小水電站老舊機(jī)組設(shè)計(jì)缺陷改造

柴連和 王偉

摘要：很多小型水電站建設(shè)時(shí)間早，水輪發(fā)發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)完成后還未經(jīng)受市場(chǎng)運(yùn)行及問(wèn)題反饋，設(shè)計(jì)上存在細(xì)節(jié)不足和優(yōu)化，在實(shí)際運(yùn)行中經(jīng)常會(huì)發(fā)生問(wèn)題，給生產(chǎn)運(yùn)行單位造成困擾和經(jīng)濟(jì)損失。如何改進(jìn)小型水電站水輪發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)缺陷，提高機(jī)組可靠性一直是水電站運(yùn)行管理的技術(shù)重點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：小型水電站技術(shù);改造要點(diǎn)：設(shè)計(jì)缺陷

1引言

水輪發(fā)電機(jī)軸承是水輪發(fā)電機(jī)組的一個(gè)重要部件，其主要承受轉(zhuǎn)子機(jī)械不平衡力和由于轉(zhuǎn)子偏心所引起的單邊磁拉力，同時(shí)承擔(dān)水輪發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行中徑向力和承重力，維持機(jī)組主軸在軸承間隙范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行，所以軸承在工作中要求性能比較高，軸承的運(yùn)行溫度不能太高，一般不允許高于60度。臥式水輪發(fā)電機(jī)組軸承主要由軸承座、冷卻系統(tǒng)、軸瓦、推力瓦、油槽、調(diào)節(jié)螺母等主要配件組成。冷卻系統(tǒng)分為外置冷卻和內(nèi)置冷卻兩種。內(nèi)置式冷卻器裝在軸承座下端，軸承里面的油上下循環(huán)工作，由冷卻器里面的冷卻水將軸承運(yùn)行溫度帶走。外置式冷卻器裝置分為兩種，一種是將冷卻器裝在動(dòng)力油箱里面，另一種是將冷卻器裝在動(dòng)力油箱到軸承之間油管中。油通過(guò)冷卻器冷卻后進(jìn)入軸承、通過(guò)軸瓦后又回到回油箱，不斷的循環(huán)，對(duì)軸瓦、推力瓦進(jìn)行冷卻。內(nèi)置式冷卻器的優(yōu)點(diǎn)：用油量少，溫度穩(wěn)定可靠性高、所用壽命長(zhǎng)，整體較緊湊。缺點(diǎn)：檢修難度大、通常使用在1000KW及以下機(jī)組。外置式冷卻器優(yōu)點(diǎn)：油循環(huán)快溫度較低、檢修方便。缺點(diǎn)：控制回路復(fù)雜、故障較多、油量不好調(diào)整、輔助設(shè)備較多、容易燒瓦。

對(duì)于上世紀(jì)70-80年代生產(chǎn)的部分臥式水輪發(fā)電機(jī)組，當(dāng)機(jī)組容量達(dá)到一定量級(jí)，軸承座內(nèi)置式油冷卻器熱交換量達(dá)不到要求時(shí)，很多機(jī)組的軸瓦潤(rùn)滑和散熱油循環(huán)系統(tǒng)均設(shè)計(jì)為外循環(huán)連續(xù)供油冷卻系統(tǒng)。

外循環(huán)油系統(tǒng)的主要裝置有重力油箱、回油箱、油冷卻器、管路、傳感器、重力油箱油泵和油泵控制裝置。

該裝置優(yōu)點(diǎn)是可以根據(jù)需要的熱交換量多少設(shè)計(jì)油冷卻數(shù)量滿(mǎn)足散熱需求、冷卻效果好，缺點(diǎn)是機(jī)組軸承進(jìn)出油管連續(xù)油流循環(huán)、不能中斷，軸瓦冷卻油進(jìn)油量不好控制。進(jìn)油量是根據(jù)保證軸承溫度不超標(biāo)，同時(shí)，又要防止大軸與軸承座之間油氈處不能出現(xiàn)甩油情況來(lái)進(jìn)行調(diào)整。進(jìn)油量小了瓦溫增高，進(jìn)油量大了，又會(huì)出現(xiàn)甩油現(xiàn)象。

當(dāng)軸承中斷潤(rùn)滑油后，軸瓦溫度保護(hù)裝置將動(dòng)作發(fā)信號(hào)或停機(jī)，即軸瓦內(nèi)部溫度達(dá)到60度報(bào)警、70度跳閘。此過(guò)程中，軸瓦內(nèi)部一旦缺油，瓦溫就會(huì)在幾十秒內(nèi)從運(yùn)行溫度迅速上升達(dá)到60度，直至超過(guò)70度。在機(jī)組發(fā)出停機(jī)跳閘令時(shí)，機(jī)組甩負(fù)荷至完全停止轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)，軸瓦內(nèi)部溫度至少已經(jīng)到達(dá)100度以上，輕則造成軸瓦燒傷，重則造成徑向、推力瓦全部燒毀和大軸拉傷。

2問(wèn)題分析

電站發(fā)生軸瓦燒毀和大軸、推力盤(pán)拉傷是屬于比較嚴(yán)重的安全事故事件。一方面會(huì)造成設(shè)備檢修及恢復(fù)生產(chǎn)帶來(lái)的直接經(jīng)濟(jì)損失;另一主面是由于機(jī)組停機(jī)帶來(lái)的發(fā)電量減少間接經(jīng)濟(jì)損失，給電站的安全生產(chǎn)工作造成極大影響！

為了解決該問(wèn)題，黔能公司水電管理人員就所屬水電站該問(wèn)題進(jìn)行研討分析，尋找解決辦法。

根據(jù)問(wèn)題導(dǎo)向，一是盡可能的保證供油系統(tǒng)可靠，不能發(fā)生供油中斷故障。另一個(gè)是延長(zhǎng)外循環(huán)油中斷后的軸承內(nèi)部余油量維護(hù)時(shí)間，確保在一定時(shí)間內(nèi)，完成機(jī)組停機(jī)后不會(huì)造成軸瓦燒毀事件。

經(jīng)過(guò)商討分析，一致認(rèn)為，第一種方式需要增加供油冗余裝置，多重備份，加大安全量。此種方式將造成較大改造和一定的經(jīng)濟(jì)投入，不便于實(shí)施，只能在第二種方式上進(jìn)行再研究。

通過(guò)對(duì)一具體機(jī)組軸承拆卸觀察分析，發(fā)現(xiàn)潤(rùn)滑油是經(jīng)軸承座上部的進(jìn)油管進(jìn)入，從油道進(jìn)入到徑向瓦的上瓦背頂部進(jìn)油孔，經(jīng)軸瓦冷卻、散熱后，再?gòu)妮S承座下部一孔口徑為φ40孔口流出，經(jīng)回油管流回到回油箱。

排油口位于軸承座上，孔口位置高于軸承座底部、低于推力盤(pán)底部，這就導(dǎo)致軸承座內(nèi)油槽油面高度是根據(jù)進(jìn)油量大小來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。一旦進(jìn)油量小于出油量時(shí)，油槽內(nèi)油位高度就會(huì)下降，直至與排油孔同高度，低于推力盤(pán)底部，推力盤(pán)就不能正常將油槽內(nèi)余油甩上來(lái)，致使軸瓦失去自身的甩油功能，導(dǎo)致軸瓦只能依靠上部的進(jìn)油來(lái)冷卻和潤(rùn)滑軸瓦，造成瓦溫升高;如果進(jìn)油量太大，軸承座內(nèi)的油位升高到一定高度時(shí)，出油量還是小于進(jìn)油量，油位繼續(xù)升高，冷卻油就會(huì)沿大軸甩出。

在電站日常生產(chǎn)運(yùn)行中，軸瓦溫度會(huì)隨著機(jī)組負(fù)荷和環(huán)境溫度的改變而改變。同時(shí)，軸瓦溫度隨著進(jìn)油量變化而變化，在運(yùn)行過(guò)程中，值班人員須對(duì)進(jìn)油量閥門(mén)進(jìn)行反復(fù)調(diào)節(jié)和觀察，直至達(dá)到最佳平衡為止。但調(diào)節(jié)量不好掌握，調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)，這給值班人員帶來(lái)很大工作量。尤其是外循環(huán)油控制系統(tǒng)發(fā)生故障斷油時(shí)，軸瓦不能進(jìn)油，軸承內(nèi)油槽油位在幾秒鐘內(nèi)就快速下降，推力盤(pán)不能甩油，短時(shí)內(nèi)就能造成軸瓦燒毀事件。

3油路改造

通過(guò)上述分析后，認(rèn)為經(jīng)過(guò)一定的改造措施，可以解決相關(guān)問(wèn)題。一是在上瓦背上合適位置分別打兩個(gè)直徑為一φ22mm的孔，增加兩條進(jìn)油通路，加大軸承進(jìn)油量，使軸瓦運(yùn)行產(chǎn)生的熱量迅速被潤(rùn)滑油帶走;

二是將回油管由原來(lái)的φ40管改為φ50管。因進(jìn)油管是φ25管，進(jìn)油壓力為0.15Mpa時(shí)，φ40回油管的出油閥全開(kāi)，不能將進(jìn)油全部排出，造成油位上升，從軸承與大軸間隙處甩出。另外，將原回油管出口進(jìn)行改造，在軸承邊蓋上開(kāi)一個(gè)長(zhǎng)方形排油口，圓形出油孔口改為長(zhǎng)方矩形，排油口底邊高程較原排油孔提高8cm，長(zhǎng)方形排油口長(zhǎng)寬為200×15mm，保證排油口的出油量大于進(jìn)油量。

正常運(yùn)行時(shí)值班人員只需將排油閥全開(kāi)，排油量大于進(jìn)油量，油槽內(nèi)的油面在合適位置，不會(huì)造成從大軸處甩油。提高排油底邊高度后，推力盤(pán)有8cm泡在油槽內(nèi)。固定了推力盤(pán)的埋油深度，使軸瓦溫度維持在48度左右。即使供油系統(tǒng)發(fā)生故障斷油，推力盤(pán)始終有8cm深度一直處于油槽內(nèi)，推力盤(pán)能將油槽內(nèi)的余油甩上來(lái)，對(duì)軸瓦進(jìn)行潤(rùn)滑冷卻，短時(shí)內(nèi)也不會(huì)造成軸瓦燒毀和大軸拉傷事件。

4結(jié)束語(yǔ)

原大巖門(mén)三級(jí)電站2#機(jī)組推力瓦溫度原來(lái)一直在62度左右運(yùn)行，經(jīng)過(guò)此次改造后，一方面是保證機(jī)組瓦溫下降至48度左右安全運(yùn)行;

另一方面是解決了機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，若供油系統(tǒng)短時(shí)間內(nèi)故障斷油，運(yùn)行人員也能有一定的時(shí)間來(lái)處理供油故障問(wèn)題。即使不能處理，立即停機(jī)后也不會(huì)造成軸瓦、推力瓦燒毀安全事件。同時(shí)，也解決了值班人員須經(jīng)常調(diào)節(jié)進(jìn)油閥的工作強(qiáng)度大的問(wèn)題，從而提升了電站的安全生產(chǎn)能力和相應(yīng)的發(fā)電量。最主要是在公司內(nèi)部的其它電站的相同機(jī)組設(shè)備可以借鑒使用！