小水電站老舊機組設計缺陷改造

柴連和 王偉

摘要：很多小型水電站建設時間早，水輪發發電機組設計完成后還未經受市場運行及問題反饋，設計上存在細節不足和優化，在實際運行中經常會發生問題，給生產運行單位造成困擾和經濟損失。如何改進小型水電站水輪發電機組的設計缺陷，提高機組可靠性一直是水電站運行管理的技術重點。

關鍵詞：小型水電站技術;改造要點：設計缺陷

1引言

水輪發電機軸承是水輪發電機組的一個重要部件，其主要承受轉子機械不平衡力和由于轉子偏心所引起的單邊磁拉力，同時承擔水輪發電機組在運行中徑向力和承重力，維持機組主軸在軸承間隙范圍內穩定運行，所以軸承在工作中要求性能比較高，軸承的運行溫度不能太高，一般不允許高于60度。臥式水輪發電機組軸承主要由軸承座、冷卻系統、軸瓦、推力瓦、油槽、調節螺母等主要配件組成。冷卻系統分為外置冷卻和內置冷卻兩種。內置式冷卻器裝在軸承座下端，軸承里面的油上下循環工作，由冷卻器里面的冷卻水將軸承運行溫度帶走。外置式冷卻器裝置分為兩種，一種是將冷卻器裝在動力油箱里面，另一種是將冷卻器裝在動力油箱到軸承之間油管中。油通過冷卻器冷卻后進入軸承、通過軸瓦后又回到回油箱，不斷的循環，對軸瓦、推力瓦進行冷卻。內置式冷卻器的優點：用油量少，溫度穩定可靠性高、所用壽命長，整體較緊湊。缺點：檢修難度大、通常使用在1000KW及以下機組。外置式冷卻器優點：油循環快溫度較低、檢修方便。缺點：控制回路復雜、故障較多、油量不好調整、輔助設備較多、容易燒瓦。

對于上世紀70-80年代生產的部分臥式水輪發電機組，當機組容量達到一定量級，軸承座內置式油冷卻器熱交換量達不到要求時，很多機組的軸瓦潤滑和散熱油循環系統均設計為外循環連續供油冷卻系統。

外循環油系統的主要裝置有重力油箱、回油箱、油冷卻器、管路、傳感器、重力油箱油泵和油泵控制裝置。

該裝置優點是可以根據需要的熱交換量多少設計油冷卻數量滿足散熱需求、冷卻效果好，缺點是機組軸承進出油管連續油流循環、不能中斷，軸瓦冷卻油進油量不好控制。進油量是根據保證軸承溫度不超標，同時，又要防止大軸與軸承座之間油氈處不能出現甩油情況來進行調整。進油量小了瓦溫增高，進油量大了，又會出現甩油現象。

當軸承中斷潤滑油后，軸瓦溫度保護裝置將動作發信號或停機，即軸瓦內部溫度達到60度報警、70度跳閘。此過程中，軸瓦內部一旦缺油，瓦溫就會在幾十秒內從運行溫度迅速上升達到60度，直至超過70度。在機組發出停機跳閘令時，機組甩負荷至完全停止轉動，此時，軸瓦內部溫度至少已經到達100度以上，輕則造成軸瓦燒傷，重則造成徑向、推力瓦全部燒毀和大軸拉傷。

2問題分析

電站發生軸瓦燒毀和大軸、推力盤拉傷是屬于比較嚴重的安全事故事件。一方面會造成設備檢修及恢復生產帶來的直接經濟損失;另一主面是由于機組停機帶來的發電量減少間接經濟損失，給電站的安全生產工作造成極大影響！

為了解決該問題，黔能公司水電管理人員就所屬水電站該問題進行研討分析，尋找解決辦法。

根據問題導向，一是盡可能的保證供油系統可靠，不能發生供油中斷故障。另一個是延長外循環油中斷后的軸承內部余油量維護時間，確保在一定時間內，完成機組停機后不會造成軸瓦燒毀事件。

經過商討分析，一致認為，第一種方式需要增加供油冗余裝置，多重備份，加大安全量。此種方式將造成較大改造和一定的經濟投入，不便于實施，只能在第二種方式上進行再研究。

通過對一具體機組軸承拆卸觀察分析，發現潤滑油是經軸承座上部的進油管進入，從油道進入到徑向瓦的上瓦背頂部進油孔，經軸瓦冷卻、散熱后，再從軸承座下部一孔口徑為φ40孔口流出，經回油管流回到回油箱。

排油口位于軸承座上，孔口位置高于軸承座底部、低于推力盤底部，這就導致軸承座內油槽油面高度是根據進油量大小來進行調節。一旦進油量小于出油量時，油槽內油位高度就會下降，直至與排油孔同高度，低于推力盤底部，推力盤就不能正常將油槽內余油甩上來，致使軸瓦失去自身的甩油功能，導致軸瓦只能依靠上部的進油來冷卻和潤滑軸瓦，造成瓦溫升高;如果進油量太大，軸承座內的油位升高到一定高度時，出油量還是小于進油量，油位繼續升高，冷卻油就會沿大軸甩出。

在電站日常生產運行中，軸瓦溫度會隨著機組負荷和環境溫度的改變而改變。同時，軸瓦溫度隨著進油量變化而變化，在運行過程中，值班人員須對進油量閥門進行反復調節和觀察，直至達到最佳平衡為止。但調節量不好掌握，調節時間長，這給值班人員帶來很大工作量。尤其是外循環油控制系統發生故障斷油時，軸瓦不能進油，軸承內油槽油位在幾秒鐘內就快速下降，推力盤不能甩油，短時內就能造成軸瓦燒毀事件。

3油路改造

通過上述分析后，認為經過一定的改造措施，可以解決相關問題。一是在上瓦背上合適位置分別打兩個直徑為一φ22mm的孔，增加兩條進油通路，加大軸承進油量，使軸瓦運行產生的熱量迅速被潤滑油帶走;

二是將回油管由原來的φ40管改為φ50管。因進油管是φ25管，進油壓力為0.15Mpa時，φ40回油管的出油閥全開，不能將進油全部排出，造成油位上升，從軸承與大軸間隙處甩出。另外，將原回油管出口進行改造，在軸承邊蓋上開一個長方形排油口，圓形出油孔口改為長方矩形，排油口底邊高程較原排油孔提高8cm，長方形排油口長寬為200×15mm，保證排油口的出油量大于進油量。

正常運行時值班人員只需將排油閥全開，排油量大于進油量，油槽內的油面在合適位置，不會造成從大軸處甩油。提高排油底邊高度后，推力盤有8cm泡在油槽內。固定了推力盤的埋油深度，使軸瓦溫度維持在48度左右。即使供油系統發生故障斷油，推力盤始終有8cm深度一直處于油槽內，推力盤能將油槽內的余油甩上來，對軸瓦進行潤滑冷卻，短時內也不會造成軸瓦燒毀和大軸拉傷事件。

4結束語

原大巖門三級電站2#機組推力瓦溫度原來一直在62度左右運行，經過此次改造后，一方面是保證機組瓦溫下降至48度左右安全運行;

另一方面是解決了機組運行過程中，若供油系統短時間內故障斷油，運行人員也能有一定的時間來處理供油故障問題。即使不能處理，立即停機后也不會造成軸瓦、推力瓦燒毀安全事件。同時，也解決了值班人員須經常調節進油閥的工作強度大的問題，從而提升了電站的安全生產能力和相應的發電量。最主要是在公司內部的其它電站的相同機組設備可以借鑒使用！