鄭建鋒,孫育哲,黃建德

(1.浙江華電烏溪江水力發(fā)電廠,浙江 衢州 324000;2.華東桐柏抽水蓄能有限公司,浙江 天臺 317200)

0 引言

華東桐柏抽水蓄能有限公司位于浙江省天臺縣棲霞鄉(xiāng)百丈村,距天臺縣城 7 km,與杭州、寧波直線距離分別為 150 km,94 km。電站裝機(jī)容量為 1200 MW,裝設(shè) 4套單機(jī)容量為 300MW的立軸混流可逆式單級水泵/水輪機(jī)和發(fā)電/電動機(jī)組。

華東桐柏蓄能有限公司機(jī)組發(fā)電/電動機(jī)部分由歐洲某水電設(shè)備制造公司提供,發(fā)電/電動機(jī)為立軸、半傘式、空冷、可逆式同步電機(jī)。發(fā)電 /電動機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子、上導(dǎo)軸承、下部組合軸承(推力/下導(dǎo)軸承)、冷卻器、通風(fēng)冷卻器裝置、上機(jī)架、下機(jī)架、高壓油減載裝置、發(fā)電機(jī)消防系統(tǒng)、機(jī)械制動及其集塵裝置等部分組成。承重機(jī)架置于下機(jī)架上(承擔(dān)機(jī)組轉(zhuǎn)動部分重量和軸向水推力),發(fā)電機(jī)主軸通過中間軸與水輪機(jī)軸連接。

1 事件起因

根據(jù)有關(guān)文件通報,安徽某同類型抽水蓄能電廠推力瓦和彈性托盤的固定夾出現(xiàn)了彎曲變形的現(xiàn)象,華東桐柏抽水蓄能有限公司與該電廠都為同一供貨商供貨,且設(shè)計極其相似。華東桐柏抽水蓄能有限公司對此非常重視,及時和華東電網(wǎng)調(diào)度中心聯(lián)系,將#3機(jī)組原計劃 2008年11月開始的 D級檢修計劃提前 1個月,積極聯(lián)系供貨商總部,要求派技術(shù)人員到現(xiàn)場一起檢查發(fā)電機(jī)推力軸承運(yùn)行情況。

1.1 相關(guān)設(shè)備參數(shù)及停役前運(yùn)行數(shù)據(jù)

1.1.1 設(shè)備技術(shù)參數(shù)和結(jié)構(gòu)說明

華東桐柏抽水蓄能有限公司發(fā)電/電動機(jī)部分的型號為 Ssv710/20-313,額定電壓為 18 kV,額定頻率為 50Hz,額定轉(zhuǎn)速為 300 r/min,定子質(zhì)量為300t,在發(fā)電工況下的額定容量為 334MV·A,電動工況下的額定容量為 336MW。

推力軸承承受發(fā)電/電動機(jī)和水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)子部分的總質(zhì)量和水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的最大水推力的綜合負(fù)載,采用圓盤彈性支承結(jié)構(gòu),為自潤滑式。其主要組成部分為推力瓦、推力頭,鏡板、推力支撐盤、吸油環(huán)、回油箱、出油箱、推力瓦、下導(dǎo)瓦、金屬密封、推力自吸式鏡板泵自循環(huán)油系統(tǒng)外循環(huán)冷卻系統(tǒng)、油槽、高壓油注油泵系統(tǒng)等。

推力瓦總共為 16塊,由彈性圓盤支承,可自動調(diào)整水平度且利于形成楔形油膜。推力頭與鏡板通過 6根 M20螺栓和 4個平鍵連接。下導(dǎo)軸承設(shè)于轉(zhuǎn)子下部下機(jī)架上,為油浸、自潤滑、可調(diào)分塊瓦型,下導(dǎo)瓦座于下機(jī)架瓦座上,主要承受機(jī)組運(yùn)行時產(chǎn)生的徑向力并用于限制機(jī)組下導(dǎo)處的擺度。下導(dǎo)瓦共 16塊,為巴氏合金瓦,貼靠于經(jīng)精加工的推力頭軸領(lǐng)表面上。導(dǎo)瓦由抗重環(huán)的抗重螺栓和油冷卻上蓋板支撐,并通過抗重環(huán)將導(dǎo)軸承負(fù)荷傳到下機(jī)架上,下導(dǎo)軸承與推力瓦公用一套外循環(huán)冷卻系統(tǒng),冷卻油溫與上導(dǎo)一致。

推力軸承的冷卻通過外循環(huán) 3臺油冷卻器實現(xiàn),2主用 1備用,推力油槽的油量為 9.6m3,冷卻水流量為 9L/s。推力軸承設(shè)有 1套高壓油減載裝置,通過 1臺交流常壓注油泵和 1臺直流常壓注油泵將高壓油注入到各推力瓦與鏡板之間形成油膜,該裝置在機(jī)組轉(zhuǎn)速低于 90%額定轉(zhuǎn)速時投入。

1.1.2 設(shè)備停役前機(jī)組運(yùn)行相關(guān)參數(shù)

統(tǒng)計了從機(jī)組試運(yùn)行到停機(jī)檢查前 4臺機(jī)組的各項運(yùn)行參數(shù)(見表 1)及 4臺機(jī)組在 2008年7月底(全年溫度最高時)下部組合軸承運(yùn)行的最高溫度及油溫(見表 2)。從表 1、表 2中可以看出,機(jī)組在停役前發(fā)電及抽水情況較正常,推力瓦及下導(dǎo)瓦沒有明顯的溫升現(xiàn)象及影響機(jī)組運(yùn)行的異常情況。

表1 設(shè)備停役前 #1～#4機(jī)組運(yùn)行參數(shù)的統(tǒng)計及對比

表2 2008年7月底機(jī)組軸承運(yùn)行最高溫度(全年溫度最高時期) ℃

2 現(xiàn)場檢查情況

(1)檢查部位。推力軸瓦、彈性托盤、軸承支柱、固定止推件(軸瓦定位零件)。

(2)檢查方法。將發(fā)電/電動機(jī)轉(zhuǎn)子頂起 10 mm,將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子置于制動器上,然后用專用工具將推力軸瓦、彈性托盤取出檢查,進(jìn)一步檢查推力軸瓦定位零部件和支柱。

(3)檢查結(jié)果。

1)打開推力軸承側(cè)板檢查,發(fā)現(xiàn)推力軸瓦彈性托盤固定夾有彎曲變形,其中圓周方向的 2個固定夾變形明顯,徑向 1個固定夾基本無變形。具體變形情況如圖 1、圖 2、圖 3所示。

圖1 內(nèi)側(cè)圓周向固定夾都存在變形

2)推力軸瓦背面和彈性托盤接觸部位存在相對位移、刮擦痕跡,主要是徑向相對位移,位移量為5～6mm,瓦背面接觸位置有刮擦痕跡。軸瓦的周向和外部定位螺栓有碰觸痕跡。發(fā)電方向(俯視逆時針)較抽水方向嚴(yán)重。具體變形情況如圖4、圖 5、圖 6所示。

3)彈性托盤底部和支柱之間也存在相對位移(8～10mm)和刮擦痕跡。該位移為長期逐步形成,現(xiàn)相對比較穩(wěn)定。表面存在冷焊性質(zhì)損傷,內(nèi)止推銷釘存在輕微傾斜,但無松動。具體情況如圖 7所示。

3 原因分析

在會同供貨商分析討論后認(rèn)為,造成上述缺陷的原因是在機(jī)組停機(jī)后 30min內(nèi)瓦溫從 75℃降到45℃(具體停機(jī)油溫變化如圖 8所示),推力頭及鏡板由于熱脹冷縮的作用向軸心方向移動,并且因高壓油注油泵停止運(yùn)行,鏡板與推力軸瓦之間的摩擦力帶動推力瓦和彈性一起向軸心方向移動,會引起彈性托盤和支柱之間產(chǎn)生位移。托盤軸瓦內(nèi)側(cè)的定位銷和它的基礎(chǔ)環(huán)板的作用好像一個彈簧一樣受力壓緊。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行時,高壓油注油泵運(yùn)行降低了鏡板和推力瓦之間摩擦力,內(nèi)側(cè)固定銷和基礎(chǔ)環(huán)板的彈簧作用使得推力瓦向軸心外的方向移動,而此時彈性托盤由于仍和支座壓緊而不能隨推力瓦一起向外移動,因此,在推力瓦和彈性托盤之間就會產(chǎn)生一個相對的位移而導(dǎo)致托盤固定夾變形,相關(guān)受力分析如圖 9所示[1]。

4 推力軸承改進(jìn)及實施方案

推力系統(tǒng)的改進(jìn)施工圖如 10所示,實施方案具體有 4個方面。

圖10 推力系統(tǒng)改造方案圖

(1)推力軸瓦的修復(fù)。推力瓦底部與彈性托盤接觸位置進(jìn)行研磨,并對推力瓦面進(jìn)行研刮,改進(jìn)其與彈性托盤及鏡板的接觸面。

(2)推力軸瓦限位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。推力瓦外側(cè)加工 M16螺孔并加裝固定塊,對推力瓦的徑向竄動進(jìn)行很好的約束。

(3)軸瓦支撐結(jié)構(gòu)的修復(fù)。對受損嚴(yán)重的彈性托盤進(jìn)行全部更換并更換支柱(含固定螺釘件)。更換外側(cè)止推螺栓、更換內(nèi)側(cè)止推螺栓、更換彈性托盤固定夾(含固定螺栓)。增加推力軸瓦外側(cè)徑向固定塊和固定螺栓。增加內(nèi)側(cè)止推螺栓固定螺母、墊片。

(4)改進(jìn)推力軸瓦內(nèi)支撐環(huán),重絞 ?45 h 6銷孔。

5 采取的改進(jìn)防范措施

根據(jù)廠家設(shè)計部門提供的技術(shù)資料,華東桐柏抽水蓄能有限公司技術(shù)人員經(jīng)過分析討論并經(jīng)上級公司生產(chǎn)部同意,采取了相應(yīng)的改進(jìn)措施,提出并完成設(shè)備異動及修改推力軸承高壓注油泵控制程序。

(1)高壓注油泵在停機(jī)后繼續(xù)運(yùn)行 30min。高壓油系統(tǒng)在機(jī)組停機(jī)后 30min需保持推力頭和軸瓦間的油膜以消除二者之間的摩擦力。頻繁的油注入將減小推力頭和軸瓦間的摩擦系數(shù),繼而減小徑向摩擦力。

(2)停機(jī)時高壓注油泵每隔 1h運(yùn)行 2min。理由同上。

6 結(jié)束語

(1)華東桐柏抽水蓄能有限公司機(jī)組的推力系統(tǒng)經(jīng)過改造后,運(yùn)行指標(biāo)均為正常,建議加強(qiáng)下列環(huán)節(jié):

1)機(jī)組備用期間,注意檢查高壓注油泵間隔2h后啟動 2m in是否正常;

2)機(jī)組停機(jī)達(dá)到穩(wěn)態(tài)后,注意檢查高壓注油泵是否延時 30min后停泵;

3)機(jī)組有相關(guān)檢修工作時,注意要及時隔離和恢復(fù)交、直流高壓注油泵工作電源;

4)機(jī)組運(yùn)行期間,注意監(jiān)視下部軸承推力瓦溫、油溫及油位變化情況,對比歷史數(shù)據(jù),加強(qiáng)趨勢分析。

(2)本文所述的設(shè)備缺陷由于發(fā)現(xiàn)較早且處理及時,沒有造成較大危害,但同時也敲響了警鐘。雖然進(jìn)口設(shè)備質(zhì)量、性能、外觀俱佳,但也不能忽視其中的細(xì)節(jié),也許一片固定夾就能造成不可想象的后果[2]。

[1]梅祖彥.抽水蓄能發(fā)電技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000.

[2]劉云.水輪發(fā)電機(jī)故障處理與檢修[M].北京:中國水利水電出版社,2002.