玄廟觀電站機(jī)組推力瓦長(zhǎng)期高溫運(yùn)行的解決

劉祥兵，張 亮

(黃柏河流域管理局，湖北?宜昌?443100)

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玄廟觀電站機(jī)組推力瓦長(zhǎng)期高溫運(yùn)行的解決

劉祥兵，張 亮

(黃柏河流域管理局，湖北?宜昌?443100)

玄廟觀電站自投產(chǎn)發(fā)電以來，由于設(shè)計(jì)制造及安裝等多方面的原因，機(jī)組推力瓦一直處于高溫運(yùn)行，影響設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。通過調(diào)試初期和投運(yùn)后機(jī)組長(zhǎng)期高溫運(yùn)行的原因分析和持續(xù)改進(jìn)，近幾年機(jī)組一直在設(shè)計(jì)溫度限額以下運(yùn)行，取得了良好效果。圖3幅，表1個(gè)。

水電站；推力瓦；高溫；原因分析；處理

1 概 述

玄廟觀電站位于湖北省宜昌市遠(yuǎn)安縣，屬黃柏河流域東支，水庫(kù)庫(kù)容4 215萬m3，集雨面積380 km2，裝有2臺(tái)臥式機(jī)組，總裝機(jī)容量5 000 kW，年發(fā)電量1 700萬kW·h。電站于2005年7月建成投產(chǎn)，發(fā)電機(jī)型號(hào)為SFW2500—10/1730，水輪機(jī)型號(hào)為HLA551—WJ—89。2臺(tái)機(jī)組運(yùn)行時(shí)間已達(dá)8 a，還沒有進(jìn)行過大修，相對(duì)于水輪發(fā)電機(jī)組3～5 a的大修間隔，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出。機(jī)組的部分參數(shù)達(dá)不到技術(shù)規(guī)范要求，各軸承擺度和振動(dòng)值增大，瓦溫升高。從2010年6月至2012年夏季，1號(hào)機(jī)組推力瓦溫度高達(dá)65 ℃，2號(hào)機(jī)組也有62 ℃。

針對(duì)上述問題，電站決定進(jìn)行解體大修。實(shí)際大修時(shí)間從2013年2月25日開始，至4月22日全部完成。

2 原因分析

2.1 存在制造上的嚴(yán)重缺陷

玄廟觀電站2臺(tái)機(jī)組于2005年6月3日進(jìn)入調(diào)試和試運(yùn)行階段，但由于諸多原因，機(jī)組始終無法正常運(yùn)行，主要表現(xiàn)為機(jī)組空載正常，但只要并網(wǎng)帶上負(fù)荷，推力瓦溫就急劇上升，無法控制只能被迫停機(jī)。

在一個(gè)多月的調(diào)試階段，機(jī)組溫度一直無法穩(wěn)定的原因排查主要集中在安裝質(zhì)量方面。經(jīng)過無數(shù)次復(fù)核重裝，始終無法解決根本問題。由于此機(jī)型為重慶水輪機(jī)廠的試驗(yàn)機(jī)型，從6月底開始，我們開始在設(shè)計(jì)和制造方面找原因，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核查明，主要原因是2臺(tái)機(jī)組設(shè)計(jì)推力盤甩油槽設(shè)計(jì)深度為22 mm，但現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核測(cè)量6個(gè)分布的推力盤甩油槽加工深度為：1號(hào)機(jī)數(shù)據(jù)分別為23、22、18、18、14、14 mm；2號(hào)機(jī)數(shù)據(jù)分別為26、22、22、18、18、15 mm。加工深度最大偏差達(dá)8 mm，達(dá)到設(shè)計(jì)值的36.4%。如此大的加工偏差致使機(jī)組在運(yùn)行帶負(fù)荷時(shí)推力瓦供油嚴(yán)重不足，造成了推力瓦溫急劇升高，甚至多次拉瓦的嚴(yán)重后果。在處理這一主要缺陷后，機(jī)組于7月4日并網(wǎng)發(fā)電成功。

2.2 存在設(shè)計(jì)上的缺陷

2.2.1 機(jī)組推力盤尺寸設(shè)計(jì)過于保守

電站機(jī)組設(shè)計(jì)水頭45 m，最大工作水頭52.16 m，最小工作水頭35.09 m，設(shè)計(jì)引用流量6.5 m3/s，額定轉(zhuǎn)速600 r/min,軸向水推力15.3 t，采用內(nèi)徑φ280 mm、外徑φ500 mm的推力軸瓦。經(jīng)多方研討認(rèn)為，推力盤只適用2 000 kW機(jī)組，這是影響推力瓦長(zhǎng)期高溫運(yùn)行的可能原因。

2.2.2 主軸密封潤(rùn)滑水偏小

在試運(yùn)行期間，特別是在機(jī)組開度較小的情況下，水壓小，機(jī)組潤(rùn)滑水很小甚至無潤(rùn)滑水，致使經(jīng)常燒毀盤根；同時(shí)導(dǎo)致主軸溫度高,不能安全穩(wěn)定投入運(yùn)行。

2.3 頂蓋排水壓力過大

因主軸密封潤(rùn)滑水在小開度或者孤網(wǎng)運(yùn)行中,機(jī)組因潤(rùn)滑水不能滿足要求而無法正常運(yùn)行；而當(dāng)機(jī)組在帶正常負(fù)荷的情況下，因開度增加而頂蓋排水量急劇增加，在調(diào)試階段，除原有排水管路外，還需要另外4臺(tái)排水泵方可滿足排水要求；這時(shí)集水井2臺(tái)泵全部開啟，抽水間隔僅15 min，排水系統(tǒng)告急。因電站集水井系統(tǒng)已全部建成，不可能進(jìn)行擴(kuò)容改造。

上述原因造成如果全部打開頂蓋排水，排水系統(tǒng)不能滿足要求；如果部分開啟頂蓋排水管，又增加了軸承水平推力，導(dǎo)致溫度升高。

2.4 機(jī)組已達(dá)到大修年限

自2005年機(jī)組投入運(yùn)行以來，盡管機(jī)組已正常發(fā)電，但機(jī)組推力瓦一直在高溫運(yùn)行。2006年3月，2號(hào)機(jī)組出現(xiàn)比較嚴(yán)重的電氣軸承拉瓦事故； 2006年12月，1號(hào)機(jī)組又出現(xiàn)了永久性轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地的故障；上述隱患均采用不徹底的大修進(jìn)行處理。在以后的冬修中，電站或自行或外請(qǐng)技術(shù)人員針對(duì)瓦溫高進(jìn)行刮瓦盤車處理，因?yàn)樘幚磉^量，致使軸瓦間隙已達(dá)不到技術(shù)規(guī)范要求，各軸承擺度和振動(dòng)值增大，瓦溫年年升高，必須進(jìn)行解體大修。

3 解決方案

3.1 針對(duì)制造上的嚴(yán)重缺陷

制造上的缺陷是投運(yùn)初期影響機(jī)組一直無法并網(wǎng)發(fā)電的關(guān)鍵原因。由于制造上的粗糙和極大誤差，導(dǎo)致調(diào)試階段故障持續(xù)近1個(gè)多月，極大浪費(fèi)了人力和物力，也影響了機(jī)組早日產(chǎn)生效益。

針對(duì)復(fù)核結(jié)果，將不符合設(shè)計(jì)要求的推力盤甩油槽深度統(tǒng)一加工到25 mm，由于返廠難度太大，主要采取現(xiàn)場(chǎng)用電鉆和電磨頭加工的方式；而且考慮到強(qiáng)度問題，沒有繼續(xù)加深。采用此方式解決后，機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電成功，機(jī)組當(dāng)年運(yùn)行最高溫度為59 ℃，基本滿足了投產(chǎn)發(fā)電的要求。

3.2 針對(duì)設(shè)計(jì)上的缺陷

3.2.1 機(jī)組推力盤尺寸設(shè)計(jì)過于保守的處理

機(jī)組最大水推力14.5 t。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子重11.8 t。整個(gè)水輪發(fā)電機(jī)組為兩支點(diǎn)，僅發(fā)電機(jī)1根主軸，水輪機(jī)懸掛在發(fā)電機(jī)軸上，僅靠水機(jī)端φ320徑向軸承和集電環(huán)端φ280徑向推力軸承支撐轉(zhuǎn)動(dòng)部分。

經(jīng)過復(fù)核驗(yàn)算，每塊瓦的單位壓力為12.5 kg/cm2,對(duì)于臥式水輪發(fā)電機(jī)推力軸承推力瓦單位所受壓力偏大，造成瓦溫升高。因推力盤已套在主軸上，不能改變瓦大小。

此缺陷要想徹底解決只有將推力盤及主軸一同返廠，將推力盤尺寸加大，同時(shí)更換新的軸承座，運(yùn)回電站后再重新安裝機(jī)組。雖然可徹底解決機(jī)組隱患問題，但難度太大，只有待條件成熟資金充足時(shí)再考慮。

3.2.2 主軸密封潤(rùn)滑水偏小問題的處理

為解決主軸密封潤(rùn)滑水偏小或空載開度時(shí)無潤(rùn)滑水的問題，我們采取了在主軸密封蓋上端開孔，從蝸殼取水加壓進(jìn)密封體，水從主軸密封排水管排出，強(qiáng)迫水在主軸密封環(huán)內(nèi)循環(huán)，避免主軸與柔性石墨干摩擦，以降低主軸溫度。

此方式解決了機(jī)組開機(jī)過程及小開度運(yùn)行時(shí)盤根經(jīng)常燒毀、主軸溫度較高的隱患，但在運(yùn)行規(guī)程中必須詳細(xì)寫明開機(jī)流程，待機(jī)組在大開度運(yùn)行時(shí)必須關(guān)閉從蝸殼取水的潤(rùn)滑水，以避免因壓力過大而從盤根處噴水。

3.3 2013年機(jī)組大修解決的問題

3.3.1 解決了頂蓋排水壓力大的問題

為充分排除頂蓋水流，同時(shí)減輕集水井壓力，在此次冬修過程中，我們采用在尾水錐管上切割1個(gè)圓孔，焊接1段長(zhǎng)1 m、直徑200 mm的不銹鋼管。由于現(xiàn)場(chǎng)空間限制，將3根頂蓋排水通過不銹鋼軟管接入直徑200 mm的不銹鋼管，直接排入尾水。不僅減輕了集水井排水壓力，同時(shí)在機(jī)組運(yùn)行中可以將3根頂蓋排水閘閥全部打開，使頂蓋壓力大大降低，正常運(yùn)行時(shí)均在0.03 MPa以內(nèi)。為避免機(jī)組檢修時(shí)尾水位太高進(jìn)入集水井，在鋼管中間安裝了1個(gè)不銹鋼閘閥，正常運(yùn)行時(shí)全部開啟。

3.3.2 改進(jìn)推力瓦綜合研磨方式

在每塊瓦經(jīng)過初刮—研磨—挑花—研磨以后，最后上機(jī)磨瓦以前，將徑推軸承上、下瓦用銷子、螺栓連接在一起，放置在平整的地面，依次放入10塊彈性墊和推力瓦(見圖1)。

根據(jù)磨出的點(diǎn)子，進(jìn)行刮瓦；如此反復(fù)，使瓦面接觸點(diǎn)越來越多，面積越來越大，推力瓦工作面越平整。處理到推力瓦工作面基本平整后，將徑推軸承上下瓦裝入軸承座，放入彈性墊及推力瓦進(jìn)行盤車刮瓦。

3.3.3 改進(jìn)盤車方式

以往采用的盤車方式主要有兩種：一是利用剎車盤車，二是利用機(jī)組小開度轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行盤車。盡管簡(jiǎn)單易行，但前者由于剎車裝置一般位于臥式機(jī)組飛輪下端，受力不在中心，影響磨瓦效果；后者需要全面安裝好機(jī)組，工序復(fù)雜。

圖1 改進(jìn)推力瓦研磨方式

圖2 改進(jìn)盤車方式

此次盤車方式采用將尾水管折下后轉(zhuǎn)動(dòng)180°，利用2 t手拉葫蘆拉動(dòng)轉(zhuǎn)輪中心線，讓推力瓦受力，然后在飛輪處用行車?yán)瓌?dòng)鋼絲繩進(jìn)行盤車(見圖2)。

松開行車及轉(zhuǎn)輪處的葫蘆。用千斤頂靠在徑推軸承座上，頂住飛輪，把轉(zhuǎn)子向飛輪方向頂1 mm左右，讓推力瓦松動(dòng)，拆開徑推瓦，取出推力瓦。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)推力瓦受力比較均勻，即瓦的工作面與主軸垂直、與鏡板平行，效果良好。

3.3.4 1號(hào)機(jī)組增加外置油冷卻器

為探索降低瓦溫的新途徑，在1號(hào)機(jī)組大修中訂購(gòu)了1套外置油冷卻器，外循環(huán)冷卻管為螺旋散熱管，從技術(shù)供水總管取水，經(jīng)頂蓋排水總管排至尾水錐管。

外置油冷卻器配置2臺(tái)油泵，并配置2臺(tái)油泵主、備切換控制柜(PLC控制)。從軸承座排油管抽油，經(jīng)油冷卻器后再?gòu)耐屏S承上端進(jìn)入，以降低瓦溫(見圖3)。

1號(hào)機(jī)組在增加外置油冷卻器后，推力瓦溫降低幅度盡管低于預(yù)期，但在同等條件下可以達(dá)到降低3 ℃。

圖3 增加外置油冷卻器

4 處理后的機(jī)組運(yùn)行效果

經(jīng)過上述處理，在近幾年的運(yùn)行中，機(jī)組運(yùn)行溫度均沒有超過60℃。1號(hào)機(jī)在投入外置油冷卻器后溫度還會(huì)降低3℃，達(dá)到了預(yù)期效果(見表1)。

表1 2014年機(jī)組瓦溫極限運(yùn)行工況 (℃)

5 結(jié) 語(yǔ)

機(jī)組推力瓦高溫運(yùn)行是電站的重大隱患，也是電站管理者和運(yùn)行人員非常擔(dān)心的事情，因此，在解決此問題時(shí)，不僅要從安裝、質(zhì)檢等方面找原因，也要從設(shè)計(jì)制造方面認(rèn)真分析，并且充分尊重和吸收不同技術(shù)人員的特長(zhǎng)、方法，集多方智慧加以解決。

責(zé)任編輯 吳 昊

2015-06-04

劉祥兵(1973-)，男，高級(jí)工程師，主要從事水電站的生產(chǎn)及技術(shù)管理工作。 E_mail:lxb_yc@163.com