二灘水電站發電機推力/下導冷卻器故障分析與處理

王鄖中

（二灘水電開發有限責任公司二灘水力發電廠，四川 攀枝花 617000）

1 工程概況

二灘水電站位于四川省攀枝花境內的雅礱江干流上，共安裝6臺混流式水輪發電機組，單機容量612 MV·A，發電機型號為SF550-42/12782，布置形式為立軸半傘式，設計多年平均發電量170億kW·h。發電機的推力/下導軸承布置在下機架上，推力軸承支撐方式為小彈簧簇式，下導瓦采用分塊扇形擺動瓦結構。推力/下導軸承公用同一油槽，油槽內裝有4個油冷卻器，油流屬動壓油循環，依靠推力軸承旋轉部件的黏滯泵作用和冷卻油的對流，形成循環油路，對推力/下導軸承冷卻，內循環冷卻。

2 推力/下導冷卻器性能與結構

二灘電站推力/下導油槽冷卻器主要參數：總冷卻水流量12.1 L/s；冷卻水溫度最高22.5℃；冷卻水工作壓力為0.25～1.0 MPa；下導軸承損耗10 kW；推力軸承損耗517 kW；單個冷卻器制冷量200 kW。

推力/下導油槽冷卻器為長方體狀，有8行8列共64根紫銅管通過端頭的U形管和匯流管連接，銅管外側套裝有螺旋狀鋁質散熱翅片，銅管長度方向有4組壓板分為5段固定。詳細結構如圖1所示。

圖1 推力/下導冷卻器結構

3 故障現象

2011年12月5號機組C修，在打開推力/下導油槽側蓋板后，發現油槽底部散落著很多冷卻器的散熱翅片，4個推力/下導油槽冷卻器散熱翅片均有不同程度的損壞，其中2號冷卻器長86 mm的散熱翅片脫落， 4號冷卻器脫落的翅片長度為240 mm，最為嚴重；散熱翅片脫落后，與之相連的散熱翅片也會松動，可以自由活動，如果不處理，隨著運行時間的增加，松動的翅片也將脫落。進一步檢查發現：2、3、4號冷卻器中間段最上方靠油槽內側的翅片均有不同程度的損壞；另外， 4號冷卻器中間段靠油流的上游段翅片也有損壞，也是最上方靠油槽內側。1號冷卻器木質夾板脫落，脫落的夾板在油槽底部被找到時已面目全非，且長度減少75 mm。脫落的翅片主要散落在油槽底部、相鄰推力瓦擋塊之間的油流通道內或卡在冷卻器相鄰銅管中間。

在發電機推力/下導油槽內散落有如此多的冷卻器鋁質散熱翅片，給機組的安全運行造成了嚴重的安全隱患，如果不及時處理，后果不堪設想。

4 原因分析

經過分析認為，推力/下導油槽冷卻器散熱翅片損壞的主要原因為：

（1）1號冷卻器有一塊木質夾板脫落，在油槽中隨油流旋轉，直接撞擊到翅片，使其損壞。木質夾板是橫向放置在兩層冷卻器銅管中間，沿高度、寬度方向用10、20 mm厚的鋼板通過雙頭螺桿固定壓緊，鋼板和冷卻器翅片之間墊6 mm厚的毛氈保護翅片。冷卻器進出水管的設計中心距為mm，以往年度檢修時，因為擔心螺栓松動，經常對其緊固，而冷卻器銅管之間的毛氈可壓縮，致使進出水管的實際中心距減小。經現場測量，1號冷卻器進出水管的中心距與下機架進出水管孔的中心距相差30 mm，冷卻器安裝時人為抬高冷卻器上部的出水管，而使冷卻器頂層和上部第2層之間靠近匯流管側的木質夾板松動，在機組運行時脫落。

（2）內循環的油槽冷卻器油流速度場和冷熱油的分布較復雜，但是冷卻器中間段內側最上方的銅管翅片最接近鏡板外圓處，油流高速旋轉沖擊冷卻翅片而損壞。機組運行時，鏡板外圓處的線速度V=πD·Ne=31.2 m/s，式中，D為鏡板外徑，4.17 m；Ne為機組額定轉速，142.9 r/min。鏡板外圓處的油流經擴散緩沖減弱，再進入冷卻器遇到阻力，其進入冷卻器的平均油速，Va=0.2V1/2=1.117 m/s，因此V/Va=27.9。鏡板外圓處的速度是冷卻器內部平均流速的27.9倍，離鏡板距離最近的部位最容易損壞。

5 處理措施

5.1 調換冷卻器木條位置

將冷卻器第一、二層之間靠近匯水管側橫向木條由原來的橫向長螺桿和豎向木條的背油側移至迎油側，這樣即使木條松動，因其處在迎油側，油槽油流的旋轉將其壓在橫向長螺桿或豎向木條上，也不會脫落。為了更加安全，還將橫向木條用φ2 mm的鐵絲牢固綁扎在兩側的豎向壓板上。

5.2 調整冷卻器進出水管中心距

通過更換毛氈、改變橫向木條的厚度等形式，調整冷卻器進出水管中心距，使其與在對應的下機架進出水管孔的中心距相等或正偏差2.5 mm范圍之內。調整合格后，螺紋處涂樂泰242螺紋鎖固膠，并加裝鎖片，以后在機組檢修時，就不要輕易地松動或者緊固螺栓，使冷卻器進出水管中心距不變。

5.3 松散的散熱翅片加固處理

為了不影響換熱效果，將冷卻器松散的散熱翅片集中推到同一側，在冷卻器無翅片的銅管上用銅絲代替翅片螺旋狀纏繞并固定，將松散的散熱翅片緊緊地靠在橫向或豎向壓板上。如圖2所示。

圖2 松散散熱翅片的處理

5.4 清理油槽

對油槽進行徹底的清理，將散落的散熱翅片清理干凈，包括相鄰推力瓦擋塊之間的油流通道中、冷卻器銅管翅片之間、油槽底部等處的翅片。

6 結 論

推力/下導油槽冷卻器是發電機推力/下導軸承的重要部件之一，直接關系到發電機的推力瓦溫、下導瓦溫、油溫是否正常。對二灘水電站5號機推力/下導冷卻器散熱翅片損壞進行原因分析和處理，對電站油槽冷卻器的設計制造、安裝、檢修維護有著重要的借鑒意義，可以避免因為冷卻器故障而發生推力瓦、下導瓦的異常和冷卻器換熱效果的降低等類似問題。

［1］ 柳梅.內循環推力軸承抽屜式油冷卻器傳熱計算 ［J］.大電機技術， 2004（6）:25-27.