桐柏公司發(fā)電機(jī)推力瓦溫過(guò)高原因分析及處理

張 磊

（華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 天臺(tái)317200）

1 引言

桐柏抽水蓄能電站位于浙江省境內(nèi)，靠近華東500 kV電網(wǎng)負(fù)荷中心，為日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站，地下廠房安裝4臺(tái)立軸單級(jí)混流式可逆式水泵水輪機(jī)組，單機(jī)容量為300 MW，以兩回500 kV統(tǒng)一線路接入華東電網(wǎng)，在電網(wǎng)中擔(dān)任調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相及事故備用等任務(wù)，電站于2006年12月4臺(tái)機(jī)組全部投產(chǎn)，至今已運(yùn)行過(guò)10年，機(jī)組各部件多處出現(xiàn)老化、磨損等現(xiàn)象，需要進(jìn)行更換處理。

2 下部組合軸承所存在的問題及原因分析

桐柏公司4臺(tái)機(jī)組型號(hào)、型式相同，機(jī)組下部組合軸承包括推力軸承及下導(dǎo)軸承，下導(dǎo)軸承由16塊下導(dǎo)瓦構(gòu)成，其環(huán)繞推力頭，保證機(jī)組運(yùn)行時(shí)徑向軸線穩(wěn)定；推力軸承主要由16塊推力瓦、鏡板、推力頭構(gòu)成，其分布于下機(jī)架內(nèi)，承擔(dān)發(fā)電機(jī)組的軸向負(fù)載。推力頭和鏡板通過(guò)連接螺桿組合，與發(fā)電機(jī)大軸組合采用熱套工藝，溫差為23 k，推力軸承油冷卻系統(tǒng)采用鏡板泵外循環(huán)方式。推力軸承額定負(fù)荷為8 100 kN，暫態(tài)負(fù)荷為9 730 kN，在額定負(fù)荷時(shí)，油膜厚度為 69.2 μm，PV 值 91.8 MPa·m/s；在暫態(tài)負(fù)荷時(shí)，油膜厚度為58.7 μm。發(fā)電機(jī)停機(jī)時(shí)整機(jī)重量通過(guò)鏡板落實(shí)在推力瓦上。每塊推力瓦系統(tǒng)由下至上由推力瓦支撐塊、推力瓦支撐柱，推力瓦擋塊，推力瓦背彈簧板和推力瓦構(gòu)成，推力瓦支撐塊和推力瓦背彈簧板負(fù)責(zé)推力瓦軸向重量支撐，推力瓦支撐柱和推力瓦擋塊防止推力瓦發(fā)生軸向和徑向的移動(dòng)。機(jī)組下部組合軸承冷卻系統(tǒng)采用推力外循環(huán)冷卻方式，是下部組合軸承重要組成部分，當(dāng)機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，透平油會(huì)由于機(jī)組高度轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的負(fù)壓自吸，使推力油槽中的油由推力瓦間的噴油管中噴出，進(jìn)而對(duì)推力瓦和鏡板產(chǎn)生潤(rùn)滑和冷卻。

圖1

圖2

圖3

2.1 相關(guān)技術(shù)參數(shù)

設(shè)備技術(shù)參數(shù)由電站實(shí)際設(shè)計(jì)和運(yùn)行要求而定，依據(jù)主要技術(shù)參數(shù)，可對(duì)下部組合軸承有更加直觀的認(rèn)識(shí)。

表1 發(fā)電機(jī)技術(shù)參數(shù)

表2 下部組合軸承運(yùn)行設(shè)計(jì)參數(shù)

2.2 下部組合軸承問題情況概述

以桐柏公司1號(hào)發(fā)電電動(dòng)機(jī)組為例，1號(hào)機(jī)組于2006年正式投產(chǎn)運(yùn)行，投產(chǎn)至今，檢查歷年機(jī)組運(yùn)行正常溫度平均值大概在75℃左右，投運(yùn)初期，設(shè)計(jì)單位建議將瓦溫報(bào)警值設(shè)置在83℃。運(yùn)行將近10年之久后，2014年初在運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)推力瓦溫出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象（如圖4），且較大幅度溫度偏高，最高溫度超過(guò)報(bào)警值83℃，離跳機(jī)值86℃非常接近，機(jī)組在此情況下運(yùn)行非常危險(xiǎn)，此問題急需解決。

2.3 推力瓦溫過(guò)高原因分析及相應(yīng)解決方法

2.3.1 推力系統(tǒng)本體相關(guān)原因分析及解決辦法

（1）推力系統(tǒng)故障點(diǎn)

1）推力系統(tǒng)存在的問題：桐柏公司機(jī)組由于采用半傘式結(jié)構(gòu)，故其推力系統(tǒng)位于下機(jī)架內(nèi)，與下導(dǎo)軸承構(gòu)成下部組合軸承，機(jī)組運(yùn)行期間，其推力瓦與鏡板接觸面會(huì)形成油膜潤(rùn)滑、并起到冷卻作用。由于推力瓦水平高度和水平度由其背面的推力瓦背彈簧板和推力瓦支撐塊決定，故彈簧板和支撐塊的調(diào)整，材質(zhì)等因素，共同構(gòu)成推力瓦溫溫度增加的因素，由于推力瓦、彈簧板加工工藝目前國(guó)內(nèi)廠家暫時(shí)無(wú)法滿足要求，致使目前國(guó)內(nèi)同類型電站對(duì)推力瓦受力情況調(diào)整主要靠生產(chǎn)技術(shù)人員憑經(jīng)驗(yàn)操作，以保證推力瓦的水平度和高程，進(jìn)而降低推力瓦溫。

圖4 機(jī)組運(yùn)行時(shí)推力瓦溫截圖

2）目前發(fā)現(xiàn)推力瓦背彈簧板固定卡環(huán)出現(xiàn)變形情況：推力瓦背彈簧板由3個(gè)卡環(huán)將彈簧板固定在推力瓦背面，1個(gè)在徑向固定，另外2個(gè)在圓周方向上固定，經(jīng)機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，抽瓦檢查發(fā)現(xiàn)位于圓周的2個(gè)卡環(huán)出現(xiàn)變形（如圖5），而徑向的卡環(huán)并未變形。

圖5

3）推力瓦與推力瓦支撐柱存在碰撞痕跡，且推力瓦背彈簧板與推力瓦也發(fā)現(xiàn)位移，依據(jù)推力瓦背彈簧板位移方向可以推斷出，機(jī)組在發(fā)電期間（俯視逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)），是造成推力瓦和彈簧板位移的原因。

4）機(jī)組推力瓦背彈簧板和推力瓦支撐塊也存在相對(duì)位移，并且依據(jù)檢查圖片可看出存在磨損，刮擦痕跡，大致位移量為8～10 mm，推力瓦支撐柱存在變形，但并未出現(xiàn)松動(dòng)（如圖6）。

（2）故障原因分析

1）機(jī)組在正常運(yùn)行期間，推力瓦溫大致在75℃左右，當(dāng)機(jī)組停機(jī)后，由于推力外循環(huán)冷卻系統(tǒng)原因，推力瓦溫大致會(huì)在30 min內(nèi)，降至常溫左右，至此會(huì)產(chǎn)生熱脹冷縮的問題。在鏡板冷卻期間，由于停機(jī)后高壓注油泵停止運(yùn)行，發(fā)電機(jī)整機(jī)重量會(huì)落在推力瓦與鏡板之間，鏡板與推力瓦壓實(shí)，干摩擦?xí)?dǎo)致鏡板帶動(dòng)推力瓦一起徑向移動(dòng)，而此時(shí)推力瓦背彈簧板則也會(huì)由于推力瓦的移動(dòng)而產(chǎn)生徑向移動(dòng)，長(zhǎng)此以往，則會(huì)造成推力瓦背彈簧板位于圓周方向的卡環(huán)出現(xiàn)嚴(yán)重的受力變形。而當(dāng)機(jī)組發(fā)電開機(jī)或者抽水開機(jī)，無(wú)論機(jī)組啟動(dòng)初期靠高壓油泵頂起形成油膜運(yùn)行，還是后期機(jī)組在高轉(zhuǎn)速下的離心力自吸，都會(huì)導(dǎo)致機(jī)組輕微抬機(jī)量的產(chǎn)生，進(jìn)而在鏡板和推力瓦接觸面形成油膜并導(dǎo)致摩擦力減小，所以此刻當(dāng)推力瓦因離心力移動(dòng)時(shí)，并不會(huì)導(dǎo)致軸向推力瓦背彈簧板卡環(huán)的變形。

圖6

2）經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，推力瓦面存在劃痕，且下導(dǎo)油槽內(nèi)透平油里發(fā)現(xiàn)金屬顆粒，可初步判斷是由于金屬部件摩擦產(chǎn)生，而此金屬顆粒一旦在機(jī)組運(yùn)行期間進(jìn)入推力瓦面與鏡板之間，則會(huì)磨損推力瓦面紋路，推力瓦面紋路對(duì)透平油的流動(dòng)有很大的作用，直接關(guān)系油膜的建立，影響推力瓦溫是否正常。

（3）推力系統(tǒng)問題相應(yīng)解決方法

如出現(xiàn)因推力瓦，推力瓦背彈簧板，卡環(huán)以及推力瓦支撐塊造成機(jī)組推力瓦溫異常，可采取下列方法進(jìn)行簡(jiǎn)要處理：

1）對(duì)推力瓦進(jìn)行刮瓦處理：采用刀口尺對(duì)推力瓦面平整度進(jìn)行檢查，瓦面如若出現(xiàn)毛刺，應(yīng)采用刮刀對(duì)相關(guān)部位進(jìn)行仔細(xì)研磨，后采用刀口尺重新檢查，直至瓦面平整。

2）對(duì)推力瓦面紋路進(jìn)行修復(fù)：推力瓦面存在很多紋路，此紋路對(duì)機(jī)組運(yùn)行期間推力瓦面透平油油膜的建立有重要作用，故在對(duì)推力瓦面進(jìn)行刮瓦處理時(shí)，因采用刮刀按紋路對(duì)推力瓦面紋路進(jìn)行大致修復(fù)，但不易過(guò)度研磨。

3）桐柏電廠推力瓦系統(tǒng)推力瓦外環(huán)并未安裝固定擋塊，在此可加工一個(gè)M16螺孔，并加裝固定擋塊，對(duì)推力瓦的徑向移動(dòng)起到限制作用，進(jìn)而對(duì)推力瓦背彈簧板卡環(huán)和推力瓦背彈簧板也有很好的保護(hù)作用。

4）對(duì)已存在變形的推力瓦背彈簧板、推力瓦背彈簧板卡環(huán)進(jìn)行更換，以及更換變形的推力瓦支撐柱。（如需要更換變形嚴(yán)重的推力瓦背彈簧板，由于要求精度較高，最好進(jìn)行原廠定做，更換前對(duì)推力瓦背彈簧板用柴油仔細(xì)清洗，并根據(jù)實(shí)際情況對(duì)推力瓦背彈簧板和推力瓦的接觸面進(jìn)行研磨，防止由于出現(xiàn)毛刺，金屬顆粒導(dǎo)致對(duì)推力瓦的傷害）

2.3.2 高壓油頂起系統(tǒng)引起瓦溫異常相關(guān)原因分析以及解決辦法

（1）高壓油頂起系統(tǒng)對(duì)推力瓦溫是否正常起到至關(guān)重要的作用，由于機(jī)組在停機(jī)工況情況下，發(fā)電機(jī)全部重量壓在鏡板和推力瓦之間，故在機(jī)組啟動(dòng)初期，高壓油泵啟動(dòng)，設(shè)計(jì)上會(huì)讓推力瓦和鏡板之間存在0.05 mm油膜，防止推力瓦與鏡板的干摩擦。高壓油通過(guò)推力瓦外環(huán)的單向閥連接，透平油由瓦面噴出，一旦出現(xiàn)單向閥的堵塞，便會(huì)造成推力瓦面油膜異常，與鏡板產(chǎn)生干摩擦，瓦溫異常升高。

（2）造成連接推力瓦單向閥堵塞重要原因便是透平油油質(zhì)，近幾年檢查發(fā)現(xiàn)桐柏公司1、2號(hào)機(jī)組下導(dǎo)油槽存在透平油內(nèi)有金屬顆粒以及油泥等問題，針對(duì)此類問題，桐柏公司提出結(jié)合每月的機(jī)組D修，逐臺(tái)對(duì)每臺(tái)機(jī)組的透平油進(jìn)行檢查，并進(jìn)行濾油，目前桐柏公司采用板式濾油機(jī)重復(fù)濾油，目前濾油效果較好。對(duì)瓦溫異常的機(jī)組，著重檢查對(duì)應(yīng)推力瓦安裝的單向閥，如若出現(xiàn)單向閥堵塞，則應(yīng)及時(shí)進(jìn)行更換，安裝前應(yīng)對(duì)新的單向閥進(jìn)行檢查，是否存在堵塞（如圖7）。

圖7

2.3.3 推力外循環(huán)冷卻器系統(tǒng)引起瓦溫異常問題以及解決辦法

目前，桐柏電廠下部組合軸承冷卻采用推力外循環(huán)冷卻系統(tǒng)，共3臺(tái)冷卻器，正常運(yùn)行情況下投運(yùn)2臺(tái)，1臺(tái)備用，并定期采用切換投運(yùn)方式進(jìn)行。其基本冷卻原理為機(jī)組在運(yùn)行期間，熱油管從冷卻水管內(nèi)流過(guò)，并加折板以增加冷卻效果，近些年由于冷卻水管的銹蝕，水質(zhì)不凈，以及水生物滋生等原因，致使桐柏公司多臺(tái)機(jī)組推力外循環(huán)冷卻水流量出現(xiàn)明顯下降，直接影響瓦溫等相關(guān)設(shè)備的正常運(yùn)行。針對(duì)此類問題，桐柏公司目前采取措施有：

（1）如若機(jī)組處在運(yùn)行期間，離檢修計(jì)劃較遠(yuǎn)，可暫時(shí)將備用冷卻系統(tǒng)投運(yùn)，3臺(tái)冷卻器投運(yùn)保證機(jī)組的正常運(yùn)行，或人為通過(guò)調(diào)整下導(dǎo)冷卻水進(jìn)水閥開度，以增加機(jī)組下部組合軸承冷卻水流量，提升冷卻效果。

（2）結(jié)合機(jī)組每月的定檢或者D修計(jì)劃，針對(duì)性的對(duì)冷卻器冷卻水管路進(jìn)行檢查，采用散熱管專用鋼刷對(duì)鐵銹進(jìn)行清掃，并用高壓水槍對(duì)管路泥沙，貝殼去除，保證冷卻器冷卻水管路的正常運(yùn)行，并結(jié)合D修工作，對(duì)機(jī)組技術(shù)供水過(guò)濾器的濾芯進(jìn)行檢查、更換，防止由于濾芯問題，導(dǎo)致技術(shù)供水管路內(nèi)的水生物、雜質(zhì)堵塞管路，使冷卻系統(tǒng)冷卻效果降低，影響設(shè)備的正常運(yùn)行。

3 結(jié)論

桐柏電廠投運(yùn)至今，在2014年1號(hào)機(jī)組首先出現(xiàn)推力瓦瓦溫異常情況，已結(jié)合機(jī)組A修工作，擬寫上述檢修方法，對(duì)推力瓦瓦面研磨，推力瓦支撐柱更換，推力瓦支撐塊更換以及推力瓦背彈簧板研磨，經(jīng)修后試驗(yàn)運(yùn)行檢查發(fā)現(xiàn)此種效果對(duì)瓦溫控制效果顯著，瓦溫由檢修前83℃下降至75℃左右，保證機(jī)組平穩(wěn)的運(yùn)行。桐柏公司2號(hào)機(jī)組2018年出現(xiàn)同樣相關(guān)問題，采用1號(hào)機(jī)組檢修經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合對(duì)推力瓦單向閥的檢查，檢修經(jīng)驗(yàn)舉一反三，使桐柏公司在很短的檢修期便解決了瓦溫問題，故在此建議同類型電站如若出現(xiàn)類似問題，可加以采用參考。