桐柏公司發電機推力瓦溫過高原因分析及處理

張 磊

（華東桐柏抽水蓄能發電有限責任公司，浙江 天臺317200）

1 引言

桐柏抽水蓄能電站位于浙江省境內，靠近華東500 kV電網負荷中心，為日調節純抽水蓄能電站，地下廠房安裝4臺立軸單級混流式可逆式水泵水輪機組，單機容量為300 MW，以兩回500 kV統一線路接入華東電網，在電網中擔任調峰、填谷、調頻、調相及事故備用等任務，電站于2006年12月4臺機組全部投產，至今已運行過10年，機組各部件多處出現老化、磨損等現象，需要進行更換處理。

2 下部組合軸承所存在的問題及原因分析

桐柏公司4臺機組型號、型式相同，機組下部組合軸承包括推力軸承及下導軸承，下導軸承由16塊下導瓦構成，其環繞推力頭，保證機組運行時徑向軸線穩定；推力軸承主要由16塊推力瓦、鏡板、推力頭構成，其分布于下機架內，承擔發電機組的軸向負載。推力頭和鏡板通過連接螺桿組合，與發電機大軸組合采用熱套工藝，溫差為23 k，推力軸承油冷卻系統采用鏡板泵外循環方式。推力軸承額定負荷為8 100 kN，暫態負荷為9 730 kN，在額定負荷時，油膜厚度為 69.2 μm，PV 值 91.8 MPa·m/s；在暫態負荷時，油膜厚度為58.7 μm。發電機停機時整機重量通過鏡板落實在推力瓦上。每塊推力瓦系統由下至上由推力瓦支撐塊、推力瓦支撐柱，推力瓦擋塊，推力瓦背彈簧板和推力瓦構成，推力瓦支撐塊和推力瓦背彈簧板負責推力瓦軸向重量支撐，推力瓦支撐柱和推力瓦擋塊防止推力瓦發生軸向和徑向的移動。機組下部組合軸承冷卻系統采用推力外循環冷卻方式，是下部組合軸承重要組成部分，當機組正常運行時，透平油會由于機組高度轉動產生的負壓自吸，使推力油槽中的油由推力瓦間的噴油管中噴出，進而對推力瓦和鏡板產生潤滑和冷卻。

圖1

圖2

圖3

2.1 相關技術參數

設備技術參數由電站實際設計和運行要求而定，依據主要技術參數，可對下部組合軸承有更加直觀的認識。

表1 發電機技術參數

表2 下部組合軸承運行設計參數

2.2 下部組合軸承問題情況概述

以桐柏公司1號發電電動機組為例，1號機組于2006年正式投產運行，投產至今，檢查歷年機組運行正常溫度平均值大概在75℃左右，投運初期，設計單位建議將瓦溫報警值設置在83℃。運行將近10年之久后，2014年初在運行時發現推力瓦溫出現不穩定現象（如圖4），且較大幅度溫度偏高，最高溫度超過報警值83℃，離跳機值86℃非常接近，機組在此情況下運行非常危險，此問題急需解決。

2.3 推力瓦溫過高原因分析及相應解決方法

2.3.1 推力系統本體相關原因分析及解決辦法

（1）推力系統故障點

1）推力系統存在的問題：桐柏公司機組由于采用半傘式結構，故其推力系統位于下機架內，與下導軸承構成下部組合軸承，機組運行期間，其推力瓦與鏡板接觸面會形成油膜潤滑、并起到冷卻作用。由于推力瓦水平高度和水平度由其背面的推力瓦背彈簧板和推力瓦支撐塊決定，故彈簧板和支撐塊的調整，材質等因素，共同構成推力瓦溫溫度增加的因素，由于推力瓦、彈簧板加工工藝目前國內廠家暫時無法滿足要求，致使目前國內同類型電站對推力瓦受力情況調整主要靠生產技術人員憑經驗操作，以保證推力瓦的水平度和高程，進而降低推力瓦溫。

圖4 機組運行時推力瓦溫截圖

2）目前發現推力瓦背彈簧板固定卡環出現變形情況：推力瓦背彈簧板由3個卡環將彈簧板固定在推力瓦背面，1個在徑向固定，另外2個在圓周方向上固定，經機組長時間運行后，抽瓦檢查發現位于圓周的2個卡環出現變形（如圖5），而徑向的卡環并未變形。

圖5

3）推力瓦與推力瓦支撐柱存在碰撞痕跡，且推力瓦背彈簧板與推力瓦也發現位移，依據推力瓦背彈簧板位移方向可以推斷出，機組在發電期間（俯視逆時針旋轉），是造成推力瓦和彈簧板位移的原因。

4）機組推力瓦背彈簧板和推力瓦支撐塊也存在相對位移，并且依據檢查圖片可看出存在磨損，刮擦痕跡，大致位移量為8～10 mm，推力瓦支撐柱存在變形，但并未出現松動（如圖6）。

（2）故障原因分析

1）機組在正常運行期間，推力瓦溫大致在75℃左右，當機組停機后，由于推力外循環冷卻系統原因，推力瓦溫大致會在30 min內，降至常溫左右，至此會產生熱脹冷縮的問題。在鏡板冷卻期間，由于停機后高壓注油泵停止運行，發電機整機重量會落在推力瓦與鏡板之間，鏡板與推力瓦壓實，干摩擦會導致鏡板帶動推力瓦一起徑向移動，而此時推力瓦背彈簧板則也會由于推力瓦的移動而產生徑向移動，長此以往，則會造成推力瓦背彈簧板位于圓周方向的卡環出現嚴重的受力變形。而當機組發電開機或者抽水開機，無論機組啟動初期靠高壓油泵頂起形成油膜運行，還是后期機組在高轉速下的離心力自吸，都會導致機組輕微抬機量的產生，進而在鏡板和推力瓦接觸面形成油膜并導致摩擦力減小，所以此刻當推力瓦因離心力移動時，并不會導致軸向推力瓦背彈簧板卡環的變形。

圖6

2）經現場檢查發現，推力瓦面存在劃痕，且下導油槽內透平油里發現金屬顆粒，可初步判斷是由于金屬部件摩擦產生，而此金屬顆粒一旦在機組運行期間進入推力瓦面與鏡板之間，則會磨損推力瓦面紋路，推力瓦面紋路對透平油的流動有很大的作用，直接關系油膜的建立，影響推力瓦溫是否正常。

（3）推力系統問題相應解決方法

如出現因推力瓦，推力瓦背彈簧板，卡環以及推力瓦支撐塊造成機組推力瓦溫異常，可采取下列方法進行簡要處理：

1）對推力瓦進行刮瓦處理：采用刀口尺對推力瓦面平整度進行檢查，瓦面如若出現毛刺，應采用刮刀對相關部位進行仔細研磨，后采用刀口尺重新檢查，直至瓦面平整。

2）對推力瓦面紋路進行修復：推力瓦面存在很多紋路，此紋路對機組運行期間推力瓦面透平油油膜的建立有重要作用，故在對推力瓦面進行刮瓦處理時，因采用刮刀按紋路對推力瓦面紋路進行大致修復，但不易過度研磨。

3）桐柏電廠推力瓦系統推力瓦外環并未安裝固定擋塊，在此可加工一個M16螺孔，并加裝固定擋塊，對推力瓦的徑向移動起到限制作用，進而對推力瓦背彈簧板卡環和推力瓦背彈簧板也有很好的保護作用。

4）對已存在變形的推力瓦背彈簧板、推力瓦背彈簧板卡環進行更換，以及更換變形的推力瓦支撐柱。（如需要更換變形嚴重的推力瓦背彈簧板，由于要求精度較高，最好進行原廠定做，更換前對推力瓦背彈簧板用柴油仔細清洗，并根據實際情況對推力瓦背彈簧板和推力瓦的接觸面進行研磨，防止由于出現毛刺，金屬顆粒導致對推力瓦的傷害）

2.3.2 高壓油頂起系統引起瓦溫異常相關原因分析以及解決辦法

（1）高壓油頂起系統對推力瓦溫是否正常起到至關重要的作用，由于機組在停機工況情況下，發電機全部重量壓在鏡板和推力瓦之間，故在機組啟動初期，高壓油泵啟動，設計上會讓推力瓦和鏡板之間存在0.05 mm油膜，防止推力瓦與鏡板的干摩擦。高壓油通過推力瓦外環的單向閥連接，透平油由瓦面噴出，一旦出現單向閥的堵塞，便會造成推力瓦面油膜異常，與鏡板產生干摩擦，瓦溫異常升高。

（2）造成連接推力瓦單向閥堵塞重要原因便是透平油油質，近幾年檢查發現桐柏公司1、2號機組下導油槽存在透平油內有金屬顆粒以及油泥等問題，針對此類問題，桐柏公司提出結合每月的機組D修，逐臺對每臺機組的透平油進行檢查，并進行濾油，目前桐柏公司采用板式濾油機重復濾油，目前濾油效果較好。對瓦溫異常的機組，著重檢查對應推力瓦安裝的單向閥，如若出現單向閥堵塞，則應及時進行更換，安裝前應對新的單向閥進行檢查，是否存在堵塞（如圖7）。

圖7

2.3.3 推力外循環冷卻器系統引起瓦溫異常問題以及解決辦法

目前，桐柏電廠下部組合軸承冷卻采用推力外循環冷卻系統，共3臺冷卻器，正常運行情況下投運2臺，1臺備用，并定期采用切換投運方式進行。其基本冷卻原理為機組在運行期間，熱油管從冷卻水管內流過，并加折板以增加冷卻效果，近些年由于冷卻水管的銹蝕，水質不凈，以及水生物滋生等原因，致使桐柏公司多臺機組推力外循環冷卻水流量出現明顯下降，直接影響瓦溫等相關設備的正常運行。針對此類問題，桐柏公司目前采取措施有：

（1）如若機組處在運行期間，離檢修計劃較遠，可暫時將備用冷卻系統投運，3臺冷卻器投運保證機組的正常運行，或人為通過調整下導冷卻水進水閥開度，以增加機組下部組合軸承冷卻水流量，提升冷卻效果。

（2）結合機組每月的定檢或者D修計劃，針對性的對冷卻器冷卻水管路進行檢查，采用散熱管專用鋼刷對鐵銹進行清掃，并用高壓水槍對管路泥沙，貝殼去除，保證冷卻器冷卻水管路的正常運行，并結合D修工作，對機組技術供水過濾器的濾芯進行檢查、更換，防止由于濾芯問題，導致技術供水管路內的水生物、雜質堵塞管路，使冷卻系統冷卻效果降低，影響設備的正常運行。

3 結論

桐柏電廠投運至今，在2014年1號機組首先出現推力瓦瓦溫異常情況，已結合機組A修工作，擬寫上述檢修方法，對推力瓦瓦面研磨，推力瓦支撐柱更換，推力瓦支撐塊更換以及推力瓦背彈簧板研磨，經修后試驗運行檢查發現此種效果對瓦溫控制效果顯著，瓦溫由檢修前83℃下降至75℃左右，保證機組平穩的運行。桐柏公司2號機組2018年出現同樣相關問題，采用1號機組檢修經驗，并結合對推力瓦單向閥的檢查，檢修經驗舉一反三，使桐柏公司在很短的檢修期便解決了瓦溫問題，故在此建議同類型電站如若出現類似問題，可加以采用參考。