百色市大型混流式水輪發(fā)電機組水導(dǎo)軸承溫度分析

百色市大型混流式水輪發(fā)電機組水導(dǎo)軸承溫度分析

1電站主要承擔部分調(diào)峰調(diào)度右江熱水廠位于廣西百色市。該發(fā)電廠為地下車間，配備一臺135噸的混流式發(fā)電站。電站裝機容量540MW,最大出力580MW,年利用小時數(shù)3150h,多年平均發(fā)電量1701GW·h。枯水期保證出力123MW,電站主要承擔廣西電網(wǎng)的部分調(diào)峰調(diào)頻任務(wù),枯水年調(diào)峰電量占電站年發(fā)電量的64%以上。水輪機和調(diào)速器系統(tǒng)的主要部件由上海福伊特西門子水電設(shè)備有限公司制造。2水導(dǎo)瓦油冷卻的設(shè)計右江水電廠的水導(dǎo)軸承是帶立式外置冷卻器的自潤滑分塊瓦軸承。水導(dǎo)軸承由巴氏合金分塊瓦(10塊)、擋油圈、內(nèi)外溢流擋板、外置冷卻器、冷卻器支撐座板、軸承油箱、斜楔調(diào)整墊塊和軸承蓋等組成。其中除軸承油箱,外溢流擋板是整體結(jié)構(gòu)外,其余均為分瓣或分塊結(jié)構(gòu)。油冷卻方式是通過機組運行時軸領(lǐng)產(chǎn)生的離心泵效應(yīng)進行自潤滑。機組運行時,軸領(lǐng)離心泵將油甩到專門的熱油腔,形成一定壓力后進入立式外置冷卻器,冷卻后的油通過管路直接送到每塊水導(dǎo)瓦的進油側(cè)進行冷卻和潤滑。軸領(lǐng)上設(shè)計有10個?30.5mm的通孔起離心泵的作用,通孔設(shè)計有調(diào)節(jié)絲堵,可根據(jù)機組水導(dǎo)軸承用油量及冷卻效果做相應(yīng)的調(diào)整。水導(dǎo)軸承基本數(shù)據(jù)如下:載荷:F=273.2kN轉(zhuǎn)速:n=166.7r/min圓周速度:V=13.62m/s摩擦損失:PR=17.26kW用油量:V=63L/min用油:L-TSA-46#總油量:V=620L水導(dǎo)瓦總間隙:δ=0.4mm水導(dǎo)軸承冷卻水進口壓力:P=0.4MPa。3水導(dǎo)軸承油冷卻系統(tǒng)設(shè)計的必要性全廠4臺機組自2006年相繼投產(chǎn)以來,水導(dǎo)軸承瓦的溫度都呈緩慢上升趨勢。后在小修時對水導(dǎo)軸承進行了全面檢查測量,發(fā)現(xiàn)各臺機組的水導(dǎo)軸承瓦總間隙都大了0.2mm左右,并且熱油腔梳齒銅密封間隙也有增大趨勢。分析原因是由于隨著運行時間變長,水導(dǎo)瓦總間隙也相應(yīng)變大,將熱油腔的梳齒密封磨損,使大部分熱油外泄,不能在熱油腔形成壓降,造成流過外置冷卻器的油量過少,無法有效發(fā)揮冷卻器的作用,整個水導(dǎo)軸承油溫過高,油冷卻效果非常不好,導(dǎo)致軸承瓦溫度持續(xù)上升。特別是首臺投產(chǎn)的4#機組,由于梳齒密封平均總間隙已在1.1mm以上,開機運行2h后,水導(dǎo)瓦溫就從25℃升至報警值65℃。根據(jù)原設(shè)計方案,曾通過調(diào)節(jié)軸領(lǐng)上的10個?30.5mm的通孔離心泵來增加冷卻油量,但一直找不到平衡點,開孔較多,反而使透平油中氣體過多,影響冷卻效果。為保證4#機組能投入運行,我廠采取在水導(dǎo)軸承外加掛一個外置冷卻器的臨時措施,通過濾油機接管強迫油循環(huán)。從4#機組水導(dǎo)軸承熱油腔梳齒銅密封的磨損情況看,銅密封使用年限大概就是5-6年。按照原設(shè)計方案,如果要保證機組正常安全運行,就需要在機組大修時,將水導(dǎo)軸承相關(guān)設(shè)備返廠,更換梳齒密封,使其間隙滿足設(shè)計要求,才能保證水導(dǎo)瓦溫恢復(fù)正常。這樣勢必造成我廠每臺機組大修時(機組大修周期一般是4-8年),都要將水導(dǎo)軸承部件返廠更換新的梳齒密封?？紤]到電廠大修時間一般是2-3個月,水輪機設(shè)備返廠可能會造成檢修時間延長,增加企業(yè)的運營成本。為了一勞永逸的解決該問題,需要制定一個可行的解決方案,對水導(dǎo)軸承進行技術(shù)改造,以解決不更換梳齒密封的前提下油溫上升的問題。4水導(dǎo)軸承冷卻器設(shè)計通過咨詢水輪機制造廠家,及參照國內(nèi)成熟電廠水輪機水導(dǎo)軸承冷卻方式,考慮可以采取以下3種方案進行技術(shù)改造。(1)采用原外置冷卻器,只在進油管路中加裝兩組油泵,改成強迫油循環(huán)方式。對輸油管路進行改造后,兩組油泵互為備用,可以保證機組穩(wěn)定運行,國內(nèi)有幾個大型電站采用的就是此種方式。缺點是,油循環(huán)只能靠油泵完成,對油泵的可靠性要求極高。并且增加的兩組油泵難以找到合適的安裝位置,因為油泵需安裝在低于水導(dǎo)油盆的地方。同時,需要增加相應(yīng)的電氣及自動化控制元件。初步詢價,改造費用在60萬元左右。(2)在原冷卻方式不變的情況下,重新加裝一組強迫油循環(huán)冷卻裝置,起輔助冷卻作用。該方案的優(yōu)點是,機組運行時,兩組冷卻器同時制冷,根據(jù)4#機組采取的臨時冷卻措施看,水導(dǎo)瓦溫基本能穩(wěn)定在45℃左右的最佳狀態(tài)運行。缺點是需要增加相應(yīng)電氣及自動化控制元件,還需要增設(shè)油管路和冷卻水管路,并且必須選擇可靠性較高的油泵。初步詢價,改造費用在40萬元左右。(3)在原冷卻方式不變的情況下,在水導(dǎo)軸承內(nèi)部增加一組內(nèi)置盤管式冷卻器。該方案的優(yōu)點是,機組運行時,兩組冷卻器同時制冷,水導(dǎo)瓦溫能在正常溫度運行,無需增加水導(dǎo)軸承的外圍設(shè)備。缺點是右江電廠的水導(dǎo)油盆設(shè)計太緊湊,空間尺寸比較小,加裝內(nèi)置冷卻器后,增加了水導(dǎo)軸承檢修難度。并且該方案能不能實施,關(guān)鍵還要看有沒有合適的冷卻器。該冷卻器既要能達到制冷效果,又要能順利安裝在水導(dǎo)油盆的下油槽中,并且冷卻器的體積不宜太大,否則會占用過多的水導(dǎo)軸承油量,影響機組長期安全運行。因此,冷卻器的選型必須按照制冷效果高,體積小的原則進行。根據(jù)水輪機水導(dǎo)軸承的各基本數(shù)據(jù),摩擦損失PR=17.26kW,總的油量V=620L,用油量V=63L/min,以及運行冷卻水進水溫度(常溫)t=25℃,出水溫度(常溫)t=28℃等參數(shù),通過查詢熱交換器設(shè)計手冊,按照傳熱方程公式Q=KFT(K經(jīng)驗值600-900W/m2.℃之間)計算后得出,能滿足機組運行需要的盤管冷卻器選用基管為銅管的?16×1.5mm,翅片為?35×0.5mm的高效換熱管制作,所需傳熱面積大概為5m2左右。冷卻水量按照水輪機設(shè)計手冊中公式計算,大概在60L/min,冷卻水管路選擇?27×3mm的不銹鋼管。盤管總體積為40L左右,占用原透平油空間的6%左右,基本不影響機組安全運行。初步詢價,改造費用在5-8萬元之間。(4)選擇方案。對比以上3種方案,方案三對設(shè)備的改動較小,投資也最少,且易于實施,因此采用了第3種方案對水導(dǎo)軸承進行技術(shù)改造。5冷卻器冷卻水管系統(tǒng)在水導(dǎo)油盆中的自動化元件位置不作改動的情況下,冷卻器采用分瓣形式,分瓣面用法蘭連接,冷卻器沿圓周方向布置在水導(dǎo)軸承下油槽中,并通過螺栓連接固定在油板座上,油板座與水導(dǎo)底蓋板焊接連接固定。在原外置冷卻器冷卻水管路上開啟三通,作為內(nèi)置冷卻器的供、排水口管路接口,為了檢測冷卻器水管運行情況及檢修需要,在三通出口安裝DN20的不銹鋼球閥和壓力表(系統(tǒng)圖見圖1)。技改工作完成后,對機組進行空轉(zhuǎn)連續(xù)運行12h,水導(dǎo)軸承水導(dǎo)瓦運行溫度保持在45℃-50℃之間,油溫保持在42.8℃左右。后對機組連續(xù)帶額定負荷135MW運行15d,監(jiān)測水導(dǎo)瓦運行各參數(shù),10塊水導(dǎo)瓦溫度保持在43℃-47.8℃之間,油溫恒定在42.2℃運行。兩個冷卻器總的冷卻水流量保持在155L/min左右,進水溫度恒定在22℃,出水溫度恒定