發電機推力軸承油冷卻器改造探析

方亮華

0 引言

那岸水電站總裝機容量為4×4 000 kW，4臺機組均為懸式水輪發電機組，由金城江水輪發電機制造有限公司（現為南寧發電設備總廠）制造。1979年4臺機組全部投產發電。

1 原油冷卻器結構及冷卻原理

該電站發電機推力軸承油冷卻器為環型盤管式結構，由1根管盤繞而成（參見原油冷卻器示意圖）。冷卻管為準17 mm黃銅管，長約20 m，進水口與出水口通過法蘭分別與進水管和排水管連接。油冷卻器安裝在推力軸承油盤內（即上導內），浸在透平油中。管內通壩前水，熱油的熱量通過銅管傳遞給冷卻水，冷卻水將熱量帶走并排入尾水河流中。

2 冷卻器使用中存在的問題

（1）油冷卻器中，冷卻水以單管形式流經全部冷卻管，管長約20 m且管徑較小，水力損失較大。冷卻水又為壩前河水，水中含泥沙及其他雜物，易沉積于管道內壁，使有效過流截面變小，水流阻力增加，水流量變小，冷卻效果變差。近幾年河水污物增多，出現這種情況的頻率有所增加。管內壁污物於積較嚴重時，排水口水壓及流量往往小于規定值，嚴重時近于斷流。

（2）由于冷卻器水管較細長，清洗管內污物的方法一般是采用低壓氣吹再用有一定壓力的清水沖洗，如此反復進行，但對粘得較牢的污垢難以清除，隨著污垢的積累，冷卻器的冷卻效果將變差。

3 油冷卻器的改造

3.1 1號和2號機組油冷卻器的改造（方案1）

如圖1、圖2所示，在油冷卻器水管中間位置切斷水管并接入進水管，原來的進水口和出水口都作為出水口。

圖1 原油冷卻器示意圖

3.2 3號和4號機組油冷卻器的改造（方案2）

圖2 1號和2號機組改造后油冷卻器示意圖

如圖3所示，改造后的油冷卻器的結構和原結構相似，都是由1根管盤繞而成。不同的是改造后的油冷卻器由準20 mm的紫銅管制成，且將冷卻器切割成兩半并通過承接板連接起來。承接板為寬20 mm的鋼板，銅管和鋼板用氧氣焊接法連接，承接板之間墊耐油密封膠并用螺栓進行連接。

圖3 3號和4號機組改造后油冷卻器示意圖

4 改造前上導油冷卻器的運行和檢修情況

（1）清洗維護工作量大且逐年增加。正常情況下，水管內部沖洗干凈的油冷卻器冷卻效果良好，能滿足機組運行要求。河水干凈時，少有沖洗維護，水質污濁時，一般2個月左右要停機進行一次沖洗維護，由于近年水體含污物有所增多，沖洗維護頻率有增加的趨勢。4臺機組每年均輪番進行沖洗維護，且沖洗維護多發生在豐水期，不僅增加維護工作量，也對正常生產造成較大影響。（2）影響機組安全運行。實際運行中，往往是油溫及瓦溫接近或者達到故障溫度時才進行處理，4臺機組上導每年均有多次處于較高溫度運行中，這不利于機組的安全運行。同時也要求相關測控裝置要準確可靠，運行人員要加強監管。建站以來，曾發生過2#機組因上導油冷卻器管內污物於積造成油溫和瓦溫過高而相關測控裝置失效及值班人員處置不當導致上導軸瓦燒壞事故。

5 改造后油冷卻器的特點

5.1 方案1的特點

（1）結構較之前更優。油冷卻器由之前的單管路變成了雙管路，水路流程是原來的一半，過流面積也增加了一倍，但有效冷卻面積并未改變。這有效地降低水力損失、減小水流阻力，水流速和流量增加，提高了冷卻效果。（2）降低清洗維護頻率。改造后，油冷卻器內水流速度提高，有利于減少污物在管內壁上的沉積，管徑增加也有效地延長維護周期。改造前每臺機組每年需進行3～4次沖洗維護，改造后為2～3次。（3）缺點。由于管較細長且盤成多圈，不利于對管內壁的清洗，尤其是對管內壁上粘貼較牢固的污垢無法袪除。時間長了，管內污物會越積越多，有效過流截面越來越小，冷卻效果越來越差，冷卻器終將報廢。

5.2 方案2的特點

（1）結構更優。原為管徑準17 mm的黃銅管改用準20 mm的紫銅管后，有效過流截面增大，水流阻力變小，流速和流量增加，冷卻效果較未改造之前好。相對于黃銅管，紫銅管的導熱系數、強度及韌性更好，更有利于提高冷卻效果及降低維修率。（2）易于清洗維護及提高使用壽命。把冷卻器分為兩半后，最長的管為1.8 m，最短為1.5 m，為半圓形，利于對管內側的清洗。實際清洗維護中，用外徑與冷卻水管內徑相近的塑料管進行疏通能干凈地袪除管內壁上的污垢。這就避免了因管內污垢的累積使冷卻器冷卻效果逐年變差及因頑固污物在管內壁上的不斷累積造成冷卻器的過早報廢。此外，紫銅管的耐銹蝕性能較黃銅管好，有利于延長冷卻器壽命。（3）降低清洗維護頻率。管徑加大后，水流阻力變小，流速增加，有利于減少污物在管壁上的沉積。同時，這種結構較易于清除管內壁上的污物，有利于維持有效的過流面積。這些因素都有利于降低清洗維護頻率。改造后，3號和4號機組油冷卻器的清洗維護頻率由每年3～4次減少為1～2次。

對比2種改造方案，方案2明顯優于方案1。1號和2號機組應采用2號改造方案進行改造。

6 結語

該電站的裝機容量由4×3 200 kW擴容為4×4 000 kW后，發電機的空氣冷卻器（內通壩前河水）也進行了更換，代之以結構及性能更優的冷卻器，冷卻性能有所提高，在冷卻水管內壁干凈的情況下其冷卻性能能滿足發電機運行要求。但運行一段時間后，尤其是河水含污物較多時，空冷器管內將出現污物的淤積，對空氣的冷卻效果會漸漸變差，發電機內的空氣溫度將漸漸被推高，處在上機架中的上導其油溫也將受此影響。空冷器內淤塞較嚴重時，發電機內被推高的空氣溫度足以抵消掉上導油冷卻器改造后獲得的冷卻效果，上導油溫因此被推高。實際運行中，這種情況每年均有出現，應加強對發電機空冷器的沖洗維護并進行相應技改。