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。

關鍵詞：臥式機組；徑向瓦及推力瓦溫；處理

1.故障表現形式

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?？刂圃?5-55℃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，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，例如各塊瓦受力調整不均勻；推力瓦刮瓦質量不良；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生的熱量增加。針對推力瓦PV值不達標的情況，可以通過調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)結構進行改進，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，能夠實現較好的散熱效果。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.設備結構分析及改進

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，通過對推力軸承的結構進行分析，可以發(fā)現推力軸油冷卻系統(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量，增加冷卻油的油壓來加快油的循環(huán)速度；2.調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；η表示運行粘度系數；u表示圓周速度；Φ表示推力軸直徑；L表示推力軸承高度。

根據公式可以看出，推力軸的發(fā)熱量與軸承間隙比關系較大，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，改造回油道的結構，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)電機組結構，為電站帶來較大的經濟損失。為了實現對瓦溫的有效控制，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濟效益的提高具有重要意義。

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