抽水蓄能機組推力系統缺陷改造

鄭建鋒,孫育哲,黃建德

(1.浙江華電烏溪江水力發電廠,浙江 衢州 324000;2.華東桐柏抽水蓄能有限公司,浙江 天臺 317200)

0 引言

華東桐柏抽水蓄能有限公司位于浙江省天臺縣棲霞鄉百丈村,距天臺縣城 7 km,與杭州、寧波直線距離分別為 150 km,94 km。電站裝機容量為 1200 MW,裝設 4套單機容量為 300MW的立軸混流可逆式單級水泵/水輪機和發電/電動機組。

華東桐柏蓄能有限公司機組發電/電動機部分由歐洲某水電設備制造公司提供,發電/電動機為立軸、半傘式、空冷、可逆式同步電機。發電 /電動機主要由定子、轉子、上導軸承、下部組合軸承(推力/下導軸承)、冷卻器、通風冷卻器裝置、上機架、下機架、高壓油減載裝置、發電機消防系統、機械制動及其集塵裝置等部分組成。承重機架置于下機架上(承擔機組轉動部分重量和軸向水推力),發電機主軸通過中間軸與水輪機軸連接。

1 事件起因

根據有關文件通報,安徽某同類型抽水蓄能電廠推力瓦和彈性托盤的固定夾出現了彎曲變形的現象,華東桐柏抽水蓄能有限公司與該電廠都為同一供貨商供貨,且設計極其相似。華東桐柏抽水蓄能有限公司對此非常重視,及時和華東電網調度中心聯系,將#3機組原計劃 2008年11月開始的 D級檢修計劃提前 1個月,積極聯系供貨商總部,要求派技術人員到現場一起檢查發電機推力軸承運行情況。

1.1 相關設備參數及停役前運行數據

1.1.1 設備技術參數和結構說明

華東桐柏抽水蓄能有限公司發電/電動機部分的型號為 Ssv710/20-313,額定電壓為 18 kV,額定頻率為 50Hz,額定轉速為 300 r/min,定子質量為300t,在發電工況下的額定容量為 334MV·A,電動工況下的額定容量為 336MW。

推力軸承承受發電/電動機和水泵水輪機轉子部分的總質量和水泵水輪機轉輪的最大水推力的綜合負載,采用圓盤彈性支承結構,為自潤滑式。其主要組成部分為推力瓦、推力頭,鏡板、推力支撐盤、吸油環、回油箱、出油箱、推力瓦、下導瓦、金屬密封、推力自吸式鏡板泵自循環油系統外循環冷卻系統、油槽、高壓油注油泵系統等。

推力瓦總共為 16塊,由彈性圓盤支承,可自動調整水平度且利于形成楔形油膜。推力頭與鏡板通過 6根 M20螺栓和 4個平鍵連接。下導軸承設于轉子下部下機架上,為油浸、自潤滑、可調分塊瓦型,下導瓦座于下機架瓦座上,主要承受機組運行時產生的徑向力并用于限制機組下導處的擺度。下導瓦共 16塊,為巴氏合金瓦,貼靠于經精加工的推力頭軸領表面上。導瓦由抗重環的抗重螺栓和油冷卻上蓋板支撐,并通過抗重環將導軸承負荷傳到下機架上,下導軸承與推力瓦公用一套外循環冷卻系統,冷卻油溫與上導一致。

推力軸承的冷卻通過外循環 3臺油冷卻器實現,2主用 1備用,推力油槽的油量為 9.6m3,冷卻水流量為 9L/s。推力軸承設有 1套高壓油減載裝置,通過 1臺交流常壓注油泵和 1臺直流常壓注油泵將高壓油注入到各推力瓦與鏡板之間形成油膜,該裝置在機組轉速低于 90%額定轉速時投入。

1.1.2 設備停役前機組運行相關參數

統計了從機組試運行到停機檢查前 4臺機組的各項運行參數(見表 1)及 4臺機組在 2008年7月底(全年溫度最高時)下部組合軸承運行的最高溫度及油溫(見表 2)。從表 1、表 2中可以看出,機組在停役前發電及抽水情況較正常,推力瓦及下導瓦沒有明顯的溫升現象及影響機組運行的異常情況。

表1 設備停役前 #1～#4機組運行參數的統計及對比

表2 2008年7月底機組軸承運行最高溫度(全年溫度最高時期) ℃

2 現場檢查情況

(1)檢查部位。推力軸瓦、彈性托盤、軸承支柱、固定止推件(軸瓦定位零件)。

(2)檢查方法。將發電/電動機轉子頂起 10 mm,將發電機轉子置于制動器上,然后用專用工具將推力軸瓦、彈性托盤取出檢查,進一步檢查推力軸瓦定位零部件和支柱。

(3)檢查結果。

1)打開推力軸承側板檢查,發現推力軸瓦彈性托盤固定夾有彎曲變形,其中圓周方向的 2個固定夾變形明顯,徑向 1個固定夾基本無變形。具體變形情況如圖 1、圖 2、圖 3所示。

圖1 內側圓周向固定夾都存在變形

2)推力軸瓦背面和彈性托盤接觸部位存在相對位移、刮擦痕跡,主要是徑向相對位移,位移量為5～6mm,瓦背面接觸位置有刮擦痕跡。軸瓦的周向和外部定位螺栓有碰觸痕跡。發電方向(俯視逆時針)較抽水方向嚴重。具體變形情況如圖4、圖 5、圖 6所示。

3)彈性托盤底部和支柱之間也存在相對位移(8～10mm)和刮擦痕跡。該位移為長期逐步形成,現相對比較穩定。表面存在冷焊性質損傷,內止推銷釘存在輕微傾斜,但無松動。具體情況如圖 7所示。

3 原因分析

在會同供貨商分析討論后認為,造成上述缺陷的原因是在機組停機后 30min內瓦溫從 75℃降到45℃(具體停機油溫變化如圖 8所示),推力頭及鏡板由于熱脹冷縮的作用向軸心方向移動,并且因高壓油注油泵停止運行,鏡板與推力軸瓦之間的摩擦力帶動推力瓦和彈性一起向軸心方向移動,會引起彈性托盤和支柱之間產生位移。托盤軸瓦內側的定位銷和它的基礎環板的作用好像一個彈簧一樣受力壓緊。當機組運行時,高壓油注油泵運行降低了鏡板和推力瓦之間摩擦力,內側固定銷和基礎環板的彈簧作用使得推力瓦向軸心外的方向移動,而此時彈性托盤由于仍和支座壓緊而不能隨推力瓦一起向外移動,因此,在推力瓦和彈性托盤之間就會產生一個相對的位移而導致托盤固定夾變形,相關受力分析如圖 9所示[1]。

4 推力軸承改進及實施方案

推力系統的改進施工圖如 10所示,實施方案具體有 4個方面。

圖10 推力系統改造方案圖

(1)推力軸瓦的修復。推力瓦底部與彈性托盤接觸位置進行研磨,并對推力瓦面進行研刮,改進其與彈性托盤及鏡板的接觸面。

(2)推力軸瓦限位系統結構的改進。推力瓦外側加工 M16螺孔并加裝固定塊,對推力瓦的徑向竄動進行很好的約束。

(3)軸瓦支撐結構的修復。對受損嚴重的彈性托盤進行全部更換并更換支柱(含固定螺釘件)。更換外側止推螺栓、更換內側止推螺栓、更換彈性托盤固定夾(含固定螺栓)。增加推力軸瓦外側徑向固定塊和固定螺栓。增加內側止推螺栓固定螺母、墊片。

(4)改進推力軸瓦內支撐環,重絞 ?45 h 6銷孔。

5 采取的改進防范措施

根據廠家設計部門提供的技術資料,華東桐柏抽水蓄能有限公司技術人員經過分析討論并經上級公司生產部同意,采取了相應的改進措施,提出并完成設備異動及修改推力軸承高壓注油泵控制程序。

(1)高壓注油泵在停機后繼續運行 30min。高壓油系統在機組停機后 30min需保持推力頭和軸瓦間的油膜以消除二者之間的摩擦力。頻繁的油注入將減小推力頭和軸瓦間的摩擦系數,繼而減小徑向摩擦力。

(2)停機時高壓注油泵每隔 1h運行 2min。理由同上。

6 結束語

(1)華東桐柏抽水蓄能有限公司機組的推力系統經過改造后,運行指標均為正常,建議加強下列環節:

1)機組備用期間,注意檢查高壓注油泵間隔2h后啟動 2m in是否正常;

2)機組停機達到穩態后,注意檢查高壓注油泵是否延時 30min后停泵;

3)機組有相關檢修工作時,注意要及時隔離和恢復交、直流高壓注油泵工作電源;

4)機組運行期間,注意監視下部軸承推力瓦溫、油溫及油位變化情況,對比歷史數據,加強趨勢分析。

(2)本文所述的設備缺陷由于發現較早且處理及時,沒有造成較大危害,但同時也敲響了警鐘。雖然進口設備質量、性能、外觀俱佳,但也不能忽視其中的細節,也許一片固定夾就能造成不可想象的后果[2]。

[1]梅祖彥.抽水蓄能發電技術[M].北京:機械工業出版社,2000.

[2]劉云.水輪發電機故障處理與檢修[M].北京:中國水利水電出版社,2002.