二灘水電站發(fā)電機推力/下導(dǎo)冷卻器故障分析與處理

王鄖中

（二灘水電開發(fā)有限責(zé)任公司二灘水力發(fā)電廠，四川 攀枝花 617000）

1 工程概況

二灘水電站位于四川省攀枝花境內(nèi)的雅礱江干流上，共安裝6臺混流式水輪發(fā)電機組，單機容量612 MV·A，發(fā)電機型號為SF550-42/12782，布置形式為立軸半傘式，設(shè)計多年平均發(fā)電量170億kW·h。發(fā)電機的推力/下導(dǎo)軸承布置在下機架上，推力軸承支撐方式為小彈簧簇式，下導(dǎo)瓦采用分塊扇形擺動瓦結(jié)構(gòu)。推力/下導(dǎo)軸承公用同一油槽，油槽內(nèi)裝有4個油冷卻器，油流屬動壓油循環(huán)，依靠推力軸承旋轉(zhuǎn)部件的黏滯泵作用和冷卻油的對流，形成循環(huán)油路，對推力/下導(dǎo)軸承冷卻，內(nèi)循環(huán)冷卻。

2 推力/下導(dǎo)冷卻器性能與結(jié)構(gòu)

二灘電站推力/下導(dǎo)油槽冷卻器主要參數(shù)：總冷卻水流量12.1 L/s；冷卻水溫度最高22.5℃；冷卻水工作壓力為0.25～1.0 MPa；下導(dǎo)軸承損耗10 kW；推力軸承損耗517 kW；單個冷卻器制冷量200 kW。

推力/下導(dǎo)油槽冷卻器為長方體狀，有8行8列共64根紫銅管通過端頭的U形管和匯流管連接，銅管外側(cè)套裝有螺旋狀鋁質(zhì)散熱翅片，銅管長度方向有4組壓板分為5段固定。詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 推力/下導(dǎo)冷卻器結(jié)構(gòu)

3 故障現(xiàn)象

2011年12月5號機組C修，在打開推力/下導(dǎo)油槽側(cè)蓋板后，發(fā)現(xiàn)油槽底部散落著很多冷卻器的散熱翅片，4個推力/下導(dǎo)油槽冷卻器散熱翅片均有不同程度的損壞，其中2號冷卻器長86 mm的散熱翅片脫落， 4號冷卻器脫落的翅片長度為240 mm，最為嚴(yán)重；散熱翅片脫落后，與之相連的散熱翅片也會松動，可以自由活動，如果不處理，隨著運行時間的增加，松動的翅片也將脫落。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)：2、3、4號冷卻器中間段最上方靠油槽內(nèi)側(cè)的翅片均有不同程度的損壞；另外， 4號冷卻器中間段靠油流的上游段翅片也有損壞，也是最上方靠油槽內(nèi)側(cè)。1號冷卻器木質(zhì)夾板脫落，脫落的夾板在油槽底部被找到時已面目全非，且長度減少75 mm。脫落的翅片主要散落在油槽底部、相鄰?fù)屏ν邠鯄K之間的油流通道內(nèi)或卡在冷卻器相鄰銅管中間。

在發(fā)電機推力/下導(dǎo)油槽內(nèi)散落有如此多的冷卻器鋁質(zhì)散熱翅片，給機組的安全運行造成了嚴(yán)重的安全隱患，如果不及時處理，后果不堪設(shè)想。

4 原因分析

經(jīng)過分析認(rèn)為，推力/下導(dǎo)油槽冷卻器散熱翅片損壞的主要原因為：

（1）1號冷卻器有一塊木質(zhì)夾板脫落，在油槽中隨油流旋轉(zhuǎn)，直接撞擊到翅片，使其損壞。木質(zhì)夾板是橫向放置在兩層冷卻器銅管中間，沿高度、寬度方向用10、20 mm厚的鋼板通過雙頭螺桿固定壓緊，鋼板和冷卻器翅片之間墊6 mm厚的毛氈保護(hù)翅片。冷卻器進(jìn)出水管的設(shè)計中心距為mm，以往年度檢修時，因為擔(dān)心螺栓松動，經(jīng)常對其緊固，而冷卻器銅管之間的毛氈可壓縮，致使進(jìn)出水管的實際中心距減小。經(jīng)現(xiàn)場測量，1號冷卻器進(jìn)出水管的中心距與下機架進(jìn)出水管孔的中心距相差30 mm，冷卻器安裝時人為抬高冷卻器上部的出水管，而使冷卻器頂層和上部第2層之間靠近匯流管側(cè)的木質(zhì)夾板松動，在機組運行時脫落。

（2）內(nèi)循環(huán)的油槽冷卻器油流速度場和冷熱油的分布較復(fù)雜，但是冷卻器中間段內(nèi)側(cè)最上方的銅管翅片最接近鏡板外圓處，油流高速旋轉(zhuǎn)沖擊冷卻翅片而損壞。機組運行時，鏡板外圓處的線速度V=πD·Ne=31.2 m/s，式中，D為鏡板外徑，4.17 m；Ne為機組額定轉(zhuǎn)速，142.9 r/min。鏡板外圓處的油流經(jīng)擴散緩沖減弱，再進(jìn)入冷卻器遇到阻力，其進(jìn)入冷卻器的平均油速，Va=0.2V1/2=1.117 m/s，因此V/Va=27.9。鏡板外圓處的速度是冷卻器內(nèi)部平均流速的27.9倍，離鏡板距離最近的部位最容易損壞。

5 處理措施

5.1 調(diào)換冷卻器木條位置

將冷卻器第一、二層之間靠近匯水管側(cè)橫向木條由原來的橫向長螺桿和豎向木條的背油側(cè)移至迎油側(cè)，這樣即使木條松動，因其處在迎油側(cè)，油槽油流的旋轉(zhuǎn)將其壓在橫向長螺桿或豎向木條上，也不會脫落。為了更加安全，還將橫向木條用φ2 mm的鐵絲牢固綁扎在兩側(cè)的豎向壓板上。

5.2 調(diào)整冷卻器進(jìn)出水管中心距

通過更換毛氈、改變橫向木條的厚度等形式，調(diào)整冷卻器進(jìn)出水管中心距，使其與在對應(yīng)的下機架進(jìn)出水管孔的中心距相等或正偏差2.5 mm范圍之內(nèi)。調(diào)整合格后，螺紋處涂樂泰242螺紋鎖固膠，并加裝鎖片，以后在機組檢修時，就不要輕易地松動或者緊固螺栓，使冷卻器進(jìn)出水管中心距不變。

5.3 松散的散熱翅片加固處理

為了不影響換熱效果，將冷卻器松散的散熱翅片集中推到同一側(cè)，在冷卻器無翅片的銅管上用銅絲代替翅片螺旋狀纏繞并固定，將松散的散熱翅片緊緊地靠在橫向或豎向壓板上。如圖2所示。

圖2 松散散熱翅片的處理

5.4 清理油槽

對油槽進(jìn)行徹底的清理，將散落的散熱翅片清理干凈，包括相鄰?fù)屏ν邠鯄K之間的油流通道中、冷卻器銅管翅片之間、油槽底部等處的翅片。

6 結(jié) 論

推力/下導(dǎo)油槽冷卻器是發(fā)電機推力/下導(dǎo)軸承的重要部件之一，直接關(guān)系到發(fā)電機的推力瓦溫、下導(dǎo)瓦溫、油溫是否正常。對二灘水電站5號機推力/下導(dǎo)冷卻器散熱翅片損壞進(jìn)行原因分析和處理，對電站油槽冷卻器的設(shè)計制造、安裝、檢修維護(hù)有著重要的借鑒意義，可以避免因為冷卻器故障而發(fā)生推力瓦、下導(dǎo)瓦的異常和冷卻器換熱效果的降低等類似問題。

［1］ 柳梅.內(nèi)循環(huán)推力軸承抽屜式油冷卻器傳熱計算 ［J］.大電機技術(shù)， 2004（6）:25-27.