淺析磨子水電站上導推力油槽結構優(yōu)化

方 戊 強， 胥 剛， 李 俊 文， 楊 懿

(1.四川省紫坪鋪開發(fā)有限責任公司，四川 成都 610091；2.丹巴潔爾美水電開發(fā)有限公司，四川 甘孜 626300)

1 概 述

磨子水電站位于四川省甘孜州丹巴縣境內，2021年投產，為引水式電站，裝機容量2×35 MW，額定水頭396.0 m，額定轉速：428.6 r/min。發(fā)電機采用SF38-14/4200型主軸懸垂型密閉循環(huán)空氣冷卻水輪發(fā)電機。發(fā)電機主軸同轉子支架及滑轉子、推力頭熱套成一體。上導軸承采用8塊偏心瓦，推力軸承采用8塊扇形氟塑瓦。上導軸承、推力軸承共用一個油槽，油槽有效容積2.5 m3，采用串片式冷卻器，設計冷卻水工作壓力0.2～0.4 MPa,設計冷卻水流量60 m3/h。

兩臺機組動平衡試驗過程中，都出現(xiàn)上導瓦、推力瓦溫度異常升高情況。1號機組第一次試機約1.5 h，推力瓦、上導瓦初始溫度在20 ℃左右，停機時推力軸瓦溫55.4 ℃(報警溫度55 ℃)，上導軸瓦溫度56.9 ℃(報警值60 ℃)，且瓦溫均有明顯上升趨勢，不符合標準要求，機組投運前必須解決該問題。通過對整體結構分析試驗，先后進行多次油槽結構優(yōu)化改進，最終有效控制瓦溫、油溫。

2 溫度控制措施

發(fā)電機上導、推力軸承裝配見圖1。機組瓦溫及油溫不僅受到冷卻器的影響，同時還受到油循環(huán)的影響，針對上導瓦、推力瓦溫度異常情況，從冷卻水、冷卻器、軸瓦、油槽結構來檢查。

圖1 發(fā)電機上導、推力軸承裝配圖

2.1 檢查冷卻水是否正常

檢查機組軸承冷卻水是否通暢。啟動1臺技術供水泵向1號機組供水，檢查機組上導推力油槽冷卻水情況，冷卻水流通正常?？膳懦鋮s水中斷是造成機組軸承瓦溫過高的原因。

檢查冷卻水流量是否偏小。啟動2臺技術供水泵向1號機組供水，并全開上導推力油槽冷卻水進水閥開度，將下導油槽、水導油槽、空氣冷卻器冷卻水進水閥開度關至50%，這種情況下上導推力油槽冷卻水流量遠大于設計流量，開機烤瓦溫推力瓦、上導瓦溫度無明顯下降。可排除冷卻水流量小造成瓦溫高的原因。

2.2 檢查冷卻器制造及安裝問題是否正常

檢查發(fā)現(xiàn)冷卻器部分銅管翅片安裝質量不好，經主機廠及冷卻器廠檢查確認該情況對冷卻器效率影響不大。兩臺冷卻器解體檢查，冷卻器端蓋安裝方向正確，端蓋密封無損壞。

2.3 檢查軸瓦及油槽結構是否可以優(yōu)化改進

上導瓦采用偏心瓦(免刮瓦)，檢查發(fā)現(xiàn)：上導瓦進、出油邊開口及坡度較小，對油循環(huán)有一定影響，從而影響瓦溫[1]，增大瓦進、出油邊開口，提高流入上導瓦間隙的透平油量，促進油循環(huán)。經分析后做以下處理：上導瓦進油邊刮削出0.5 mm×60 mm周向楔形漸變通道，出油邊刮削出0.5 mm×35 mm周向楔形漸變通道，刮削后的進、出油邊與軸瓦原加工面平滑過渡；將上導軸瓦單邊間隙調大至0.16 mm(初次安裝間隙為0.15 mm，設計間隙為0.12～0.20 mm)。

由于冷卻器頂部內圈未安裝擋油板，導致部分上導軸承熱油經排油孔后直接流入推力軸承熱油區(qū)，一定程度上影響透平油冷卻[2]。對此采取引流措施，將上導軸承流出的熱油引至冷卻器外側通道進行循環(huán)冷卻；同時在冷卻器頂部隔板對稱增設四個φ80落油孔，徑向位置與原有兩處一致。推力軸承冷油區(qū)、熱油區(qū)為設置分隔板與推力軸承座間隙較大。在推力軸承座上平面邊緣，點焊一圈φ10圓鋼，以減少熱油自冷卻器中間隔板間隙直接流入冷油區(qū)。

7月11日，1號機組空轉烤瓦溫4 h，7月11日1號機組瓦溫記錄見表1。

表1 2021年7月11日1號機組瓦溫記錄

從表1可看出：機組空轉4 h，上導瓦溫度未超出報警值，但推力瓦溫度最高55.8 ℃，透平油溫度最高51.9 ℃，均超過報警值。《DL/T622-2012 立式水輪發(fā)電機彈性金屬塑料瓦技術條件》規(guī)定：氟塑料瓦允許在55 ℃以下長期運行，達55 ℃報警，達60 ℃時停機；油槽熱油溫度不超過50 ℃時，允許塑料推力瓦可長期運行。若機組長期帶負荷運行，溫度可能繼續(xù)上漲，需要繼續(xù)進行處理。

聯(lián)系使用該廠家同類機組的電廠，均未出現(xiàn)此類問題。聯(lián)系發(fā)電機主設計師了解到：磨子水電站發(fā)電機組與同類機組相比，主要改動為縮短上機架與轉子間距離，以減小機組擺度。因此造成機組上導、推力油槽容積減小，設計的冷卻器體積減小、換熱容量減小[3]。

在不更換冷卻器的情況下，嘗試減少油循環(huán)阻力來提高冷卻器冷卻效果。研究后決定，在推力軸承冷、熱油區(qū)分隔板在冷卻器兩端蓋處間斷，此處增設分隔板，以減少熱油、冷油混合；對冷卻器內、外側上層冷卻管各拆除第二、第三根冷卻管，并安裝無翅片銅管，減少翅片對油循環(huán)的阻力；取消冷卻器頂部外側擋油板；增設冷卻器頂部內側擋油板，減少上導軸承熱油直接落入推力軸承熱油區(qū)；取消兩冷卻器端蓋間上方擋油板。

7月16日，1號機組空轉烤瓦溫4.5 h，上導瓦溫度未超限(最高溫度 58.8 ℃)但仍有上升趨勢，推力瓦溫度已超報警溫度(最高溫度 56.0 ℃)且仍有上升趨勢，停機時油槽油溫54.2 ℃，冷卻水排水溫度約23 ℃。

機組運轉過程中，透過觀察窗可看到，上導、推力油槽內油面波動無明顯變化，說明油槽內透平油循環(huán)沒有得到明顯改善。此前兩次處理方案，只是在不改動軸承裝置主體結構上進行局部優(yōu)化改動，根據(jù)機組運行情況來看，這些措施不能有效加強油槽內油循環(huán)。

從上導推力軸承結構上分析：推力頭外有梳齒密封環(huán)包裹，推力頭無法帶動油循環(huán)，油槽內透平油僅靠鏡板帶動油循環(huán)；油槽內透平油僅靠鏡板帶動油循環(huán)[4]，由于油槽整體容積減小，導致內部透平油循環(huán)發(fā)生變化。

為不影響機組投產前試驗，再次嘗試優(yōu)化油槽結構，若無法有效降溫則定制新的冷卻器。經分析后決定切除推力頭外的梳齒密封環(huán)，露出推力頭以增強油槽內透平油循環(huán)動力；在上導瓦支承板上兩上導瓦間加工出36 mm×120 mm孔，以促使支撐板下方透平油翻滾至上導軸承，提高透平油循環(huán)速度；刨除第一次處理時增設的流道，較少油循環(huán)阻力。

7月18日，1號機組推力頭外的梳齒密封環(huán)切除、上導瓦支撐板加工后，開機空轉考瓦溫，機組運轉過程中，透過觀察窗可看到，上導、推力油槽內透平油翻滾劇烈，油循環(huán)速度加快。停機前推力瓦溫度已經趨于穩(wěn)定，上導瓦最高溫度 57.0 ℃，推力瓦最高溫度55.0 ℃，油槽油溫51.1℃。推力瓦溫、油槽油溫均在報警值邊緣。在此時的瓦溫油溫情況下，通過不間斷向技術供水循環(huán)水池充補充河水(河水溫度約10 ℃)，使冷卻水進水溫度一直處于較低的溫度，可保證并網試驗繼續(xù)進行。同時也表明通過繼續(xù)優(yōu)化油槽結構已無法大幅度降溫，繼續(xù)降溫需要更換冷卻器。推力頭外的梳齒密封環(huán)切除前后見圖2，上導瓦支撐板鉆孔前后見圖3。

圖2 推力頭外的梳齒密封環(huán)切除前后

圖3 上導瓦支撐板鉆孔前后

2.4 冷卻器優(yōu)化改進

為確保更換新的冷卻器后可有效降溫，從增加冷卻器熱交換容量、優(yōu)化冷卻器結構、減小冷卻器造成的油循環(huán)阻力方面考慮，對新的冷卻器結構做以下改動：取消冷卻器頂部外側擋油板，增設冷卻器頂部內側擋油板，使油循環(huán)路線更合理；銅管間距由45 mm增大至48 mm，減小油循環(huán)阻力；銅管層數(shù)由9層增至11層，增加兩冷卻器長度，兩冷卻器尾部端蓋間距由25 mm減少至10 mm，增大冷卻器熱交換容量[5]；重新制作冷卻器中間分隔板，各分隔板中間無間隙，分隔板與推力軸承座間隙小于5 mm，減少熱油未經冷卻直接流入冷油區(qū)；派專人駐廠嚴格要求冷卻器制作工藝。

8月5日，1號機組更換新的冷卻器后，并網帶額定負荷運行，機組瓦溫記錄顯示上導、推力軸承技改并更換冷卻器后，上導瓦溫、推力瓦溫、油溫均大幅度降低，8月5日1號機組瓦溫記錄見表2。

表2 2021年8月5日1號機組瓦溫記錄

從表2可看出，1號機組使用新的冷卻器后，上導瓦、推力瓦、透平油溫度均大幅度降低，瓦溫及油溫高處理思路及方法正確，取得良好的效果。

2號機組參照1號機組處理方案進行結構優(yōu)化改進后，于8月12日經5 h空轉運行，瓦溫、油溫均與1號機組相近，正常投運。

3 結 語

磨子水電站調試期間，兩臺機組瓦溫超限的情況，嚴重影響機組調試、并網試驗進程。磨子水電站從機電安裝、設備質量、機組結構、產品設計等方面研究分析，對新機型油槽結構及冷卻器進一步優(yōu)化改進，取得了良好的效果。同時，冷卻器設計及制作工藝對軸承瓦溫及油溫影響巨大，在冷卻器設計定型、設備驗收方面也應重點關注。

目前機組穩(wěn)定運行已超過半年，各瓦溫及油溫穩(wěn)定。磨子水電站對上導、推力油槽結構的改進經驗，可對同類結構機組技改提供參考借鑒。