木星土水電站上導(dǎo)冷卻器磨損的原因分析及處理

徐瑩輝

【摘要】本文主要介紹木星土水電廠上導(dǎo)冷卻器磨損的原因，并提出解決方案，逐一論述各方案的優(yōu)缺點(diǎn)，最終選出適合的方案，解決了電站存在的問題，為類似水電站提供了一條解決此類問題的方法。

【關(guān)鍵詞】冷卻器磨損；泥沙；銅管；方案

1、概況

木星土水電廠位于迪慶州香格里拉縣洛吉鄉(xiāng)境內(nèi)，與麗江奉科鄉(xiāng)交界，廠房位于金沙江邊，在虎跳峽下游約 50 公里處。電站安裝二臺60MW立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量 120MW，于2012年12月投產(chǎn)發(fā)電。發(fā)電機(jī)型號為：SF-J60-10/4080，水輪機(jī)型號為：HL（E）-LJ-210，額定轉(zhuǎn)速 600 r/min、額定水頭380m。

機(jī)組采用懸吊式結(jié)構(gòu)，上導(dǎo)軸承布置在上機(jī)架中心體內(nèi)，設(shè)6塊瓦，導(dǎo)軸承瓦支柱與導(dǎo)軸承座之間使用楔子板調(diào)整瓦間隙。上油冷器固定在油槽內(nèi)，上導(dǎo)軸承和推力軸承共用一個油盆，機(jī)組運(yùn)行時上導(dǎo)軸承和推力軸承產(chǎn)生的損耗借助于油冷卻器的熱交換，由冷卻水帶走，油冷卻器采用半環(huán)式結(jié)構(gòu)，最大外圓半徑為945.8mm，彎頭采用φ28X2 T2銅管，冷卻水管采用銅鋁復(fù)合翅片管，固定管夾采用L3鋁板，進(jìn)出水接頭采用卡箍連接。推力軸承由旋轉(zhuǎn)部分、支撐部分、冷卻部分組成。

下導(dǎo)軸承布置在下機(jī)架中心體內(nèi)，設(shè)8塊導(dǎo)軸承瓦，導(dǎo)軸承瓦支柱與導(dǎo)軸承座之間使用楔子板調(diào)整瓦間隙。下油冷器固定在下油槽內(nèi)，機(jī)組運(yùn)行時下導(dǎo)軸承產(chǎn)生的損耗借助于油冷卻器的熱交換，由冷卻水帶走，油冷卻器采用半環(huán)式結(jié)構(gòu)。

水導(dǎo)軸承采用外循環(huán)冷卻器，采用地下水單獨(dú)提供冷卻水。

上、下導(dǎo)軸承油槽溫度冷卻方式采用內(nèi)置式冷卻器冷卻，冷卻介質(zhì)為水。冷卻水采用技術(shù)供水水泵從電廠尾水抽取，尾水與金沙江銜接，水質(zhì)較差，且含沙量很高，水壓為0.2MPa至0.6MPa。

2、存在的問題

2014年10月木星土電站1號機(jī)上導(dǎo)冷卻器銅管彎頭處破損造成油盆油進(jìn)水，冷卻器破裂后導(dǎo)致帶有大量沙粒的冷卻水進(jìn)入油槽，雖然及時停機(jī)，但堅硬的細(xì)沙還是磨損了上導(dǎo)瓦、推力瓦及鏡板，后續(xù)對鏡板、推力瓦、上導(dǎo)瓦進(jìn)行重新加工，對機(jī)組進(jìn)行解體、盤車、回裝，造成非計劃停役15天，直接經(jīng)濟(jì)損失數(shù)十萬元。

為了杜絕此類問題的再次發(fā)生，提高機(jī)組運(yùn)行可靠性，公司決定對2臺機(jī)組的上機(jī)架油槽冷卻器、下導(dǎo)油槽冷卻器合計4個油槽的冷卻器進(jìn)行改造。

3、事故原因分析：

3.1.由于冷卻水采用技術(shù)供水水泵從電廠尾水抽取，尾水與金沙江銜接，汛期金沙江中含有大量泥沙的江水倒灌至我站尾水，雖然冷卻水抽取后已經(jīng)過濾水器過濾，但泥沙較細(xì)，現(xiàn)有濾水器無法進(jìn)行有效過濾，造成冷卻器銅管長期被泥沙沖刷，形成薄弱點(diǎn)。

3.2.當(dāng)初對冷卻器的設(shè)計時未考慮泥沙的問題，采用的銅管材質(zhì)不耐磨，彎管加工采用的是冷彎工藝，造成彎管處的壁厚更是只有1mm左右，由于彎管處阻力較大，泥沙磨損更為嚴(yán)重，最終造成彎管處磨穿。

3.3.加工工藝不精致，部分彎頭部分存在薄弱點(diǎn)，內(nèi)部流道設(shè)計不合理，檢修時無法對彎管壁厚進(jìn)行檢測，進(jìn)行打壓試驗無法發(fā)現(xiàn)薄弱點(diǎn)。

4、擬采取方案：

為了避免冷卻器發(fā)生泥沙磨損及其它原因?qū)е碌膿p壞及漏水問題，確保機(jī)組安全運(yùn)行，擬采取以下幾種方案：

方案1：重新選取技術(shù)供水水源或在取水口前建造沉淀池；（花費(fèi)巨大，技術(shù)難度大，水質(zhì)有保證）

方案2：對原冷卻器進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，主要對兩端彎管段進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，采用高抗耐磨材料，避免發(fā)生彎管段磨損破裂問題；（成本低，可靠性低）

方案3：根據(jù)實際情況另行制造相同結(jié)構(gòu)的冷卻器，冷卻器各部位均需采用高抗耐磨材料，此方案需提供冷卻器新產(chǎn)品兩套；（成本適中，可靠性適中）

方案4：重新設(shè)計冷卻器結(jié)構(gòu)，采用無彎管過水結(jié)構(gòu)。

綜合考慮設(shè)備可靠性、改造周期、價格等三方面因素，放棄方案1，對方案2、3、4進(jìn)行進(jìn)一步的設(shè)計。

5、方案的深度分析：

針對方案2：采用割除原有的漲套彎管，更換為鑄銅彎管，壁厚5mm，接管處采用銀焊條焊接，以確保焊接的可靠性。此方案能夠保證彎管處的耐磨強(qiáng)度，無法保證翅片散熱管的耐磨強(qiáng)度，此方案加工時間較短，并可按原位置進(jìn)行安裝，但運(yùn)行可靠性較低。

針對方案3：根據(jù)原圖紙新制1套冷卻器，散熱管采用JB/2728推薦的符合GB8890 BFe10-1-1（白銅管）φ25X2的銅管，該材質(zhì)銅管大大提高抗磨性，延長散熱管的使用壽命，采用鑄銅彎管，壁厚5mm，接管處采用銀焊條焊接，散熱片使用L1060鋁管軋制。此方案加工時間較長，并需重新定位安裝，但運(yùn)行可靠性較高，并能保證散熱效果。

針對方案4：采用改變冷卻器的結(jié)構(gòu)，不再采用彎管的方式，另行設(shè)計冷卻器的進(jìn)水和回流方式，在冷卻器兩端采用漲管密封的方式保證冷卻器不會漏水，另外在兩端各加一個進(jìn)水和出水回流倉室，有效改善冷卻水的過流截面積，消除泥沙對彎管部分的損傷，油冷卻器換熱管采用雙金屬翅片管，換熱管基管采用銅鎳合金管BFe10-1-1壁厚2mm，換熱管的成型采用專用工裝成型，避免冷卻管出現(xiàn)變形、皺折和表面損傷，避免因加工過程損傷冷卻管影響其壽命，原冷卻器采用1路水，由于水路太長，造成水路末端冷卻管管內(nèi)水溫偏高換熱能力下降，同時由于冷卻管沿程長，水側(cè)阻力大，造成冷卻器供水不足，原冷卻器采用“U”形彎頭，由于U形彎頭特殊的結(jié)構(gòu)造成其質(zhì)量控制難，再加上需要進(jìn)行釬焊進(jìn)行焊接，造成該部位為薄弱環(huán)節(jié)，將冷卻器管束連接方式采用承管板加水箱的結(jié)構(gòu)，換熱管與承管板的連接采用脹接方式密封。

此方案加工時間較長，并需重新定位安裝和配管，但運(yùn)行可靠性較高，并能保證散熱效果，但價格較高，并存在泥沙淤積在進(jìn)出水倉室的風(fēng)險。

6、最終方案：

經(jīng)過綜合的比較和詢價后，選定方案3為最終執(zhí)行方案，此方案在保證可靠性的前提下，成本也較低。經(jīng)商務(wù)采購選擇昆明輔機(jī)廠按要求制作4套冷卻器。

制作要求如下：

1、冷卻器結(jié)構(gòu)具備較高的可靠性，滿足水輪發(fā)電機(jī)組長期安全穩(wěn)定運(yùn)行要求；

2、尺寸符合機(jī)組各油槽使用要求；

3、各部接頭處正常運(yùn)行時不得漏水；

4、內(nèi)部流道應(yīng)盡量減少彎頭部分，增加流通性，減少堵塞情況；

5、熱量交換滿足機(jī)組運(yùn)行溫度要求。

7、結(jié)語：

經(jīng)過此次改造后，機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)，瓦溫、油溫正常，運(yùn)行3年未出現(xiàn)任何問題，極大的提高了機(jī)組的可靠性，也為其他水的電站提供了一個解決類似問題的思路。

參考文獻(xiàn)：

[1] DB1095 東電企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)用冷卻器通用技術(shù)條件