仙居抽水蓄能電站水導軸承設計簡介

郭宏亮++王長志

【摘 要】 仙居抽水蓄能電站是目前我國單機容量最大的機組，由于其額定轉速和軸徑都相對較高，以至于發熱功相對于普通電站來說要高很多。而這個項目中要求采用傳統的內循環的冷卻方式，這就對水導軸承的結構設計特別是冷卻器的冷卻能力設計提出了很高的要求。本文介紹了仙居水導軸承的大致結構、發熱功的計算，并結合首臺機的運行來做參考和對比。目的是為以后的抽水蓄能項目積累更多的經驗和豐富結構形式的選擇余地。

【關鍵詞】 水導軸承 冷卻器 發熱功率 額定轉速

仙居抽水蓄能電站是目前國內單機容量最大的抽水蓄能電站，電站位于浙江省仙居縣湫山鄉境內，處在浙東南中心地帶。本電站安裝4臺單機容量為375MW的混流可逆式水輪發電機組，水輪機額定水頭為447m。本電站年平均發電量25.125億kW·h，年平均抽水電量32.63億kW·h，年發電利用小時1675h，年抽水利用小時2175h。電站建成后，以500kV一級電壓等級接入浙江電網，在電網中承擔調峰、填谷、調頻、調相和事故備用等任務。

冷卻水溫度最高33.6℃，最低3.8℃，平均19.1℃。機組額定轉速385rpm，飛逸轉速500rpm，軸領直徑1450mm。

1 結構簡圖（圖1）

2 結構形式簡介

水泵水輪機導軸承為稀油潤滑導軸承，導軸承位置盡量靠近水泵水輪機轉輪。導軸承為分塊瓦式，并考慮在機組兩個旋轉方向上有相同特性，所以水導瓦不做偏心設計。設計上考慮不拆卸導軸承就能檢查、調整和更換主軸密封元件，這就要求下油箱不能太大，否則占用頂蓋內有限的空間影響施工操作。在軸承蓋板上采用接觸式油擋，防止油箱內甩油，并且阻擋油霧擴散。導軸承和其支座有足夠的強度和剛度使其能夠承受在任何可能發生的運行工況出現的最大轉速、轉速變化和承受最大徑向荷載，并傳遞到水泵水輪機頂蓋上。水導軸承允許主軸軸向移動。軸承體采用鋼板焊接制造，軸瓦采用巴氏合金和鑄鋼材料。廠內生產時通過超聲波探傷檢查儀器對巴氏合金與鑄件的結合情況進行檢查，至少有99%以上的面積接觸，才能確認合格。油箱是兩瓣結構，用螺栓把合，分瓣油箱由鋼板焊接。現場安裝時在油箱分瓣面上涂抹密封膠。油箱蓋設有觀察窗，用于觀察郵箱內潤滑油的循環狀況。在下油箱底部設有取油樣的放油接口和手閥。冷卻器布置在下油箱里，冷卻銅管內通冷卻水。在正常連續運行條件下，當冷卻水溫為30℃時，軸瓦溫度不得超過70℃，軸承油溫不得超過60℃。冷卻器的冷卻水源取自廠內供水系統，最大冷卻水壓2.3MPa。水導軸承潤滑油采用中國GB11120-89，L-TSA-46汽輪機油。水導軸承裝配中還設置了測溫電阻（測瓦溫和油溫）、油位計和油混水報警裝置。如圖2所示。

3 設計的難點要點

相對于其它水輪機，本機組轉速較高，相應的轉動線速度和發熱功都很高，對軸承的冷卻能力是個很大的考驗。在額定轉速下，通過傳統經驗公式計算得出發熱功率為232KW，由BEARDES軟件計算得出的發熱功率為130KW。冷卻器的設計按照高的發熱功來設計，根據經驗公式估算，至少需要48根環形的銅制冷卻水管。而在實際的設計中，盡量在空間允許的范圍內多布置銅管，并且采用翅片形式的銅管以增加換熱能力。如此設計制造出來的冷卻器應該具有足夠的冷卻能力。為了保證透平油的冷卻循環順利有效，在軸承體上開24個φ95的通油孔，以聯通上下油腔。在冷卻器的框架上設置一圈擋油板，使得透平油的流動盡量經過冷卻銅管，以提高冷卻效果。理論計算中冷卻水的流量是按照溫升2℃來確定，而根據一號機實際運行的情況來看冷卻水的溫升只有1℃左右。說明冷卻器的換熱能力滿足了實際需要，并且有很多的余量。

4 機組運行情況

目前仙居首臺機已經投入商業運行，水導軸承的表現良好，瓦溫在50℃左右，油溫在30℃左右。說明此水導軸承的設計能夠滿足電站運行的需要。

5 結語

在目前國內的抽水蓄能電站中，水導軸承多數采用的還是外循環冷卻的形式，但相對的造價更高，結構也更復雜。仙居成功地采用內循環冷卻形式的軸承，也為今后建設抽水蓄能多提供了一個可選擇的軸承樣式。可根據空間、造價等方面來綜合選擇軸承的冷卻形式。