大型抽水蓄能機(jī)組推力瓦溫高分析及處理

胡 敏

（國(guó)網(wǎng)新源湖南黑麋峰抽水蓄能有限公司，湖南 長(zhǎng)沙410213）

1 概況

該抽水蓄能電站安裝4臺(tái)單機(jī)容量300 MW的單級(jí)立軸混流可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組，為日調(diào)節(jié)抽水蓄能電站，主要承擔(dān)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、跳相和事故備用的任務(wù)。機(jī)組同步轉(zhuǎn)速為300 r/min，水輪機(jī)額定水頭為295 m。機(jī)組型式為半傘式結(jié)構(gòu)，設(shè)有1部上導(dǎo)軸承、1部水導(dǎo)軸承和1部推導(dǎo)組合軸承。推導(dǎo)組合軸承由下導(dǎo)軸承、推力軸承組合而成，安裝在下機(jī)架內(nèi)，裝有12塊導(dǎo)瓦，每塊瓦內(nèi)設(shè)計(jì)有導(dǎo)瓦泵，裝有12塊推力瓦，推力軸承為剛性支承結(jié)構(gòu)，推力瓦、導(dǎo)瓦材質(zhì)均為巴氏合金。推導(dǎo)軸承采用導(dǎo)瓦泵外循環(huán)冷卻方式，在水輪機(jī)層設(shè)有高壓油泵減載頂起裝置，供機(jī)組啟停過(guò)程中形成油膜之用。推力軸承主要結(jié)構(gòu)尺寸、參數(shù)如下：

軸瓦內(nèi)徑：1400 mm；軸瓦外徑：2400 mm；瓦夾角：24°；瓦厚度：170 mm；推力負(fù)荷：6724 kN；轉(zhuǎn)動(dòng)部分重量：5533 kN；額定轉(zhuǎn)速：300 r/min；潤(rùn)滑油牌號(hào)：ISOVG46；瓦塊數(shù)：12塊；支撐半徑：970 mm；周向偏心率：0.5；徑向偏心率：0.54；平均線速度：30.47 m/s。

2 故障現(xiàn)象及分析

2.1 故障現(xiàn)象

該電站4號(hào)機(jī)組自投運(yùn)以來(lái)，推力瓦溫一直明顯高于其他機(jī)組，且隨著機(jī)組運(yùn)行強(qiáng)度的增加，瓦溫有升高趨勢(shì)，到了2016年夏季，4號(hào)機(jī)組高強(qiáng)度運(yùn)行時(shí)瓦溫超過(guò)80℃，瞬時(shí)最高溫度達(dá)到了84.71℃（見(jiàn)圖1），根據(jù)《水輪發(fā)電機(jī)基本技術(shù)條件》（GB/T7894），推力軸承巴氏合金瓦最高溫度不得超過(guò)80℃，且該電站機(jī)組保護(hù)推力瓦溫高跳閘值為85℃，推力瓦溫高已嚴(yán)重影響機(jī)組安全運(yùn)行。

圖1 4號(hào)機(jī)組推力瓦溫趨勢(shì)圖

2.2 原因分析

電站多次組織召開(kāi)專(zhuān)題會(huì)議分析故障原因，經(jīng)分析，推力瓦溫高可能有以下幾方面的原因：

（1）冷卻系統(tǒng)的油流量及冷卻水量偏低，換熱效果差。

（2）推力瓦受力及水平不合格，瓦間負(fù)荷不均勻。

（3）推力瓦靈活度低，不利于形成油膜，導(dǎo)致潤(rùn)滑不良瓦溫升高。

針對(duì)上述可能的原因，電站在機(jī)組檢修過(guò)程中逐一進(jìn)行了排除，先用超聲波流量計(jì)測(cè)量了油流量及冷卻水量，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，復(fù)測(cè)了推力瓦受力及水平，雖滿(mǎn)足安裝要求，但仍進(jìn)行了調(diào)整，使推力瓦受力盡可能均勻，經(jīng)過(guò)上述檢查處理，瓦溫有所改善，但相對(duì)其他機(jī)組仍然偏高。因此，電站決定采取措施改善推力瓦的靈活度，推力軸承結(jié)構(gòu)及抗重螺栓結(jié)構(gòu)如圖2所示，將抗重螺栓的球面半徑由R6000改為R1000，增強(qiáng)傾斜靈活度。

圖2 推力瓦抗重螺栓結(jié)構(gòu)圖

抗重螺栓更換完成后，進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)，推力瓦溫在機(jī)組短時(shí)間運(yùn)行時(shí)略有下降，但是到了夏季高強(qiáng)度運(yùn)行時(shí)，最高運(yùn)行溫度又達(dá)到了84.71℃，未達(dá)到預(yù)期效果。再次組織廠家專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行分析，推斷推力瓦溫高的原因?yàn)椋簷C(jī)組在運(yùn)行時(shí)，附著在鏡板面上的部分熱油由于邊界層作用進(jìn)入到后一推力軸瓦的進(jìn)油端，造成機(jī)組推力瓦運(yùn)行溫度偏高，需通過(guò)改變熱油流向，降低進(jìn)入推力瓦面的油溫從而降低瓦溫。

3 處理方案

3.1 處理思路

在推力瓦左側(cè)鋼坯面增設(shè)熱油隔離降溫裝置，在鏡板轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，通過(guò)熱油隔離降溫裝置上部彈性連接的聚四氟乙烯隔板（下部有9個(gè)彈簧）貼合鏡板，將附著在鏡板面的熱油刮落使其不再進(jìn)入下一塊軸瓦面，從而降低推力瓦運(yùn)行溫度，如圖3。

3.2 處理流程

3.2.1 推導(dǎo)軸承瓦的拆出

推導(dǎo)油槽排油→打開(kāi)推力油槽→拆除下導(dǎo)軸承蓋板→取出下導(dǎo)軸瓦→頂起鏡板（轉(zhuǎn)子頂起13～14 mm）→取出推力軸瓦。

3.2.2 推導(dǎo)軸瓦熱油隔離降溫裝置的加工及安裝

圖3 熱油隔離降溫裝置安裝示意圖

1）在推力軸瓦左側(cè)確定2個(gè)定位點(diǎn)，如圖4黑圈位置，在鋼坯左側(cè)面標(biāo)記孔徑中心位置，用樣沖做好標(biāo)記，再用磁力鉆加工2個(gè)M8深20 mm的安裝孔，并用絲錐加工螺紋，如圖5。

圖4 定位點(diǎn)的位置（單位：mm）

圖5 推力瓦現(xiàn)場(chǎng)加工安裝孔圖

2）加工完畢后，安裝熱油隔離降溫裝置，測(cè)量并調(diào)整聚四氟乙烯隔板高出瓦面的距離，確定好位置后，擰緊固定螺栓，用鉆頭通過(guò)基座螺孔打樣沖眼，確定剩下4個(gè)鉆孔的位置。取下熱油隔離降溫裝置，用磁力鉆加工剩下的4個(gè)M8深20 mm的安裝孔，并用絲錐加工螺紋。

3）安裝“熱油隔離降溫裝置”安裝座，試裝熱油隔離降溫裝置，測(cè)量并調(diào)整安裝支架與推力軸瓦面距離（由于基座的螺孔比螺釘?shù)闹睆缴源螅梢陨舷抡{(diào)整1 mm的間距）。

4）取下熱油隔離降溫裝置，將推力瓦回裝推力油槽內(nèi)。

5）落下鏡板，在推力瓦左側(cè)面安裝熱油隔離降溫裝置。如圖6。

圖6 熱油隔離降溫裝置示意與現(xiàn)場(chǎng)裝配圖

6）重復(fù)工序 1）～5），完成 12 塊推力瓦側(cè)面螺孔加工，并回裝推力瓦。

7）裝復(fù)下導(dǎo)瓦，確保下導(dǎo)軸承間隙雙邊按0.84±0.10 mm分布，單邊設(shè)計(jì)為0.42±0.05 mm，同時(shí)參照安裝記錄，對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。

8）裝復(fù)油槽蓋板，擋油環(huán)，密封蓋，推力瓦人孔門(mén)以及推導(dǎo)軸承梳齒密封蓋板。

4 處理結(jié)果

4.1 發(fā)電工況瓦溫前后對(duì)比

改造完成后，在機(jī)組發(fā)電工況運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)推力瓦溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，與改造前的數(shù)據(jù)對(duì)比。如圖7。

由圖7可以看出，在加裝了熱油隔離降溫裝置后，瓦溫出現(xiàn)了明顯下降，最高的降幅達(dá)到了17.43℃。

圖7 發(fā)電工況推力瓦溫前后溫差

4.2 抽水工況瓦溫前后對(duì)比

改造完成后，在機(jī)組抽水工況運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)推力瓦溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，與檢修前的數(shù)據(jù)對(duì)比，如圖8。

圖8 抽水工況推力瓦溫前后對(duì)比

由圖8可以看出，在加裝了熱油隔離降溫裝置后，瓦溫出現(xiàn)了明顯下降，降幅都在10℃以上，最高的降幅達(dá)到了20.41℃。

5 總結(jié)

大型抽水蓄能機(jī)組啟停頻繁，運(yùn)行工況復(fù)雜，推力瓦是容易產(chǎn)生問(wèn)題的部件，該電站4號(hào)機(jī)組屬于引進(jìn)國(guó)外技術(shù)的第1批國(guó)產(chǎn)化大型抽水蓄能機(jī)組，由于當(dāng)初制造工藝尚不成熟，導(dǎo)致推力瓦溫一直偏高，通過(guò)幾年來(lái)不斷的分析、改造、試驗(yàn)，終于找到了解決瓦溫高的有效方法：加裝熱油隔離降溫裝置。4號(hào)機(jī)推力瓦在加裝了熱油隔離降溫裝置后，進(jìn)油側(cè)瓦溫出現(xiàn)了明顯的下降，特別是對(duì)于抽水工況，瓦溫普遍降幅在10℃以上，達(dá)到了良好的效果，該處理方法對(duì)其他大型抽水蓄能機(jī)組推力軸承設(shè)計(jì)、瓦溫高處理有一定的借鑒意義。