發(fā)電電動機(jī)推力及下導(dǎo)軸承外加泵循環(huán)冷卻系統(tǒng)

(1哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱 150040；2江蘇國信溧陽抽水蓄能發(fā)電有限公司，江蘇常州 213334)

0 引言

最近幾年，我國抽水蓄能發(fā)展勢頭迅猛，總裝機(jī)容量已經(jīng)超過日本，成為全球第一。目前國產(chǎn)大容量高轉(zhuǎn)速的傘式發(fā)電電動機(jī)由于轉(zhuǎn)速、軸系等因素的限制，一般推力和下導(dǎo)軸承采用組合式結(jié)構(gòu)[1]。對于發(fā)電電動機(jī)而言，循環(huán)冷卻方式的選擇尤為重要，直接影響到推力及下導(dǎo)軸承的運(yùn)行穩(wěn)定性。發(fā)電電動機(jī)常用的外循環(huán)冷卻系統(tǒng)有導(dǎo)瓦泵外循環(huán)冷卻系統(tǒng)，鏡板泵外循環(huán)冷卻系統(tǒng)，外加泵循環(huán)冷卻系統(tǒng)。抽水蓄能機(jī)組發(fā)電電動機(jī)具有轉(zhuǎn)速高、容量大、軸承損耗大的特點。外加泵循環(huán)的冷卻系統(tǒng)具有油流量可以調(diào)整、空間不受限制、換熱方式選擇靈活等特點，因此在行業(yè)內(nèi)越來越受到青睞。

目前采用外加泵循環(huán)冷卻系統(tǒng)并且已經(jīng)投運(yùn)的電站有溧陽、深圳等蓄能電站，并且居多在建電站如荒溝、文登、敦化等蓄能機(jī)組也采用外加泵外循環(huán)冷卻系統(tǒng)的方式。本文重點介紹了溧陽抽水蓄能發(fā)電電動機(jī)推力及下導(dǎo)軸承外加泵循環(huán)冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點，進(jìn)一步分析并處理了該系統(tǒng)常發(fā)生的常見問題。

1 外加泵循環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[2，3]

溧陽抽水蓄能發(fā)電電動機(jī)推力及下導(dǎo)軸承外循環(huán)冷卻系統(tǒng)設(shè)置兩套螺桿泵組，在運(yùn)行過程中互為主備(兩套泵組輪流工作，當(dāng)一套電機(jī)泵組出現(xiàn)故障時，自動啟動另一套電機(jī)泵組)。采用兩套板式換熱器，一主一備，兩組之間可以通過進(jìn)出水管路上的閥門自由切換，板式換熱器熱交換計算數(shù)據(jù)如表1所示。兩套油過濾器和兩套水過濾器，均為一套工作，另一套備用，當(dāng)一套出現(xiàn)問題是可以通過切換閥，切換到另一套系統(tǒng)。吸油管、回油管管徑為DN250，與油槽相連。管路上設(shè)置有超聲波流量計、濾網(wǎng)、蝶閥、泄壓閥、溫度和壓力傳感器等部件。溧蓄推力及下導(dǎo)軸承外循環(huán)冷卻系統(tǒng)如圖1所示。

表1 溧蓄板式換熱器熱交換計算數(shù)據(jù)

圖1 推力及下導(dǎo)外循環(huán)冷卻系統(tǒng)圖

推力及下導(dǎo)軸承外循環(huán)冷卻系統(tǒng)控制部分有啟動控制柜和一個電機(jī)變頻柜，屬于二次控制部分，不在本章介紹范圍內(nèi)。

2 外加泵外循環(huán)系統(tǒng)常見問題

發(fā)電電動機(jī)推力及下導(dǎo)軸承外加泵外循環(huán)系統(tǒng)在使用的過程中出現(xiàn)一系列問題，如管路振動較大，泵噪聲較大，螺桿泵咬死等問題。針對不同問題采用不同的策略，最終將問題解決。

2.1 泵振動和噪聲問題[4]

溧陽抽水蓄能電站多臺機(jī)組在調(diào)試期間外循環(huán)系統(tǒng)泵噪聲和管路系統(tǒng)振動大的問題。每臺機(jī)組現(xiàn)象相同，泵的噪聲在97dB～103dB，泵的振動水平幅值最大達(dá)0.26mm。另外，深圳電站機(jī)組調(diào)試期間也存在類似問題。一方面，噪聲污染廠房環(huán)境，長時間對人的身心造成傷害；另一方面，長期異常振動會影響到管路上安裝的自動化原件以及泵的使用壽命。

泵產(chǎn)生異常振動和噪聲的主要原因是外循環(huán)裝置流量較大、管內(nèi)流速較高，潤滑油內(nèi)微小氣泡來不及釋就經(jīng)過螺桿泵嚙合區(qū)，潰滅所致。大量的氣泡發(fā)生潰滅，最終導(dǎo)致泵發(fā)出噪聲和振動。針對此原因，結(jié)合推力及下導(dǎo)軸承的結(jié)構(gòu)及外循環(huán)結(jié)構(gòu)形式。溧蓄機(jī)組外循環(huán)系統(tǒng)泵組電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速為1490r/min，為變頻電機(jī)。通過增加變頻裝置來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從1490r/min降低到900r/min。通過改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而改變推力外循環(huán)系統(tǒng)的循環(huán)流量。循環(huán)流量從6700L/min降低到原先的60.4%，噪聲從103dB左右降低到89dB左右，泵的振幅從0.26mm降低到0.07mm左右，具體見表2。深蓄機(jī)組外循環(huán)產(chǎn)生振動和噪聲的機(jī)理與溧陽電站相同，外循環(huán)系統(tǒng)的兩組運(yùn)行一組備用的運(yùn)行方式改為一組運(yùn)行兩組備用的方式，從而降低外循環(huán)流量，進(jìn)而改變外循環(huán)泵的振動和噪聲。

表2 溧蓄6號機(jī)推力外循環(huán)變頻器方案試驗數(shù)據(jù)

2.2 螺桿泵咬死問題

溧陽電站曾出現(xiàn)過多次螺桿泵咬死的情況，如圖2、圖3所示。通過現(xiàn)場拆驗可知，主動螺桿、從動螺桿和襯套損壞嚴(yán)重，螺桿根部和相互嚙合的部分劃痕明顯，且有大量金屬屑附著在螺桿表面。歸納多次螺桿泵損壞情況，總結(jié)如下。

(1)金屬鐵屑、異物從泵的吸入口進(jìn)入是造成螺桿卡死的首要原因。

(2)聯(lián)軸器沒有完全對中，造成泵軸和電機(jī)軸同軸度欠缺，長時間運(yùn)轉(zhuǎn)會對螺桿造成損傷，從而導(dǎo)致泵咬死。

(3)聯(lián)軸器間隙過小，會導(dǎo)致螺桿的竄動量增大，增加了螺桿咬死的可能性。安裝時保證電機(jī)與泵聯(lián)軸器間隙在5mm～7mm。

圖2 金屬鐵屑粘附在螺桿上

圖3 主螺桿研磨損壞

3 結(jié)語

已投運(yùn)的溧蓄和深蓄發(fā)電電動機(jī)推力及下導(dǎo)軸承外循環(huán)冷卻器系統(tǒng)本體部分運(yùn)行穩(wěn)定可靠，推力及下導(dǎo)軸承瓦溫、油溫、水溫正常，能滿足機(jī)組各種工況的安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文所介紹的溧蓄推力及下導(dǎo)軸承外循環(huán)冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式、性能參數(shù)以及常見問題的分析處理對后續(xù)類似蓄能電站機(jī)組的設(shè)計、運(yùn)行和維護(hù)具有指導(dǎo)意義。