氟塑料瓦在二門山水電站的應用分析

張啟海

(孫吳縣二門山水庫管理處，黑龍江孫吳 164200)

1 工程概況

黑龍江省孫吳縣二門山水庫復建工程開始于2003年，于2007年8月實現(xiàn)首臺機組并網發(fā)電。電站為壩后式，安裝有貫流軸伸臥式水輪發(fā)電機組兩臺，總裝機2 100 kW，額定轉速為500 r/min。電站設計水頭15.1 m，單機流量為8.28 m3/s。機組形式為臥式三支點，即每臺機除了裝有發(fā)電機導軸瓦、雙推軸承導軸瓦、水輪機導軸瓦以外，還設有一道雙向推力軸承，用來支撐軸向水推力和事故關閥時產生的反向推力。本電站自2007年建成投運至2008年底僅一年半便發(fā)生巴氏合金瓦燒損事故2次，且均發(fā)生在主汛期。其中2008年7月的1次燒瓦事故，造成停機一周，溢洪道計劃外棄水700萬m3。從而造成電站檢修成本過高，檢修工期過長，增加了運行成本，嚴重影響了單位的經濟效益和運轉質量。

2 事故原因分析

經分析，燒瓦事故的原因有以下3方面:①由于本電站機組額定轉速為500 r/min，相對來說偏高，這就對機組機械方面的安裝質量要求很高，在生產運行中，由于瓦間隙不均或過大導致溫升過快溫度過，特別是夏季高溫天氣滿負荷運行時，幾乎接近報警溫度值，導致機組常常不能滿負荷運行。②貫流式機組轉輪汽蝕比較嚴重，加上磨損等原因造成轉動不平衡，機組振動過大，導致軸瓦燒損;③由于設計原因，軸伸式水輪機水導潤滑油腔和主軸密封水之間只有一道氈封相隔。

在運行中，隨著機組振動的增加或主軸密封水量的增大，都有可能使水和泥沙等進入到潤滑油系統(tǒng)中，使油質發(fā)生改變。同時，二門山水電站機組潤滑方式為重力油箱供油外循環(huán)直接澆油到瓦面上，劣化的潤滑油極易引發(fā)燒瓦事故。巴氏合金瓦燒瓦事故在水電站較為普遍，在盡量提高檢修質量的情況下，仍然達不到預期的效果。因此，二門山水電站決定將1號水輪發(fā)電機組的4道巴氏合金瓦全部用氟塑料瓦替換。

為了保證機組中心線不變，在拆吊前對各瓦的間隙進行了測量記錄，拆吊后確保軸承支座不解體不位移，根據氟塑料瓦的膨脹系數重新確定軸瓦間隙，并進行了嚴格細致的加工和更換。我國從20世紀90年代開始，氟塑料瓦就被逐漸推廣使用，至目前氟塑料瓦的實際應用效果已被各使用廠家廣泛認可。其在各項性能上都表現(xiàn)出了比巴氏合金瓦優(yōu)越的一方面。

3 更換氟塑瓦的工況

對1號機組進行更換后，在2008年試運行和2009年主汛期的實際運行中，機組滿負荷長時間連續(xù)運轉的情況下，取得了明顯的效果，監(jiān)測顯示運行工況正常。具體表現(xiàn)為:1)大幅度降低了機組各軸瓦的溫度。減小了潤滑油冷卻的工作壓力。在更換前，機組滿負荷時各道軸瓦瓦溫的變化范圍在52～57℃。更換氟塑料瓦以后，瓦溫的變化范圍降至40～44℃，詳見表1。

表1 氟塑料瓦與巴氏合金瓦運行溫度對照表(滿負荷、環(huán)境溫度35℃)

由表1可見，更換后的氟塑料瓦在相同的運行工況下，比巴氏合金瓦瓦溫降低了12～13℃，極大程度地減少了燒瓦的幾率。由于本廠潤滑油系統(tǒng)為外循環(huán)澆油方式，瓦溫的降低使?jié)櫥屠鋮s工作的壓力大大減輕，既節(jié)約了能源，又減輕了工作量。而潤滑油溫的降低又促進了對軸瓦的冷卻效果。二者形成了良性循環(huán)，相互促進，相得益彰。

2)二門山水電廠所采用的貫流式機組適用于設計水頭不高的電站。機組的形式決定了對水能源的利用效果不是很好，單機流量為8.28 m3，耗水量約為29 m3/kW·h。通過以氟塑料瓦替代巴氏合金瓦的技術改造后，經對比發(fā)現(xiàn)在水頭相同、所帶有功無功負荷相同的前提下，機組的導葉開度比使用巴氏合金瓦時平均減小約4%。

經論證，是由于氟塑料瓦與推力盤及軸頸的摩擦系數僅為巴氏合金瓦的35%～40%，從而使其潤滑性能提高而致。

經計算并在尾水渠測量相考證而得出結論:在相同的運行工況下，改造后使用氟塑料瓦的機組發(fā)電平均每1 kW·h節(jié)約用水約2.5 m3，每年按生產6個月計算，可節(jié)約水資源1 750萬 m3，增加經濟效益約9.25%。

3)提高了運行穩(wěn)定性，延長了軸瓦的使用壽命。在技術改造后的試運行和2009年全年度生產周期內，我廠1號機四道瓦瓦溫一直非常穩(wěn)定，沒有再次發(fā)生燒瓦事故，此次改造明顯地提高了機組的運行穩(wěn)定性。但同時應該說明的是，由于氟塑料瓦的材質的原因，瓦面剛度小，傳熱性差，瓦溫的變化范圍偏小。在運行中應注意觀察巡視，如果瓦溫超出正常范圍即應密切關注，并查找原因，以防事故發(fā)生。氟塑料瓦的更換使盤車操作變得省事省力，而且降低了推力盤和各軸頸的磨損速度。

根據氟塑料瓦生產廠家提供的技術資料上顯示，一套氟塑料瓦的使用壽命為50 a。俄羅斯同行根據多年的運行經驗提出，在正常情況下的使用壽命為40 a。雖然每個水電站的運行條件不盡相同，但是氟塑料瓦與巴氏合金瓦相比較，使用壽命明顯延長這一結論已成不爭的事實。

4 結語

因1號機組技術改造后帶來了明顯的效果，二門山水電站決定將2號機也進行同樣的技改，并于2009年底完成。至此，我廠兩臺機所有軸瓦全部完成了由氟塑料瓦替代巴氏合金瓦的技術改造。自改造完成至今已安全運行約2 a，氟塑料瓦充分發(fā)揮自身的優(yōu)勢性能，為電站創(chuàng)造了可觀的經濟效益，提高了單位安全運行的可靠程度。氟塑料瓦在二門山水電站的應用是一次比較成功的技術改造成果。

［1］王初銘.彈性金屬塑料瓦運行與技術分析［J］.大電機技術，1996(3):89－90.

［2］王承鶴.塑料摩擦學［M］.北京:機械工業(yè)出版社，1994.

［3］馬世明.彈性金屬氟塑料瓦面的合理型線［J］.水力發(fā)電，2002(7):54－55.