Yeywa水電站水輪發電機組推力軸承瓦降溫技術分析和探討

阿得榮（中國水利水電第六工程局有限公司，遼寧 丹東 118002）

Yeywa水電站水輪發電機組推力軸承瓦降溫技術分析和探討

阿得榮
（中國水利水電第六工程局有限公司，遼寧 丹東 118002）

摘要：針對Yeywa水電站4臺機組推力軸承瓦溫偏高問題，通過運用理論分析的方法，結合多年來對實際設備出現問題的探討及經驗積累，進行了綜合分析，總結出的降溫措施，在機組運行后得到了有力的證實，為其它類似結構機組提供經驗和技術參考。

關鍵詞：推力瓦；降溫

Yeywa水電站位于緬甸中部曼德勒省的Myitnge河流域，位于曼德勒市東南方向50km處，Maymyo市西南方向40km處。電站裝有4臺單機容量為197.5MW的水輪發電機組，總裝機容量790MW。發電機為三相半傘式帶靜態勵磁的立式同步發電機，推力軸承和下導軸承均布置在下機架中心體上方為復合軸承，推力軸承瓦材質為巴氏合金、共12塊；推力軸承瓦是推力軸承中的重要部件，它是整個機組轉動部分和固定部分的摩擦面，并且承受整個機組轉動部分的重量和軸向水推力。軸承運轉時，要求各軸瓦均勻地承受推力負荷，如果各軸瓦受力不均，將產生較大溫差，造成個別軸瓦溫度增高，瓦面變形磨損增大。在排除受力不均導致瓦溫偏高的情況下，油冷卻效果是影響瓦溫的主要因素。Yeywa水電站推力軸承冷卻系統由外置式油冷器和循環水冷卻裝置等組成，外循環冷卻器借助油泵將熱油送至外面的冷卻器進行冷卻，冷油流回油槽直接射到瓦的進油邊，完成熱交換循環。軸承摩擦所產生的熱量由油冷卻器將其吸收帶走，推力軸承瓦摩擦面的溫度需同時滿足運行和標準要求，運行整定65℃報警、70℃停機，國家標準GB/T7894-2001《水輪發電機基本技術條件》中4.2.2.2項要求不超過75℃。

Yeywa水電站機組運行振動和擺度均滿足規范要求的情況下，推力軸承瓦溫偏高（平均瓦溫68℃），機組經常報警，偶爾導致機組停機。為解決這一問題，初步提出了加大推力軸承瓦進油邊、加大油冷卻器容量及改變噴油管的噴嘴方向等措施來降低推力軸承瓦的運行溫度。

在1號和2號機組的檢修過程中基本按初步方案進行了改造，但對推力軸承瓦進油邊加大刮削存在技術上的探討。

1分析和探討

1.1推力軸承瓦摩擦發熱計算

a、軸瓦單位壓力

（1）式中:P1-軸瓦單位壓力N/cm2；

P-推力軸承瓦總荷載N；

m-推力軸承瓦塊數；

s-單塊推力軸承瓦面積cm2。

b、軸瓦平均摩擦速度

（2）式中:v-推力軸承瓦平均摩擦速度m/s；

d、油的平均粘度根據實測推力軸承瓦進油邊冷油溫度t1，及出油邊熱油溫度t2，查取各自油的粘度及。油的平均粘度為：

e、潤滑油層的擠壓平均速度

f、平均油膜厚度

I-推力軸承瓦切向平均長度mm；

g、每塊瓦的粘滯阻力

h、每塊瓦的摩擦損耗

（7）式中：Wt-每塊瓦的摩擦損耗kw。

i、推力軸承瓦總發熱量

其它條件不變，當推力軸承瓦進油邊刮寬5mm時，則會使：

b、推力軸承瓦切向平均長度減小，根據公式（5）

c、根據公式（6）可知：每塊瓦的粘滯阻力將增大

d、根據公式（7）和（8）可知，每塊瓦的摩擦損耗將增大，推力軸承瓦總發熱量將增大，且

e、在其它條件不變的情況下，瓦溫升高與推力軸承瓦總發熱量成正比，按推力軸承瓦溫平均68.5℃計算，則推力軸承瓦進油邊再刮削寬5mm，推力軸承瓦溫將升高0.274～0.548℃。

3號機組的推力軸承瓦進油邊沒有加大刮削，4號機組的推力軸承瓦進油邊已加寬刮削5mm，從運行情況來看，4號機組平均推力軸承瓦溫高于3號機組的平均推力軸承瓦溫，兩者大約相差0.5℃左右，與上述計算結果基本相符合，當然兩臺機組的溫度差隨平均溫度的增大而增大，因此加大推力軸承瓦進油邊的刮削寬度來降低推力軸承瓦溫值得商榷。

1.2油冷卻器的吸熱量計算

1.2.1油與水的溫差

（9）（10）、（11）式中：

1.2.2油與水的平均溫差

（12）式中：Qav-油與水的平均溫差，℃；

1.2.3傳熱系數

（13）式中：K-傳熱系數，J/m.h；

1.2.4冷卻器的吸熱量式中：

式中Q2-冷卻器的吸熱量，J/h；

F1-冷卻器所有冷卻管的表面積，m2。

為了獲得推力軸承瓦的熱穩定，通常應滿足下式要求：

1.3衡量推力軸承瓦工作的優劣

衡量推力軸承主要從以下兩個數值來判別：

（1）推力軸承瓦的平均溫度avav過大時，說明推力軸承瓦摩擦損耗大或油冷卻器散熱不足。

（2）推力軸承瓦的最大溫差△

△過大時，說明各塊瓦之間發熱不均勻。

根據Yeywa水電站機組運行的情況看，推力軸承瓦的平均溫度Q偏高，應該從減少推力軸承瓦摩擦損耗或者加大油冷卻器散熱來降低推力軸承瓦的平均溫度Q。而加大推力軸承瓦進油邊的刮削寬度增加了推力軸承瓦摩擦損耗，會使推力軸承瓦的平均溫度Q增高。

1.4推力軸承瓦溫偏高的處理方法

1.4.1消除增高瓦溫的因素

（1）瓦變形過大。瓦厚度不夠會產生過分的機械變形，熱油與冷油溫差較大會使瓦產生較大的熱變形。過大的變形使瓦承載面積減小，單位面積受力增大導致瓦溫增高。

（2）PV值偏大。推力軸承瓦單位面積受力增大會使摩擦損耗增加，同樣，推力軸承瓦平均摩擦速度V增大也會使摩擦損耗增加，因此PV值較大的推力軸承必然會使瓦溫較高。而加寬推力軸承瓦進油邊會使推力軸承瓦單位面積受力增大，從而使瓦溫升高。

1.4.2提高冷卻器的冷卻效果

平均瓦溫過高時，通常從改善冷卻效果來降低瓦溫。首先，測量油冷卻器進水及出水溫度，測量推力軸承瓦進油邊冷油溫度。冷卻器進、出水溫差通常在3～5℃之間為宜。

冷卻水溫差過大時，說明冷卻水量不足，應設法增大冷卻水過流量，其辦法如下：

（1）首先檢查油冷卻器內部有無堵塞（特別是水質不好的季節尤應注意）。

（2）在可能的情況下，適當增大冷卻器進水壓力。

（3）加大冷卻器進出水管直徑，增加冷卻器進出水流量。

推力軸承瓦進油邊冷油與冷卻器進水溫度之差，在高溫季節應小于10℃。，

式中：△-推力軸承瓦進油邊冷油與冷卻器進水溫度之差，℃；

1max-推力軸承瓦進油邊冷油最高溫度，℃；

Q1max-油冷卻器高溫季節的最高進水溫度，℃，

△過大時，說明冷卻器冷卻效果不好。

1.4.3改進油循環

推力軸承瓦進油邊冷油溫度不僅受油冷卻器的影響，同時還受到油循環的影響。因此，改進油循環，提高油冷卻器換熱性能，降低冷油溫度，從而降低瓦溫。

改變噴油管管口方向使其對著推力軸承瓦進口邊，有利于降低推力軸承瓦瓦溫。

2降溫措施

綜上所述，根據Yeywa機組推力軸承的結構特點，采取更換冷卻容量較大的冷卻器的措施來降低推力軸承瓦溫：

（1）推力軸承外循環冷卻器更換前后的冷卻器和油泵參數對比見表1。

表1更換前后的冷卻器和油泵參數對比

（2）在冷卻管上加裝吸熱片，以增加吸熱面積，提高吸熱量。

冷卻器改進，在原來散熱片的基礎上新增加了40張散熱片，散熱片由原來長度1505mm增加到了1610mm。

（3）改變噴油管管口方向使其對著推力軸承瓦進口邊，改進油循環。

噴油嘴角度改造，由原來的45夾角改為對正推力軸承瓦噴。

3降溫結果

4臺機組推力軸承瓦溫得到了明顯的改善，推力軸承瓦平均瓦溫由原來的68℃下降到了63℃，且最高瓦溫不超過65℃,使推力軸承瓦溫滿足了機組運行和標準要求。

4結束語

通過采取上述技術措施，有效的解決了Yeywa水電站水輪發電機組運行過程中推力軸承瓦溫偏高的技術難題。

參考文獻：

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[2]水電站機電設計手冊[M].北京：水利電力出版社，1988.

[3]GB/T7894-2001.水輪發電機基本技術條件[S].國家標準出版社，2002.

[4]GB/T8564-2003.水輪發電機組安裝技術規范[S].中國標準出版社出版，2004.

[5]機械工程師手冊[M].北京：機械工業出版社，2007.

中圖分類號：TK730.3

文獻標識碼：B

文章編號：1672-5387（2015）04-0009-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.04.003

收稿日期：2014-08-31

作者簡介：阿得榮（1981-），男，工程師，從事水電站機電設備安裝、檢修及運行管理工作。