郭江

(中國水利水電第十工程局有限公司機電安裝分局，四川都江堰 611830)

1 概述

某水電站位于四川省康定縣境內(nèi)的大渡河支流上，裝機容量2×48 MW。發(fā)電機為懸垂式密閉循環(huán)空氣冷卻同步發(fā)電機，型號:SF48-14/4650;水輪機為立軸、水斗沖擊式，型號為:CJA237-L-215/6×16.5。主機設(shè)備廠家:昆明水輪發(fā)電機廠。

推力軸承為聚四氟乙稀塑料瓦，上導(dǎo)和下導(dǎo)為巴氏合金分塊瓦。

水導(dǎo)軸承為巴氏合金筒式瓦F950。D=950 mm，H=350 m，設(shè)計軸承與軸頸間隙為0.2～0.3 mm(單邊)。冷卻器為φ17銅管，分為四層，上三層為4根，第四層為2根，分成兩半布置在φ1300的油盆里。軸承位置見圖1。

圖1 軸承示意圖

2 實際安裝中出現(xiàn)的問題

(1)盤車下導(dǎo)和水導(dǎo)處凈擺度值見表1。

盤車數(shù)據(jù)按“規(guī)范”0.02 mm/m 驗證，下導(dǎo)數(shù)據(jù)有較小的超標，但考慮到下導(dǎo)與水導(dǎo)最大點存在錯點問題且下導(dǎo)瓦為分塊瓦，綜合分析后報經(jīng)監(jiān)理和設(shè)備廠家同意決定不再做削墊盤車處理。

表1 盤車下導(dǎo)和水導(dǎo)處凈擺度值表 /mm

(2)水導(dǎo)瓦與軸頸間隙檢查數(shù)據(jù)見表2。

表2 水導(dǎo)瓦與軸頸間隙檢查數(shù)據(jù)表 /mm

設(shè)備廠家設(shè)計的水導(dǎo)軸承總間隙為0.4～0.6 mm。

由于水導(dǎo)軸承的實際間隙小于設(shè)備廠家設(shè)計的下限且水導(dǎo)軸承橢圓度偏大，安裝單位在安裝過程中將該問題向監(jiān)理、業(yè)主提出，由監(jiān)理主持與設(shè)備廠家磋商，但設(shè)備廠家的設(shè)計人員堅持從機組運行的穩(wěn)定性考慮認為該水導(dǎo)瓦合格，不作處理并書面否定了安裝單位提出的問題，監(jiān)理和業(yè)主采納了設(shè)備廠家設(shè)計人員的意見，同意暫時不做任何處理。各導(dǎo)軸瓦安裝成果見表3。

表3 各導(dǎo)軸瓦安裝成果表 /mm

(3)機組運行工況。

水輪發(fā)電機組空轉(zhuǎn)連續(xù)運行6 h 后機組各軸承溫度穩(wěn)定后的記錄見表4，運行時間為當(dāng)年的11月。對應(yīng)瓦溫記錄值運行工況下機組的振動、擺度見表5。

表4 各軸承試運行時溫度表 /℃

3 問題分析

設(shè)備廠家提供的瓦溫保護技術(shù)資料要求:上導(dǎo)軸承、下導(dǎo)軸承、水導(dǎo)軸承報警溫度為65℃，停機溫度為70℃。上述空載運行中水導(dǎo)瓦溫臨界于報警溫度?？紤]到機組僅為空載運行，機組在帶負荷后軸向力會增大從而造成水導(dǎo)軸承溫度上升，加之以上工況為冬季環(huán)境溫度(廠房內(nèi)溫度為10℃左右)，夏季環(huán)境溫度會提高許多(廠房內(nèi)溫度約為26℃左右)，環(huán)境溫度的升高會造成水導(dǎo)軸承溫度升高。綜上分析后認為，該水導(dǎo)軸承空載運行的溫度過高，遂暫停進行負荷試驗。經(jīng)業(yè)主會同設(shè)備廠家、監(jiān)理、安裝單位協(xié)商決定，必須對水導(dǎo)軸承溫度進行處理。

表5 機組振動、擺度表 /mm

(1)對水導(dǎo)軸承冷卻器的冷卻效果進行分析。

①水導(dǎo)軸承摩擦功發(fā)熱量驗算:

式中 K 為間隙比沙麥爾德系數(shù)，經(jīng)計算查表取K 為1.4;ц為圓周速度;L 為軸承高度;δ為水導(dǎo)瓦最小間隙，0.31 mm;D 為水導(dǎo)軸直徑，950 mm;η為運行粘度系數(shù)，LTSA46水輪機油為60℃時摩擦運行粘度系數(shù)為0.002186 kg·s/m2。

機組轉(zhuǎn)速為:426.8 rpm/min;

軸承高度L=0.35 m。

將以上數(shù)值代入公式進行驗算，得水導(dǎo)軸承發(fā)熱量功率為:

②對冷卻器冷卻銅管進行驗算:

按經(jīng)驗統(tǒng)計公式L=14πD 計算，水輪機稀油筒式軸承管內(nèi)流速為1.2～1.5 m/s，冷卻銅管φ17每kW 功取1.2～2 m。

當(dāng)取2 m 進行驗算時，銅管長度L=2 W=85.85 m;取1.2 m 驗算，L=52 m。油冷卻器冷卻銅管長度計算為:

(2)該電站冷卻器為分瓣連接，實際銅管長度不足上式計算長度，約為53 m 左右。通過以上計算表明:該機組冷卻器的冷卻功率基本上在冷卻器效率的下臨界點上，加之技術(shù)供水等外部原因，致使該機水導(dǎo)軸承溫度偏高。該機組水導(dǎo)冷卻器結(jié)構(gòu)設(shè)計緊湊，散熱條件有限，油冷卻器冷卻容量與水導(dǎo)軸承的發(fā)熱量不匹配，偏小。為此，安裝單位提出了兩套解決方案:①增設(shè)水導(dǎo)軸承外冷卻器以增大冷卻效果。②加工水導(dǎo)筒式軸承，增大軸承油膜間隙，減小水導(dǎo)軸承的發(fā)熱量，從而降低運行溫度。

方案分析比較:

方案①:由于水輪機室結(jié)構(gòu)緊湊，空間位置上增加冷卻器容量比較困難，加之增加冷卻器需要在水導(dǎo)軸承油盆上開孔，同時要修改擋油板的結(jié)構(gòu)，從而改變油路循環(huán)路徑，工程量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且處理周期約為8個工作日。經(jīng)濟性分析:業(yè)主詢價購置外置冷卻器約為7000元，加工處理改造油盆費用約為35000元。

方案②:不對油盆進行改造，不改變設(shè)備廠家的設(shè)備構(gòu)造。處理時間:拆除約0.5個工作日，送出加工4個工作日，返回安裝約為1個工作日，總計5.5個工作日。經(jīng)濟性分析:拆除費用約為5000元，加工和運輸費用約為3500元。風(fēng)險:可能造成機組的穩(wěn)定性下降，機組擺度增加。

在對兩方案進行比較分析后業(yè)主決定:對水導(dǎo)軸承進行車床加工，增大水導(dǎo)瓦間隙并修圓，以解決水導(dǎo)瓦軸承溫度過高的問題。

4 問題的處理

根據(jù)業(yè)主的決定，安裝單位將水導(dǎo)軸承拆除，上車床加工，將導(dǎo)軸承總間隙控制在0.52 mm 左右。加工完成后再次回裝，測得水導(dǎo)軸承實際間隙見表6。

表6 水導(dǎo)軸承實際間隙表 /mm

機組帶負荷(36 MW。由于是冬季，水量不足，無法帶滿負荷運行)運行穩(wěn)定后的工況見機組軸瓦溫度(表7)、機組振動擺度運行工況(表8)。

將處理后的間隙代入式(1)進行驗算:

表7 機組軸瓦溫度表 /℃

表8 機組振動擺度運行工況表 /mm

再代入式(2)進行驗證得知，冷卻器能夠保證軸承的功率要求。

從實際運行情況和理論驗證看，通過對水導(dǎo)軸承進行加工，增大了瓦隙，解決了水導(dǎo)軸承冷卻效果不足的問題，也保證了機組的穩(wěn)定性能。從處理的周期上看節(jié)約了時間，從經(jīng)濟上看為業(yè)主節(jié)省了處理的開支，更為重要的是讓業(yè)主提前了發(fā)電的時間，贏得了收益。

第二臺機組水導(dǎo)軸承的間隙與第一臺機組一樣偏小，根據(jù)第一臺機組的經(jīng)驗，在機組啟動前即對水導(dǎo)軸承進行了加工處理。第二臺機組在啟動試驗中各道軸承溫度一次性試驗合格。

該電站在第二年夏季帶滿負荷運行中，兩臺機組各水導(dǎo)軸承溫度正常，振動、擺度正常。

5 結(jié)語

筒式軸承由于加工簡單，運行中穩(wěn)定性好，在機電行業(yè)得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。但筒式軸承間隙的大小與機組運行的穩(wěn)定性關(guān)系密切，間隙大了，機組穩(wěn)定性較差;間隙小了，機組軸承冷卻器的容量必須增大，相應(yīng)油盆的結(jié)構(gòu)尺寸也增大。

在處理類似由于軸承間隙過小、軸承溫度偏高的問題中，改進油流途徑、增加冷卻器容量、增大軸承間隙均有一定效果。但增加冷卻器容量，中小型機組由于空間問題一般較難且施工工藝復(fù)雜;增大軸承間隙相對而言工藝簡捷、處理周期短。該工藝值得同行在處理類似問題中借鑒。