值，冷卻水流量QS與進(jìn)、出水溫差？駐TS成反比，水量過(guò)小，瓦溫可能高，水量過(guò)大，水溫升就過(guò)低，對(duì)熱交換有利無(wú)害，對(duì)帶走的損耗有利，但對(duì)水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是一種浪費(fèi)，還有冷卻系統(tǒng)輸水管道規(guī)定水速不超過(guò)3m/s，水速底點(diǎn)對(duì)熱交換影響不大。

3.3 冷卻管有效的散熱面積是否足夠

主要從以下幾點(diǎn)分析：（1）冷卻器設(shè)計(jì)容量是否足夠；（2）冷卻器內(nèi)部設(shè)計(jì)是否合理，是否會(huì)因?yàn)榘惭b原因?qū)е聝?nèi)部管路短路；（3）上導(dǎo)軸承潤(rùn)滑油量是否足夠；（4）冷熱油交換，油流是否全部經(jīng)過(guò)冷卻器。不管上述哪種原因，都能造成冷卻器實(shí)際使用面積低于設(shè)計(jì)使用面積，從而導(dǎo)致產(chǎn)生的熱量不被帶走，致使瓦溫過(guò)高。

4 問(wèn)題分析查處

上導(dǎo)冷卻器改造前，當(dāng)瓦溫運(yùn)行至47.15℃～51.47℃（8塊瓦，最大溫差4.32℃）時(shí)，冷卻器進(jìn)水溫度為27.39℃、出水溫度為27.88℃，溫差僅0.49℃。其中，熱油從34℃升至44℃，升幅約10℃；冷油從31.5℃升至39.6℃，升幅達(dá)到8℃。其上升趨勢(shì)基本呈同一速率，最終熱油溫度達(dá)到53℃以上。RTD雖然有測(cè)量誤差存在，不管是RTD本身也好，線路電阻影響也好，但都不影響溫度的整體趨勢(shì)變化，所以RTD誤差不是造成瓦溫過(guò)高的真正原因，冷卻器沒(méi)有能夠得到有效發(fā)揮作用才是真正原因。

對(duì)上導(dǎo)冷卻器結(jié)構(gòu)分析：

（1）冷卻器容量問(wèn)題

深蓄的上導(dǎo)冷卻器為純銅管，總長(zhǎng)為318米，一般翅片管每米可帶走1kW的熱量，純銅管每米可帶走0.3kW的熱量。按每米管長(zhǎng)帶走0.3kW熱量估算，總共可以帶走95kW熱量。深蓄上導(dǎo)產(chǎn)生約79kW，所以冷卻器容量足夠，可以排除冷卻器選型問(wèn)題的影響。

（2）冷卻器內(nèi)部水路問(wèn)題

檢查未安裝的2#機(jī)冷卻器內(nèi)部發(fā)現(xiàn)，冷卻器內(nèi)部封水密封條有幾個(gè)缺口，由于流體總是走阻力最小路徑，有竄水可能，導(dǎo)致內(nèi)部短路。冷卻器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是兩瓣，每瓣分為三個(gè)腔體，各個(gè)腔體之間若沒(méi)有好的密封，一部分水將不會(huì)通過(guò)冷卻環(huán)管而直接進(jìn)入另一個(gè)腔中，則有兩段的冷卻環(huán)管中冷卻水量減少，致使有2/9的冷卻器被短路而失效。

（3）冷卻器外部油路問(wèn)題

上導(dǎo)油盆設(shè)計(jì)有泵環(huán)，通過(guò)大軸旋轉(zhuǎn)形成油盆內(nèi)部的油流動(dòng)，泵環(huán)間隙和導(dǎo)軸瓦間隙直接影響油流流速與流量，油流流速越大，單位時(shí)間內(nèi)帶走的熱量越多，瓦溫就會(huì)越低，但是導(dǎo)軸瓦間隙過(guò)大將導(dǎo)致機(jī)組震動(dòng)與擺渡增大，影響機(jī)組性能和使用壽命。

檢查未安裝的2#機(jī)冷卻器外部發(fā)現(xiàn)，冷卻器上下兩端都是敞開(kāi)的，結(jié)合圖紙分析發(fā)現(xiàn)，冷熱油的流向是紊亂的。大部分循環(huán)油流只流經(jīng)局部冷卻器通道起到冷熱交換作用，而相當(dāng)一部分是未經(jīng)冷卻直接參與循環(huán)。甚至有一部分經(jīng)過(guò)冷卻的油流又返回?zé)嵊蛥^(qū)，使得冷、熱油溫差有所減小，這也可以對(duì)此前熱冷油RTD測(cè)量結(jié)果相近做出解釋。油從沒(méi)有擋板的地方到泵環(huán)的油阻比從冷卻器外側(cè)到泵環(huán)油阻小得多，導(dǎo)致冷卻器外部被短路。這就說(shuō)明，冷卻器外部短路導(dǎo)致冷卻器發(fā)揮不了作用，油槽內(nèi)熱量越積越多，溫度持續(xù)上升。

5 改造措施

改造措施主要有以下幾個(gè)方面：

5.1 針對(duì)冷卻器內(nèi)部水路短路

將冷卻器內(nèi)部端蓋處密封進(jìn)行加長(zhǎng)和更換處理，使其內(nèi)部各腔不再發(fā)生竄水，最大程度上提升冷卻銅管和冷卻水利用率。

5.2 針對(duì)冷卻器外部油路短路

對(duì)于軸瓦間隙，需要調(diào)整到合適的區(qū)間內(nèi)，使得瓦溫不致過(guò)高，機(jī)組震動(dòng)和擺渡不致過(guò)大。

對(duì)于油路流向，讓熱油全部從冷卻器徑向通過(guò)后進(jìn)入泵環(huán)，這時(shí)才能充分發(fā)揮冷卻器的效率。為使油路流動(dòng)，則需要做到以下兩點(diǎn)：

（1）封堵冷卻器上端與泵環(huán)板及冷卻器下端與油槽底板之間的間隙，在冷卻器上下設(shè)置隔板，這樣就不存在熱油冷油互竄的現(xiàn)象，油路得到了改善。同時(shí)也能解決熱冷油RTD正確顯示熱冷油溫的問(wèn)題。

（2）冷卻器上下層均設(shè)置蓋板，盡量使油路通過(guò)冷卻器大部分冷卻環(huán)管，油路得到進(jìn)一步改善，讓環(huán)管冷卻作用效率達(dá)到最高。如果沒(méi)有蓋板，熱油很可能只經(jīng)過(guò)少數(shù)冷卻環(huán)管后就從阻力小的上下端口出去或者直接從上下端經(jīng)過(guò)少數(shù)冷卻環(huán)管進(jìn)入冷油側(cè)。

5.3 其他改善方法

修上導(dǎo)瓦進(jìn)出油邊倒角，增大導(dǎo)瓦進(jìn)油量，帶走更多熱量。同時(shí)油盆增加30mm高油量，相比設(shè)計(jì)上導(dǎo)油盆整體油量增加了約8%，更大的油容量可減緩油升溫速度。

6 改造效果

深蓄電站1#機(jī)組上導(dǎo)冷卻器共處理過(guò)兩次，從比較大致可以看出增加冷卻器擋板可以提高熱對(duì)流效果；瓦溫、油溫受導(dǎo)軸瓦間隙直接影響。

7 結(jié)束語(yǔ)

軸承冷卻器的好壞直接影響著電站的正常運(yùn)行，由其產(chǎn)生的故障會(huì)導(dǎo)致機(jī)組跳機(jī)，嚴(yán)重的會(huì)造成軸瓦、軸面的破壞，改造后上導(dǎo)瓦溫明顯下降，使得冷卻器的作用能發(fā)揮出來(lái)，達(dá)到預(yù)期效果。從改造的結(jié)果來(lái)看，理論分析與實(shí)際相符合，說(shuō)明設(shè)計(jì)不合理。相同的問(wèn)題或許不會(huì)再出現(xiàn)，但分析查找問(wèn)題的方法卻值得學(xué)習(xí)和借鑒，希望本文能對(duì)此給予一點(diǎn)幫助，防止再次出現(xiàn)類似的問(wèn)題。

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