臥式機組瓦溫過高的原因及處理

陳云峰

摘要：在一般小型水電站中，通常選用臥式機組較多，臥式機組一般容量較小、轉(zhuǎn)速高、徑向軸承及推力軸會承受較大的力，機組軸瓦通常采用巴氏合金軸瓦。在一般小型水電站中，通常值班人員較少，在技術(shù)力量方面較為薄弱，發(fā)電機組的故障發(fā)生幾率較高。本文對臥式機組瓦溫過高的原因進行了簡單的分析，并提出了處理建議。

關(guān)鍵詞：臥式機組；徑向瓦及推力瓦溫；處理

1.故障表現(xiàn)形式

我站是裝機容量為2*1000kW，發(fā)電機出線電壓為6.3kV臥式混流機組。電站自運行以來，正常發(fā)電時，機組瓦溫長時間偏高。水輪發(fā)電機的徑向推力軸瓦是采用巴氏合金制成，最高允許溫度為70℃，運行時溫度通常控制在45-55℃為宜，超過55℃時屬于偏高，達到60℃即發(fā)出信號，事故停機。目前我站機組在夏季最高瓦溫達到57℃左右，為了防止出現(xiàn)燒瓦故障，只能將發(fā)電容量從2000kW降到1500-1700kW，在春秋季節(jié)，機組的瓦溫也普遍達到了55℃左右，機組的發(fā)電容量也只能達到1800kW左右；只有在冬季環(huán)境溫度較低時，發(fā)電機組的瓦溫處于正常范圍之內(nèi)，機組能夠進行滿負荷發(fā)電。電站發(fā)電機組瓦溫過高對發(fā)電機組的運行安全及電站的經(jīng)濟效益造成了較大的影響。

2.故障原因分析

發(fā)電機組瓦溫過高，可能是由多種因素造成的，例如各塊瓦受力調(diào)整不均勻；推力瓦刮瓦質(zhì)量不良；個別推力瓦的靈活性受卡阻等等。下面對可能發(fā)生的原因進行了分析。

2.1氣溫過高分析

從日常的氣溫與機組瓦溫記錄值來看，瓦溫的高低跟氣溫的高低有直接關(guān)系，通常7-8月份當氣溫高于35℃時，瓦溫會偏高3-5℃可能超過警戒溫度60℃，1-2月份當氣溫在10攝氏度以下時瓦溫會下降至50℃以下，其他幾個月份基本能保證發(fā)電機組的安全正常運行。

2.2推力軸承冷卻油系統(tǒng)冷卻效果不達標

我站的機組裝機容量較小，推力軸承油槽和水導軸承油槽是連為一體的，機組在運行過程中推力瓦與徑向瓦所產(chǎn)生的熱量超過油槽中冷卻油的吸收上限，導致油槽中的冷卻油無法及時進行吸收和散熱，降低了推力軸承冷卻油系統(tǒng)的冷卻效果，最終導致瓦溫長時間偏高。

2.3機房降溫通風條件差

由于水電站從建設成本方面考慮，在發(fā)電機房的建設上能簡則簡，導致了機房的降溫通風條件極差。機房內(nèi)部溫度直接受到外界的影響，且由于機組本身散發(fā)的熱量，導致機房溫度高于外界溫度，在這種情況下，外界溫度達到一定程度時，機房內(nèi)部溫度就會超過機組工作環(huán)境的臨界溫度，導致瓦溫過高，影響機組的安全正常運行。

2.4推力瓦設計余量不足

推力瓦在設計時廠家為了節(jié)約成本常常沒有經(jīng)過校驗而導致設計PV值（是指測量值，工藝變量，用來測量承載能力）小于實際運行時的PV值，在發(fā)電機組實際運行的過程中，推力瓦所受到力大于設計要求，就容易導致其受到摩擦時所產(chǎn)生的熱量增加。針對推力瓦PV值不達標的情況，可以通過調(diào)試以及在刮瓦上下功夫來解決。

3.故障處理方案

針對導致發(fā)電機組瓦溫過高的多種原因，可以選用下面幾種方案進行處理。

3.1改善機房溫度

針對機房溫度過高的問題，做好機房的通風系統(tǒng)，我們通常是打開機組附近的窗戶，這樣能夠有效降低機房內(nèi)部的溫度，臨時增加風扇對著軸承位置扇以增加軸承蓋附近空氣的流通速度，有利于控制機組運行時的瓦溫。對機房的改造，通常涉及較大的工作量并且需要消耗大量的建筑材料，實用性不強。

3.2改善發(fā)電機組通風冷卻系統(tǒng)

通過對發(fā)電機組的通風系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行改進，降低其在排除熱量時對推力軸承及徑向軸承冷卻油的影響，能夠?qū)崿F(xiàn)較好的散熱效果。但是該方案通常涉及的改動尺度較大，整個環(huán)節(jié)工序較多，且成本較高。

3.3改善發(fā)電機組推力軸承冷卻油系統(tǒng)

通過對發(fā)電機組推力軸承冷卻油系統(tǒng)進行改進來實現(xiàn)對瓦溫的控制，該方案所涉及的改造工作量較小，且難度不大，改造成本投入較低。

4.設備結(jié)構(gòu)分析及改進

在對我站發(fā)電機組瓦溫過高的問題進行仔細診斷之后，可以判斷出導致瓦溫過高的主要原因是推力軸冷卻油系統(tǒng)冷卻效果不足所導致的，因此，可以采取以下技術(shù)對其進行改造：

4.1增加上油量

徑向及推力瓦溫度的高低取決于冷卻油系統(tǒng)的冷卻效果，與徑向軸承端蓋和主軸密封間隙大小密切相關(guān)，通過對推力軸承的結(jié)構(gòu)進行分析，可以發(fā)現(xiàn)推力軸油冷卻系統(tǒng)的油量不足使循環(huán)油壓下降，導致油冷卻系統(tǒng)的冷卻效果無法滿足實際需求。對此，采取以下措施進行處理：1.減少帶油板與外罩的間隙或增加帶油板的數(shù)量，增加冷卻油的油壓來加快油的循環(huán)速度；2.調(diào)整外罩上油孔與軸承座上油孔之間的密封圈，以免熱油被吸進上油孔。

4.2降低推力軸發(fā)熱量

在增加上油量之后，雖然瓦溫得到一定緩解，但是并未從根本上解決瓦溫過高的問題，因此，還需要對油冷卻系統(tǒng)熱油循環(huán)油路進行改進。

推力軸承摩擦發(fā)熱量W具體計算如下：

公式中的K表示間隙比沙麥爾德系數(shù)；η表示運行粘度系數(shù)；u表示圓周速度；Φ表示推力軸直徑；L表示推力軸承高度。

根據(jù)公式可以看出，推力軸的發(fā)熱量與軸承間隙比關(guān)系較大，為了降低推力軸的發(fā)熱量，將發(fā)電機組的推力軸間隙適當擴大，可以有效降低推力軸的發(fā)熱量，實現(xiàn)發(fā)電機組整體瓦溫的降低。

4.3其它改進措施

為了進一步降低推力瓦溫，實現(xiàn)發(fā)電機組長期安全穩(wěn)定運行，還需要做好以下幾個方面的措施：

4.3.1推力軸水冷卻系統(tǒng)的水循環(huán)速度過慢，可以在可能的情況下，適當增大冷卻器進水壓力；

4.3.2回油道設計不合理，導致熱油不能及時回到水冷卻器里降溫，改造回油道的結(jié)構(gòu)，使熱油的回油速度大于冷油的上油速度，保證回油道中不會有太多的熱油停留，降低油腔環(huán)境溫度；

4.3.3由于推力軸采用巴氏合金制造，在高溫下容易變形，如果其變形，就會導致推力瓦接觸面減少單位面積受力增大摩擦熱量增加。因此，可以在推力瓦緊固螺栓位置減少瓦面的接觸點，避免巴氏合金在溫度過高情況下所產(chǎn)生的微量變形。

通過采取以上措施后，在進行機組運行試驗，經(jīng)長時間運行后，發(fā)電機組瓦溫上升速度明顯降低，且最高瓦溫也明顯降低。經(jīng)過改造后，發(fā)電機組瓦溫一直處于52℃以下，即使在夏季滿負荷運行的狀態(tài)下，瓦溫最多也只達到55℃。由此也可以看出，通過此次采取的措施進行改良，發(fā)電機組瓦溫過高的問題得到了有效解決。

5.結(jié)論

在一般小型水電站中，由于各種因素的影響，發(fā)電機組的瓦溫常常會出現(xiàn)過高的情況。發(fā)電機組的瓦溫臨界溫度通常在70℃，一旦超過這個溫度就可能導致軸瓦損壞，進一步破壞發(fā)電機組結(jié)構(gòu)，為電站帶來較大的經(jīng)濟損失。為了實現(xiàn)對瓦溫的有效控制，保證發(fā)電機組能夠長期安全穩(wěn)定的運行。通?？梢圆扇「脑彀l(fā)電機房隔熱環(huán)境、發(fā)電機組通風系統(tǒng)及軸承油冷卻系統(tǒng)等方式來實現(xiàn)對瓦溫的有效控制，另外，注意設備的定期檢查維護工作也十分重要。通過以上，對保證發(fā)電機組在高負荷狀態(tài)下長期安全穩(wěn)定運行及促進電站經(jīng)濟效益的提高具有重要意義。

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