冶勒水電站1號機(jī)組推力軸承溫度報警溫度調(diào)整的分析與改進(jìn)

冶勒水電站1號機(jī)組推力軸承溫度報警溫度調(diào)整的分析與改進(jìn)

葉樂液站有一臺120mw大型水輪發(fā)電裝置。該裝置為懸式結(jié)構(gòu)，主要演員為電機(jī)軸和主缸軸的兩段軸，以及施力頭現(xiàn)場加熱套。推力軸承和上導(dǎo)軸承共用一個油槽,冷卻方式為內(nèi)循環(huán)水冷,冷卻水取自地下廠房的機(jī)組尾水流道,水溫7～14℃。原設(shè)計安裝14個立式冷卻器。推力瓦面設(shè)有高壓油潤滑系統(tǒng),在機(jī)組開停機(jī)過程中轉(zhuǎn)速低于75%額定轉(zhuǎn)速時高質(zhì)油潤滑系統(tǒng)投入運(yùn)行。推力軸承采用剛性球面支撐結(jié)構(gòu),該支撐結(jié)構(gòu)可以根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)速自動調(diào)整所需的潤滑間隙,同時也能夠在運(yùn)行過程中自動補(bǔ)償各推力瓦之間的微量偏差。推力軸承整體結(jié)構(gòu)見圖1。1推力瓦的熱交換在1號機(jī)組試運(yùn)行過程中,在機(jī)組充水啟動后,推力瓦溫度呈直線上升,無法穩(wěn)定。機(jī)組推力瓦溫度設(shè)計為65℃報警,70℃自動停機(jī),當(dāng)推力瓦溫度達(dá)到68℃時被迫停機(jī)終止試運(yùn)行。此時上導(dǎo)瓦溫度為56℃,油溫為51.5℃,冷卻水進(jìn)水溫度為9℃,出水溫度為10℃。各推力瓦溫度比較均勻,最高溫度為68.92℃,最低溫度為62.3℃,平均為67.2℃,并且此時高壓潤滑油系統(tǒng)尚沒有被切除。造成推力瓦溫度異常的主要影響因素可能有推力瓦的受力不均、熱交換量不夠和冷卻系統(tǒng)本體缺陷等。推力瓦的受力不均分為每塊瓦的受力是否均勻和瓦面單位受力是否超載兩種情況。從前期的施工情況分析,鏡板的水平依靠油槽底座的水平來保證,推力瓦的受力通過研磨抗重塊來實(shí)現(xiàn),最后檢查受力是通過在鏡板和推力瓦之間加0.02mm的不銹鋼墊,手動抽拉檢查其受力是否一樣。根據(jù)測得的瓦溫顯示,所有推力瓦溫度都高,而不是個別推力瓦急劇升高。因此可認(rèn)為各推力瓦的受力是一致的。對瓦面單位荷載,根據(jù)實(shí)際計算,推力負(fù)荷約為2520kN,單位負(fù)荷強(qiáng)度為3MPa,推力瓦的設(shè)計最大承受載荷為4MPa,能滿足要求。熱交換量不夠可分為推力瓦和油的熱交換量不夠和油與冷卻水的熱交換量不夠兩種。假設(shè)冷卻水流量和進(jìn)出水溫度差均為定值。根據(jù)熱力學(xué)計算公式ΔQ=CMΔT,且Q放=Q吸(忽略熱損耗),即C1M1(T1-T2)=C2M2(T2-T3)(1)式中:C1為被冷卻體的比熱容,J/(kg·K);C2為冷卻液的比熱容,J/(kg·K);M1為被冷卻體的質(zhì)量,kg;M2為冷卻液的流通質(zhì)量,kg;T1為被冷卻體的初始溫度,K;T2為熱交換平衡后的共同溫度,K;T3為冷卻液的初始溫度,K。由式(1)可知,要降低推力瓦的溫度,就意味著要減小T2,即增加ΔQ,這可以通過增加油的流通質(zhì)量(M2)來達(dá)到降低油溫(T2)。推力瓦和油的熱交換,可以通過增加油的流通質(zhì)量來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)推力軸承的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,油從推力瓦的進(jìn)油邊進(jìn)入推力瓦后,分成兩路,一部分從出油邊進(jìn)入下一塊推力瓦,一部分向外甩出推力瓦面回到油槽,在油槽底部形成小循環(huán)。因此增加流量可以采取改善油循環(huán)(流速)和加大推力瓦進(jìn)油邊(流通面積)的方式來實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過制造廠家ALSTOM公司校驗(yàn),認(rèn)為其設(shè)計的推力瓦進(jìn)油邊滿足設(shè)計要求,不同意修改。要改變油的流速必須從推力軸承鏡板泵的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行修改,難度較大,因此只能想辦法改善油循環(huán),使油流暢通從而增加推力瓦面油流速。通過油與冷卻水的熱交換,可以降低油溫。假設(shè)冷卻水流量和進(jìn)出水溫度差恒定,則降低油溫就必須加大油在冷卻器中的流通量。根據(jù)推力軸承的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,推力油槽的油循環(huán)方式如圖1中箭頭所示:油槽底→兩推力瓦之間空隙和推力瓦面→擋油筒→上導(dǎo)瓦→上導(dǎo)瓦蓋的出油孔→冷卻器→冷卻器套管間隙→油槽。熱油和冷卻水的熱交換主要在冷卻器套管中進(jìn)行,套管內(nèi)徑200mm,間隙只有5mm,在鏡板泵的流速一定時,可能由于間隙太小減少了流通面積,從而限制了油的流通量。冷卻系統(tǒng)本體缺陷分析可假定油的流通質(zhì)量一定,主要目的是增加ΔQ即冷卻器的吸熱量,從而降低油溫。可采取增加冷卻水的流通質(zhì)量(流量q)和增加ΔT(升高冷卻水出水溫度)兩種方法來實(shí)現(xiàn)。冷卻水流量決定于流速和管徑,計算公式為q=vs=CV(2gΔh)1/2s(2)式中:CV為流速系數(shù);q為流量,m3/s;Δh為進(jìn)出口水頭差,m;s為管路過流面積,m2。由式(2)可知,要增加冷卻水流量必須加大冷卻水的水頭差和管徑。技術(shù)供水泵的揚(yáng)程決定了進(jìn)水水壓,更換泵的成本較高,因此可以選擇降低出水壓力來增大Δh。要達(dá)到這一目的,采取增加管徑的辦法比較容易實(shí)現(xiàn)。2高壓潤滑泵管根據(jù)以上分析,我們先從改變熱交換的方向進(jìn)行處理。由推力軸承結(jié)構(gòu)可知,為防止油甩出,在上導(dǎo)瓦的上方設(shè)計有瓦蓋,鉆有12個直徑為40mm的過油孔。但電氣設(shè)計的導(dǎo)瓦和大軸的等位線,也從該孔穿出,因此每個孔有2根直徑為20mm的電纜阻擋了油的通道,為擴(kuò)大其通道,在瓦蓋上增加12個直徑為40mm的通油孔,使油流暢通,從而增加推力瓦面的油流速。冷卻器的外部設(shè)有1個套管,其作用是導(dǎo)流和保護(hù)冷卻器,但間隙太小,是否可以將套管切割縮短,這樣既不會影響其設(shè)計功能,又可加大出油通路。經(jīng)過增加通油孔和縮短冷卻器套管的處理后,機(jī)組開機(jī)再運(yùn)行,測得推力瓦溫度能在68.26℃穩(wěn)定下來,油溫45℃,進(jìn)水溫度9℃,出水溫度10.2℃。推力瓦溫有所改善,但仍然較高且高壓潤滑泵無法停止運(yùn)行。后經(jīng)過對冷卻器的強(qiáng)度校核,認(rèn)為可以不用套管,從而取消冷卻器套管,使油流更自由,油和水的熱交換更充分。經(jīng)過這樣第2次處理后,推力瓦的運(yùn)行溫度能穩(wěn)定在68.01℃,油溫41℃,進(jìn)水溫度不變,出水溫度10.5℃。高壓潤滑油系統(tǒng)也可在設(shè)計值即75%額定轉(zhuǎn)速時切除。改進(jìn)冷卻器本體,增加吸收熱量ΔQ,通過降低油溫來降低推力瓦的溫度。原設(shè)計為14個立式冷卻器,有6個備用孔(圖2中位置5,6,10,15,16,20),可在這些位置增加6個冷卻器。于是在原設(shè)計基礎(chǔ)上增加了6個冷卻器,并在原管路的對稱方向增加1套冷卻供排水管路。原供水管路為上游側(cè)預(yù)埋DN100變徑為DN65,然后分三通變徑為DN50的環(huán)管;后改為在DN100預(yù)埋管路處開三通,增加1套一樣的供排水管路,到原供水管路的對稱方向給冷卻器環(huán)管供水,如圖2可示。這是第3次處理。經(jīng)過這3次處理,推力軸承瓦溫已達(dá)到了設(shè)計值要求(見表1)。3推力瓦的調(diào)整結(jié)果a.通過改造,冶勒水電站水斗式水輪發(fā)電機(jī)組推力軸承瓦溫超限問題得到了解決,推力瓦的運(yùn)行溫度能保持在64.2℃長期穩(wěn)定運(yùn)行。由表1可知,改造后的冷卻效果更加明顯,雖然總的冷卻水流量沒有大的變化,但增加了管路即增大了流通面積,降低了流速;增加了6個冷卻器,使冷卻器水與油的熱交換更為充分。b.根據(jù)制造廠商的校核和試驗(yàn),推力瓦材質(zhì)成分:S