青田灘坑水電站水輪發(fā)電機(jī)組徑向瓦溫的處理

青田灘坑水電站水輪發(fā)電機(jī)組徑向瓦溫的處理

1機(jī)組載荷試驗(yàn)浙江省青田灘坑水電站采用混合式應(yīng)急水輪發(fā)電，2011年7月開始運(yùn)行。在機(jī)組空載試運(yùn)行過程中推力軸承瓦溫較高,超過了60℃,由于電站處于山洞之中,環(huán)境溫度并不是很高,對瓦溫沒有產(chǎn)生負(fù)面影響。下面對瓦溫處理過程加以介紹。2主電源設(shè)計(jì)參數(shù)2.1這臺機(jī)器型號:HLA855-WJ-762.2挖掘機(jī)型號:SFW-J4000-6/1730徑向軸承規(guī)格:φ320轉(zhuǎn)子重量:8.93t飛輪重量:2.15t3軸承和水冷瓦a.技術(shù)數(shù)據(jù)(額定轉(zhuǎn)速1000r/min時)。φ280徑向軸承計(jì)算載荷:60kN計(jì)算單位載荷:0.824MPaφ300/φ540推力軸承計(jì)算載荷:220kN計(jì)算單位載荷:1.68MPab.軸承采用L-TSA-46汽輪機(jī)油。c.徑向瓦內(nèi)部采用水冷瓦方式。d.冷卻水壓力為0.2~0.3MPa,冷卻水量為95L/min。4推力瓦油量過機(jī)組試運(yùn)行階段,在空載額定轉(zhuǎn)速條件下出現(xiàn)了推力瓦溫度過高的現(xiàn)象,達(dá)到了62.5℃。打開水輪機(jī)頂蓋上的四個減壓孔后,頂蓋壓力表顯示壓力雖然降低了,但推力瓦溫下降幅度并不大,仍有60℃左右,而且瓦溫是隨著運(yùn)行時間緩慢上升。在運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)進(jìn)油罩推力瓦出油口位置(圖1中A處)出油量很少,拆開頂部的觀察窗用手觸摸,感覺出油溫度不太高,同時副推力盤的出油量(圖1中F處)很大,初步判斷進(jìn)入徑向瓦的油量多于進(jìn)入推力瓦油量。在現(xiàn)場處理中將軸承油分配管(布置在圖1中E處)進(jìn)入徑向瓦的孔φ16堵小,同時把進(jìn)入推力瓦的φ25擴(kuò)大,目的是減少進(jìn)入徑向瓦的油量,以增加進(jìn)入推力瓦的油量。處理完畢后運(yùn)行時發(fā)現(xiàn)推力瓦溫度雖然有所降低(降低的幅度不是很大),但徑向瓦卻出現(xiàn)了燒瓦現(xiàn)象,對應(yīng)此時徑向瓦溫度顯示為38℃。說明此處理方式不是很合理,難以控制調(diào)整兩路油量的流量,很容易使一路油量過少而造成燒瓦。特別是徑向瓦為水冷瓦(即瓦的底部側(cè)面接有外部冷卻水),溫度計(jì)實(shí)際測量的徑向瓦溫受到冷卻水溫度的影響,測量的數(shù)值(如38℃)比實(shí)際瓦溫要低很多,無法正確顯示徑向瓦溫的真實(shí)數(shù)值,使現(xiàn)場運(yùn)行人員誤以為38℃時的徑向瓦狀態(tài)良好。拆開推力軸承進(jìn)行檢查時,測量發(fā)現(xiàn)進(jìn)油罩C處(見圖1)的間隙比設(shè)計(jì)值要大。經(jīng)了解是由于原有進(jìn)油罩與大推力盤間隙過小產(chǎn)生磕碰無法安裝,安裝人員對進(jìn)油罩進(jìn)行打磨處理,由于打磨量難以控制,使得此處的間隙增大(圖紙要求的單邊間隙為0.2~0.3mm,實(shí)際測量單邊間隙超過了1mm)。運(yùn)行時造成進(jìn)油腔B處(見圖1)冷油與推力瓦出油腔A處熱油相混,由于B處的壓力要大于A處,過大的間隙使得B處的冷卻油有部分泄入A處,不但降低了進(jìn)油腔B處冷卻油的有效油量,還降低了進(jìn)油腔B處的壓力,相應(yīng)造成了進(jìn)入E腔處(見圖1)的潤滑油量的減少。5發(fā)電機(jī)后導(dǎo)軸承由圖1可以很容易看出潤滑油的走向:即H處的冷卻油經(jīng)大推力盤的帶油槽帶入到進(jìn)油罩B腔,再進(jìn)入E腔(進(jìn)入E腔的管路圖中未繪出),通過E處的油分配器分兩路進(jìn)入推力瓦和徑向瓦,分別完成潤滑后通過軸承座上的方形孔進(jìn)入油冷卻器中冷卻,再回到H處,完成一個工作循環(huán)。出現(xiàn)上述瓦溫過高的現(xiàn)象一般可能有六個方面的原因:ue591機(jī)組在甩負(fù)荷時轉(zhuǎn)子速率上升,可能損壞了瓦面;ue592機(jī)組安裝不到位,運(yùn)行時轉(zhuǎn)動部分?jǐn)[度過大;ue593冷卻水壓力及溫度不符合規(guī)定要求或冷卻水量不足以使軸承總損耗產(chǎn)生的熱量降低;ue594轉(zhuǎn)動部分(包括轉(zhuǎn)輪、飛輪及轉(zhuǎn)子)的平衡做得不夠好,使得機(jī)組運(yùn)行時轉(zhuǎn)動部分對軸承附加動壓力過大;ue595軸承選用不合理,即選擇的軸承規(guī)格過小,承載能力不夠;ue596軸承本身的潤滑油路問題,如油路不暢通等。經(jīng)與現(xiàn)場運(yùn)行人員溝通,機(jī)組沒有進(jìn)行過甩負(fù)荷試驗(yàn),所以ue591項(xiàng)可以排除?，F(xiàn)場人員對安裝尺寸重新檢查,機(jī)組安裝精度都符合《水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范》中所規(guī)定的要求,同時檢查了各部位螺栓的松緊度,都比較良好。冷卻水壓力、溫度也都符合設(shè)計(jì)要求,所以第ue592ue593項(xiàng)也可排除。從廠家平衡試驗(yàn)報告也顯示轉(zhuǎn)輪、飛輪及轉(zhuǎn)子的平衡沒有問題,再有試運(yùn)行時發(fā)電機(jī)后導(dǎo)軸承溫度一直良好也說明平衡沒有問題。剩下的原因就是第ue595ue596項(xiàng)了。首先對ue595項(xiàng)即選用φ280徑向推力軸承是否合理進(jìn)行復(fù)核。由前面水輪發(fā)電機(jī)組及φ280徑向推力軸承的主要設(shè)計(jì)參數(shù)可以看出,機(jī)組的軸向水推力為123~156kN,單位載荷為1.19MPa,都低于徑向推力軸承220kN計(jì)算載荷及1.68MPa單位載荷。轉(zhuǎn)子重量為8.93t、轉(zhuǎn)輪重量為0.41t、飛輪重量為2.15t,轉(zhuǎn)輪由于水流不對稱造成的徑向力約為2.8kN(按徑向力為水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)力矩2%的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算),發(fā)電機(jī)單邊磁拉力約為3kN。由發(fā)電機(jī)尺寸及數(shù)據(jù)可計(jì)算出φ280徑向推力軸承徑向瓦所承受的壓力為57.3kN,單位載荷為0.787MPa,比計(jì)算載荷60kN及計(jì)算單位載荷0.824MPa略小些。對推力軸承推力瓦和徑向瓦性能進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算,軸承基本能夠滿足使用要求。表1為軸承理論計(jì)算結(jié)果,軸瓦材料為巴氏合金。從表1設(shè)計(jì)參數(shù)結(jié)果對比可以看出,軸承承載能力能夠滿足使用要求,不存在軸承選用不合理問題。但與收集到的多個其他類似電站的運(yùn)行資料進(jìn)行比較,表1中推力瓦PV值相對較大,因此在水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時在頂蓋四周布置4個減壓孔,以減少軸向水推力。在實(shí)際運(yùn)行中從頂蓋上引出的壓力表的數(shù)值減小,可以判斷出4個減壓孔起到了減壓作用,因此實(shí)際上作用在推力瓦上的水推力沒有計(jì)算值156kN那樣大。軸承總損耗為33.8kW,φ280徑向推力軸承冷卻器中的紫銅管共126根,每根長1.3m,總長163.8m。按4.7m紫銅管冷卻1kW軸承損耗產(chǎn)生的熱量計(jì)算,冷卻器中的紫銅管理論上可以冷卻35kW的熱量,大于軸承總損耗,同時徑向瓦采用的是水冷式結(jié)構(gòu),也能夠有效降低徑向瓦損耗產(chǎn)生的熱量。為了更為有效地進(jìn)行分析,對轉(zhuǎn)輪重量及徑向力對轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生的撓度也進(jìn)行了計(jì)算。計(jì)算結(jié)果為轉(zhuǎn)輪處主軸的撓度為0.018mm,而4000kW功率時主軸最小處(φ230,與轉(zhuǎn)輪配合部位)的扭應(yīng)力為15.7MPa,遠(yuǎn)小于40MPa(鍛鋼45)許用扭應(yīng)力。結(jié)合機(jī)組的轉(zhuǎn)速及標(biāo)準(zhǔn)要求,可以認(rèn)為主軸的剛度可以滿足使用要求,0.018mm的變形量也不會對瓦溫有太大的影響,因此基本上可以排除e項(xiàng)即軸承選用不合理的因素。瓦溫溫度過高只能與f項(xiàng)有關(guān)了,即潤滑油油路問題,或者油路不暢通,或者大推力盤帶油量不夠等。拆開推力軸承進(jìn)行尺寸檢查,除進(jìn)油罩C處(見圖1及圖3放大圖)的間隙δ1比較大以外,其他零部件都符合圖紙要求。因此決定更換進(jìn)油罩,使C處間隙δ1滿足圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求。新的進(jìn)油罩更換后,雖然在試運(yùn)行時軸瓦溫度有所好轉(zhuǎn),但機(jī)組在帶2500kW負(fù)荷時推力瓦溫還是超出了60℃,而徑向瓦此時溫度比空載運(yùn)行時只增加了1℃左右,說明帶部分負(fù)荷時轉(zhuǎn)輪由于加工精度較好,水流不平衡產(chǎn)生的徑向力數(shù)值并不大,同時磁拉力也不大,機(jī)組的穩(wěn)定性比較好?，F(xiàn)場分析認(rèn)為可能是大推力盤的帶油量不夠。由于在水電站無法直接加工大推力盤增加帶油槽深度,在仔細(xì)查閱圖紙后,采用螺釘將帶油板(材質(zhì)為紫銅)把合在大推力盤上(見圖2),以提高帶油量。測量出大推力盤與進(jìn)油罩之間的間隙δ3(見圖1)為7mm,為防止機(jī)組運(yùn)行時帶油板刮碰到進(jìn)油罩,使其與進(jìn)油罩的間隙δ3減小到1mm。通過這種方式加大了大推力盤的帶油量,處理后機(jī)組重新運(yùn)行,瓦溫有了明顯的好轉(zhuǎn),表2及表3分別為空載及負(fù)荷條件下運(yùn)行時的測量數(shù)據(jù)。從表2、表3的結(jié)果來看,軸瓦溫度基本達(dá)到使用要求。6潤滑油液兩相油液密封潤滑效果分析由于臥式混流水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行特點(diǎn),以及徑向瓦與主軸總間隙的影響,圖3中進(jìn)油罩與大推力盤及主軸的間隙δ1、δ2都不能過小,否則運(yùn)行時容易發(fā)生磕碰。有的軸承結(jié)構(gòu)中將C處的迷宮密封變更為梳齒密封方式(見圖3),但由于安裝誤差以及小推力盤與徑向瓦端面之間需要間隙,使得梳齒密封軸向間隙也不能太小,密封效果也不會很理想。曾經(jīng)在某些水電站發(fā)生過此類推力軸承瓦溫過高,而將內(nèi)循環(huán)方式改為外循環(huán),改后的瓦溫要遠(yuǎn)好于內(nèi)循環(huán)。分析此兩種方式的軸承結(jié)構(gòu),除了潤滑油進(jìn)油部位不同外,其他結(jié)構(gòu)及油路基本相同。外循環(huán)的潤滑油直接澆注在徑向瓦和推力瓦油腔中;而內(nèi)循環(huán)需要通過大推力盤上四個槽將冷卻后的潤滑油帶入B腔,通過B油腔中的油分配器分別注入到徑向瓦和推力瓦,油路過長會造成油易泄漏,潤滑油量減少,同時油的壓力也不夠高。從上述兩種方式可以發(fā)現(xiàn),內(nèi)循環(huán)軸承帶油量如果不夠,則潤滑效果比外循環(huán)軸承要差,因此將大推力盤的4個帶油槽的深度加大,以達(dá)到多帶油的目的,但此種方式只是為了抵消油泄漏而采用的措施,造成有些工作后的熱油在沒有充分冷卻的條件下,又進(jìn)入軸瓦內(nèi)。而外循環(huán)由于油量充足,不會像內(nèi)循環(huán)那樣油量受整個軸承座體積的限制,冷卻條件更好,關(guān)鍵是軸承潤滑油的壓力能夠完全保證。為此內(nèi)循環(huán)軸承要提高承載能力,安全運(yùn)行需要有效降低δ1、δ2(見圖3)間隙值,使得有效油量增加,油壓提高,降低油的循環(huán)次數(shù),從而使得潤滑油有充分的時間冷卻。對此采用圖4彈性密封圈結(jié)構(gòu)方式代替原來的迷宮或梳齒密封方式更為有效。利用密封圈周邊布置的彈簧的拉緊力使密封圈與大推力盤、主軸的間隙δ1、δ2減小很多,降低潤滑油從C與D處間隙的泄漏量,提高油腔B的潤滑油的壓力,使進(jìn)入推力瓦和徑向瓦的油量和壓力都大為增加。密封圈彈簧可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié),使得拉緊力相應(yīng)調(diào)節(jié)。為了避免密封圈磕碰破壞主軸及大推力盤,彈性密封圈材料采用聚酰亞胺材料。同時采用此種改進(jìn)方式對軸承的更改也很小。7推力瓦和徑向瓦油量分配方式本文通過對青田灘坑電站ue788280徑向推力軸承瓦溫較高的處理過程的描述,以及內(nèi)循環(huán)軸承本身的特點(diǎn),提出了對內(nèi)循環(huán)軸承密封方式的改進(jìn)方法。雖然彈性密封圈方式在安裝過程相比原來更煩瑣些,但效果比單純在大推力盤提高帶油量更合理些。如果在吸油管附近的封油板部位(圖1中Q處)增加有一個測量冷油的測溫元件,還能夠判定出進(jìn)入瓦中的潤滑油是否冷卻足夠,