金巖水電站223mw機組水導軸承冷卻效果分析

1發電機接入和重水機金巖水電站位于四川省峨眉山區官庫河，距山區37公里。電站通過首部(接西河電站尾水)、引水隧洞、調壓井、壓力鋼管(長約180m,主管內徑3.5m),引水至主廠房前分叉(長約65m,支管內徑2.5m),分別接入2臺23MW的立軸混流式水輪發電機組,引水式發電,官料河最終匯入大渡河。電站最大水頭138m,額定水頭127m,最小水頭110m;水輪機型號HLA630-LJ-142,額定流量20.34m3/s,額定轉速600r/min,最大飛逸轉速1080r/min,水輪機安裝高程922.6m,相應水輪機吸出高度-1.2m(算至導葉中心線)。水輪機大軸直徑465mm,導軸承采用稀油潤滑筒式,導軸承軸瓦材料為巴氏合金,軸承潤滑為油自循環方式,潤滑油牌號為L-TSA-46汽輪機油,置于軸承體內的冷卻器管為紫銅管。水導軸承及其冷卻器的結構示意見圖1。2水導瓦溫過高原因分析金巖水電站2008年1月27日1、2號機組分別進入調試試運行。開機后,2臺機組水導瓦溫均不能穩定在65℃以下運行。引起水導軸承瓦溫高的根本原因是軸承的發熱量大于軸承的散熱量,也就是說水導軸承及其冷卻系統沒有達到預期的設計效果。由于監測的機組現場振動擺度值在正常范圍內,說明機組軸系盤車效果基本可行,水導瓦溫過高的主要原因經初步分析、判斷如下:(1)冷卻水系統是否正常。機組技術供水為蝸殼取水,經減壓、過濾供水的方式。經現場檢查,冷卻水水壓、流量、水溫均符合設計要求,且水溫遠遠低于合同規定的25℃。因此,冷卻水系統的問題可以排除。(2)潤滑油牌號的問題。機組技術協議中明確規定,機組軸承潤滑油的牌號為L-TSA-32汽輪機油,但電站根據廠家要求實際使用的是L-TSA-46汽輪機油。由于46號汽輪機油的粘稠度大于32號汽輪機油,會導致軸承損耗增加,且不利于散熱,因此一般情況下高轉速機組軸承潤滑油宜采用低牌號的汽輪機油。為打消由此產生的顧慮和擔心,現場將潤滑油牌號L-TSA-46更換為粘稠度更小、散熱性更好的L-TSA-32汽輪機油后,經試驗瓦溫無明顯改善,說明這不是引起水導瓦溫過高的根本原因。(3)水導軸承結構設計欠合理。(4)水導軸承冷卻器容量偏小。3水導軸承結構及其冷卻油系統降低從上面初步分析、判斷可以得出:導致水導瓦溫過高的主要原因,需從水導軸承結構及其冷卻油系統方面查找。通過現場多次試運行及對水導軸承結構及其油冷卻系統的觀察、研究和分析,最終實施了以下幾方面的技術改造。3.1水導上油盆上油量的影響及對策水導瓦溫的高低取決于潤滑油能否較好地帶走水導軸承的發熱量。通過對水導軸承的結構分析可知,水導軸承上油盆上油量的多少與潤滑油是否處于正常循環冷卻狀態有直接關系。經觀察,水導上油盆上油量較小,導致水導油盆內熱油循環不暢,決定采取以下措施進行處理:(1)軸承體原設計的徑向進油孔為4-10,后加大至4-16,在其他參數不變的情況下,過油斷面積增加(T1=πd12/πd22)了2.56倍。(2)將水導瓦面原2根油槽增加為4根,增加上油量。計算上油量q的公式如下:式中Dp——大軸直徑0.465m;n——主軸轉速600r/min;采用上述措施處理后上油量明顯得到提高,開機后水導瓦溫與以前相比,延長了20min達到報警溫度值65℃。3.2壓力和速度計算上油量提高后,雖然軸承溫度有所改善,但未能從根本上解決水導瓦溫過高的問題,因此還需對熱油循環油路實施再改進。水導軸承摩擦發熱量W的計算如下:式中K——間隙比沙麥爾德系數,經計算查表(水輪機設計手冊)取K為1.9;η——運行粘度系數,L-TSA-46汽輪機油的在60℃時摩擦運行粘度系數約為0.002kg·s/m2;u——圓周速度14.6m/s;L——水導軸承高0.38m。計算得水導軸承摩擦發熱量W=19.979kW。由此可見,軸承發熱量與軸承間隙值關系極大。為降低水導軸承發熱量,現場將水導瓦總間隙從0.3mm擴大至0.55mm;間隙擴大后,水導軸承的發熱量降低至10.75kW。3.3冷卻器更換方案改進后的冷卻器見圖2。按經驗統計公式:當水輪機稀油筒式軸承管內流速為1.2～1.5m/s時,每千瓦摩擦功大致需要1～2m的19/17紫銅管進行冷卻?？紤]到本機組散熱條件不好,冷卻管的長度應取大值。改造前冷卻紫銅管的長度為33.8m,冷卻功約為16.9kW。由于原冷卻器分腔不合理,冷卻水循環路徑經1/2冷卻管流出,造成冷卻水循環狀況及冷卻效果不佳,需更換使用大容量的冷卻器。更換后冷卻紫銅管的長度為42.6m,冷卻功為21.3kW,同時對冷卻水循環管路也進行改進,延長了冷卻水循環路徑。冷卻器改造完成后開機試驗收到明顯效果,水導瓦溫升至68℃后就基本穩定了。4試驗結果分析為了進一步降低水導瓦溫,實現水輪發電機組長期連續安全穩定帶負荷運行,還對水導軸承結構及冷卻管路實施了以下改造:(1)水導上油盆回油不暢,油回流速度太慢,在導油板上增加16-φ25回油孔,加快回油速度。(2)回油管結構不合理,熱油與冷卻器沒有進行充分交換。將回油管筒結構更改為油管結構,限制未冷卻的熱油進入回油管。(3)在原水導瓦背加鉆16個M16緊固螺栓,降低巴氏合金瓦在溫度升高情況下有可能產生的微量變形。(4)核算水導軸承用油量,根據計算結果與運行經驗將水導軸承油位從220mm(旋轉油盆加油高度)降至170mm。采取以上措施后進行開機試驗,上油量進一步加大且均勻,熱油循環順暢,經72h試運行后,水導瓦溫最高至61℃,水導油溫最高至56.5℃穩住。至此,水導瓦溫高影響機組長期連續安全穩定運行的問題得到了根本解決。5經濟效益分析本文主要分析了金巖水電站23MW機組稀油水導筒式瓦在運行中瓦溫過高、影響機組正常運行的原因。結合現場實際,對水導軸承結構及其油冷卻系統進行了技術改造,增加了上油量,使回油循環均勻、順暢,改善了油冷卻效果,使無法長期連續安全穩定運行的帶病機組從根