大型抽水蓄能機組推力瓦溫高分析及處理

胡 敏

（國網新源湖南黑麋峰抽水蓄能有限公司，湖南 長沙410213）

1 概況

該抽水蓄能電站安裝4臺單機容量300 MW的單級立軸混流可逆式水泵水輪發電機組，為日調節抽水蓄能電站，主要承擔調峰、填谷、調頻、跳相和事故備用的任務。機組同步轉速為300 r/min，水輪機額定水頭為295 m。機組型式為半傘式結構，設有1部上導軸承、1部水導軸承和1部推導組合軸承。推導組合軸承由下導軸承、推力軸承組合而成，安裝在下機架內，裝有12塊導瓦，每塊瓦內設計有導瓦泵，裝有12塊推力瓦，推力軸承為剛性支承結構，推力瓦、導瓦材質均為巴氏合金。推導軸承采用導瓦泵外循環冷卻方式，在水輪機層設有高壓油泵減載頂起裝置，供機組啟停過程中形成油膜之用。推力軸承主要結構尺寸、參數如下：

軸瓦內徑：1400 mm；軸瓦外徑：2400 mm；瓦夾角：24°；瓦厚度：170 mm；推力負荷：6724 kN；轉動部分重量：5533 kN；額定轉速：300 r/min；潤滑油牌號：ISOVG46；瓦塊數：12塊；支撐半徑：970 mm；周向偏心率：0.5；徑向偏心率：0.54；平均線速度：30.47 m/s。

2 故障現象及分析

2.1 故障現象

該電站4號機組自投運以來，推力瓦溫一直明顯高于其他機組，且隨著機組運行強度的增加，瓦溫有升高趨勢，到了2016年夏季，4號機組高強度運行時瓦溫超過80℃，瞬時最高溫度達到了84.71℃（見圖1），根據《水輪發電機基本技術條件》（GB/T7894），推力軸承巴氏合金瓦最高溫度不得超過80℃，且該電站機組保護推力瓦溫高跳閘值為85℃，推力瓦溫高已嚴重影響機組安全運行。

圖1 4號機組推力瓦溫趨勢圖

2.2 原因分析

電站多次組織召開專題會議分析故障原因，經分析，推力瓦溫高可能有以下幾方面的原因：

（1）冷卻系統的油流量及冷卻水量偏低，換熱效果差。

（2）推力瓦受力及水平不合格，瓦間負荷不均勻。

（3）推力瓦靈活度低，不利于形成油膜，導致潤滑不良瓦溫升高。

針對上述可能的原因，電站在機組檢修過程中逐一進行了排除，先用超聲波流量計測量了油流量及冷卻水量，滿足設計要求，復測了推力瓦受力及水平，雖滿足安裝要求，但仍進行了調整，使推力瓦受力盡可能均勻，經過上述檢查處理，瓦溫有所改善，但相對其他機組仍然偏高。因此，電站決定采取措施改善推力瓦的靈活度，推力軸承結構及抗重螺栓結構如圖2所示，將抗重螺栓的球面半徑由R6000改為R1000，增強傾斜靈活度。

圖2 推力瓦抗重螺栓結構圖

抗重螺栓更換完成后，進行了相關試驗，推力瓦溫在機組短時間運行時略有下降，但是到了夏季高強度運行時，最高運行溫度又達到了84.71℃，未達到預期效果。再次組織廠家專業人員進行分析，推斷推力瓦溫高的原因為：機組在運行時，附著在鏡板面上的部分熱油由于邊界層作用進入到后一推力軸瓦的進油端，造成機組推力瓦運行溫度偏高，需通過改變熱油流向，降低進入推力瓦面的油溫從而降低瓦溫。

3 處理方案

3.1 處理思路

在推力瓦左側鋼坯面增設熱油隔離降溫裝置，在鏡板轉動的過程中，通過熱油隔離降溫裝置上部彈性連接的聚四氟乙烯隔板（下部有9個彈簧）貼合鏡板，將附著在鏡板面的熱油刮落使其不再進入下一塊軸瓦面，從而降低推力瓦運行溫度，如圖3。

3.2 處理流程

3.2.1 推導軸承瓦的拆出

推導油槽排油→打開推力油槽→拆除下導軸承蓋板→取出下導軸瓦→頂起鏡板（轉子頂起13～14 mm）→取出推力軸瓦。

3.2.2 推導軸瓦熱油隔離降溫裝置的加工及安裝

圖3 熱油隔離降溫裝置安裝示意圖

1）在推力軸瓦左側確定2個定位點，如圖4黑圈位置，在鋼坯左側面標記孔徑中心位置，用樣沖做好標記，再用磁力鉆加工2個M8深20 mm的安裝孔，并用絲錐加工螺紋，如圖5。

圖4 定位點的位置（單位：mm）

圖5 推力瓦現場加工安裝孔圖

2）加工完畢后，安裝熱油隔離降溫裝置，測量并調整聚四氟乙烯隔板高出瓦面的距離，確定好位置后，擰緊固定螺栓，用鉆頭通過基座螺孔打樣沖眼，確定剩下4個鉆孔的位置。取下熱油隔離降溫裝置，用磁力鉆加工剩下的4個M8深20 mm的安裝孔，并用絲錐加工螺紋。

3）安裝“熱油隔離降溫裝置”安裝座，試裝熱油隔離降溫裝置，測量并調整安裝支架與推力軸瓦面距離（由于基座的螺孔比螺釘的直徑稍大，可以上下調整1 mm的間距）。

4）取下熱油隔離降溫裝置，將推力瓦回裝推力油槽內。

5）落下鏡板，在推力瓦左側面安裝熱油隔離降溫裝置。如圖6。

圖6 熱油隔離降溫裝置示意與現場裝配圖

6）重復工序 1）～5），完成 12 塊推力瓦側面螺孔加工，并回裝推力瓦。

7）裝復下導瓦，確保下導軸承間隙雙邊按0.84±0.10 mm分布，單邊設計為0.42±0.05 mm，同時參照安裝記錄，對其進行調整。

8）裝復油槽蓋板，擋油環，密封蓋，推力瓦人孔門以及推導軸承梳齒密封蓋板。

4 處理結果

4.1 發電工況瓦溫前后對比

改造完成后，在機組發電工況運行過程中，對推力瓦溫數據進行統計，與改造前的數據對比。如圖7。

由圖7可以看出，在加裝了熱油隔離降溫裝置后，瓦溫出現了明顯下降，最高的降幅達到了17.43℃。

圖7 發電工況推力瓦溫前后溫差

4.2 抽水工況瓦溫前后對比

改造完成后，在機組抽水工況運行過程中，對推力瓦溫數據進行統計，與檢修前的數據對比，如圖8。

圖8 抽水工況推力瓦溫前后對比

由圖8可以看出，在加裝了熱油隔離降溫裝置后，瓦溫出現了明顯下降，降幅都在10℃以上，最高的降幅達到了20.41℃。

5 總結

大型抽水蓄能機組啟停頻繁，運行工況復雜，推力瓦是容易產生問題的部件，該電站4號機組屬于引進國外技術的第1批國產化大型抽水蓄能機組，由于當初制造工藝尚不成熟，導致推力瓦溫一直偏高，通過幾年來不斷的分析、改造、試驗，終于找到了解決瓦溫高的有效方法：加裝熱油隔離降溫裝置。4號機推力瓦在加裝了熱油隔離降溫裝置后，進油側瓦溫出現了明顯的下降，特別是對于抽水工況，瓦溫普遍降幅在10℃以上，達到了良好的效果，該處理方法對其他大型抽水蓄能機組推力軸承設計、瓦溫高處理有一定的借鑒意義。