羅建華

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱　150040)

蒲石河電站上導(dǎo)軸承溫度偏高分析與處理

羅建華

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱150040)

摘要：蒲石河發(fā)電電動(dòng)機(jī)上導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用ALSTOM公司基本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。電站運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)在機(jī)組運(yùn)行期間監(jiān)測(cè)的瓦溫偏高，文章主要對(duì)上導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，找到瓦溫偏高的原因并提出結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案。

關(guān)鍵詞：蒲石河；發(fā)電電動(dòng)機(jī)；上導(dǎo)軸承；溫度

0引言

蒲石河抽水蓄電站裝機(jī)1 200 MW，共安裝4臺(tái)單機(jī)容量為300 MW的發(fā)電電動(dòng)機(jī)組。該電站作為國(guó)家蓄能打捆招標(biāo)項(xiàng)目的一部分，旨在幫助哈電公司消化吸收ALSTOM提供轉(zhuǎn)讓的技術(shù)。該項(xiàng)目哈電為主承包方，ALSTOM公司技術(shù)支持方。

蒲石河電站在投入商業(yè)運(yùn)行后，電站運(yùn)行人員反饋機(jī)組運(yùn)行幾個(gè)月后監(jiān)測(cè)到的上導(dǎo)軸承瓦溫度偏高。哈電設(shè)計(jì)人員通過(guò)對(duì)上導(dǎo)軸承的結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行復(fù)查和分析，找到了瓦溫度偏高的原因是油路循環(huán)存在問(wèn)題，在分析處理的過(guò)程中也得到了一些啟發(fā)，對(duì)今后抽水蓄能導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)布置具有很好的借鑒意義。

1電站反饋信息

電站運(yùn)行人員反饋4號(hào)機(jī)組上導(dǎo)軸承瓦溫度經(jīng)過(guò)幾個(gè)月份的監(jiān)測(cè)，抽水工況最高溫度達(dá)到66.9℃，發(fā)電工況最高溫度達(dá)到67.4℃，油槽最高溫度達(dá)到53℃，在冷水溫度較低的月份，上導(dǎo)軸承瓦溫度和油槽溫度分別可以降低到60℃和50℃以下，但是運(yùn)行人員擔(dān)心在冷卻水溫度較高月份，上導(dǎo)軸承瓦溫度和油槽溫度會(huì)相對(duì)較高。

2溫度值分析

蒲石河項(xiàng)目ALSTOM公司為技術(shù)支持方，總體結(jié)構(gòu)基本方案及計(jì)算均由ALSTOM公司負(fù)責(zé)，哈電公司負(fù)責(zé)在基本方案基礎(chǔ)上進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。ALSTOM公司根據(jù)主機(jī)合同相關(guān)規(guī)定提供參數(shù)限定值為：上導(dǎo)軸承瓦溫不超過(guò)75℃，油槽溫度不超過(guò)60℃，電站反饋的瓦溫度和油槽溫度最高值均未超出限制值范圍，滿足合同要求，只是相應(yīng)溫度值相對(duì)偏高。

ALSTOM公司提供的上導(dǎo)軸承計(jì)算結(jié)論(詳見表1)，上導(dǎo)軸承瓦溫計(jì)算值為62.3℃，電站反饋的最高瓦溫度已經(jīng)超過(guò)計(jì)算溫度。

雖然電站實(shí)測(cè)值滿足合同要求值，但是鑒于導(dǎo)軸承溫度相對(duì)偏高，且業(yè)主提出優(yōu)化要求，哈電設(shè)計(jì)人員認(rèn)真分析了上導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)并提出了具體的優(yōu)化及改進(jìn)方案。

表1　上導(dǎo)軸承瓦潤(rùn)滑計(jì)算

3結(jié)構(gòu)分析

蒲石河上導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)詳見圖1，經(jīng)過(guò)分析，上導(dǎo)軸承瓦溫高應(yīng)該是油路循環(huán)存在問(wèn)題，油槽內(nèi)的油路循環(huán)路徑如圖1所示，通過(guò)滑轉(zhuǎn)子與泵環(huán)之間所形成的間隙泵將油槽內(nèi)的潤(rùn)滑油泵入導(dǎo)軸承瓦參與導(dǎo)軸承潤(rùn)滑，參與潤(rùn)滑及導(dǎo)軸承瓦間未參與潤(rùn)滑的潤(rùn)滑油從導(dǎo)軸承瓦托板后方流油冷卻器進(jìn)行冷卻。該循環(huán)油路的問(wèn)題是導(dǎo)瓦背部無(wú)任何擋油板，造成從泵環(huán)處進(jìn)入的冷油僅有部分參與潤(rùn)滑冷卻，大部分從導(dǎo)瓦背部直接回流到冷油區(qū)，造成導(dǎo)瓦中心線以上的熱油處于上浮死油區(qū)的狀態(tài)，使得油槽內(nèi)為冷熱油的混合。在冷卻水溫度較低的月份，可以通過(guò)油冷卻器的冷卻能力降低油槽內(nèi)混合油溫，從而降低軸承瓦溫度，但是在冷卻水溫度較高的月份，冷卻能力降低，造成導(dǎo)軸承瓦溫度偏高。

圖1　上導(dǎo)軸承ALSTOM結(jié)構(gòu)

4改進(jìn)方案

根據(jù)結(jié)構(gòu)分析，基于機(jī)組已經(jīng)全部投入運(yùn)行，在對(duì)原結(jié)構(gòu)不進(jìn)行大改動(dòng)的情況下進(jìn)行優(yōu)化是基本的原則，共有兩種方案：方案一，分析泵環(huán)與滑轉(zhuǎn)子之間的間隙，找到最優(yōu)的間隙值確保足夠的油流量，增加潤(rùn)滑油的流量降低瓦溫；方案二，在導(dǎo)軸承瓦支撐之間、托板的上方焊接擋油板，在托板之間增加擋油板，使得所有的潤(rùn)滑油必須從擋油板與油位之間的空間回流到冷油區(qū)，消除原有的上浮的熱油死油區(qū)，并且使得流過(guò)導(dǎo)軸承瓦的冷油盡可能多，從而降低到軸承瓦溫度。

4.1方案一可行性分析

根據(jù)上導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)布置，需要對(duì)間隙泵的間隙值與流量進(jìn)行計(jì)算分析對(duì)比。建立間隙泵計(jì)算模型，如圖2所示，確定間隙泵計(jì)算輸入數(shù)據(jù)，如表2所示。

圖2　間隙泵計(jì)算模型

項(xiàng)目參數(shù)備注泵孔入口壓力P0/MPa0.1絕壓泵孔出口壓力H/mm250導(dǎo)瓦浸油高度L/mm50泵孔有效寬度P1/MPa0.1025絕壓(P0+油位)

根據(jù)建立的模型和輸入數(shù)據(jù)選取不同的h值進(jìn)行計(jì)算分析， 得到不同間隙對(duì)應(yīng)的流量，如圖3所

圖3　間隙泵不同間隙計(jì)算結(jié)論

示，通過(guò)計(jì)算可知，間隙選擇5 mm時(shí)候流量最大，說(shuō)明ALSTOM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選用的間隙是最優(yōu)的，無(wú)法進(jìn)行調(diào)整，方案一不可行。

4.2方案二可行性分析

在導(dǎo)瓦支撐立筋之間增設(shè)擋油板1，在導(dǎo)瓦托板之間增設(shè)擋油板2(導(dǎo)瓦托板為分瓣結(jié)構(gòu)，兩瓣之間存在間隙)，從而對(duì)油流形成導(dǎo)向，使得熱油只能從擋油板1上部流出返回油冷卻器進(jìn)行冷卻(詳見圖4)。

安裝過(guò)程需要拆卸上導(dǎo)瓦托板，以便于在托板上鉆攻把合擋油板2的螺孔。加上焊接擋油板1需要的安裝空間，安裝擋油板1和擋油板2需要將上導(dǎo)軸承瓦、托板、泵環(huán)、油槽蓋進(jìn)行拆卸。

圖4　增加擋油板后上導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)

4.3改進(jìn)方案

方案二可以有效地對(duì)冷油形成導(dǎo)向，使得冷油參與軸承潤(rùn)滑后從擋油板1上部的空間回流到冷油區(qū)，能夠有效沖散死油區(qū)熱油，從而降低軸承瓦溫度。但方案二是在已經(jīng)安裝完成的機(jī)組上進(jìn)行的改進(jìn)，實(shí)施起來(lái)稍顯復(fù)雜，需要研究更加徹底的改進(jìn)方案，以便后續(xù)的項(xiàng)目在結(jié)構(gòu)布置過(guò)程中有效避免油路循環(huán)短路問(wèn)題的發(fā)生。在后續(xù)設(shè)計(jì)制造的溧陽(yáng)抽水蓄能電站中，已經(jīng)采用了全新的結(jié)構(gòu)，即導(dǎo)軸承瓦托板采用整圓結(jié)構(gòu)，同時(shí)將導(dǎo)軸承瓦支撐結(jié)構(gòu)由ALSTOM公司采用的多個(gè)單獨(dú)支撐(如圖5所示)改為座圈支撐(如圖6所示)，從而使得座圈與托板之間形成封閉，使得油流按照規(guī)定的流向。

圖5　上導(dǎo)軸承瓦支撐ALSTOM結(jié)構(gòu)

圖6　溧陽(yáng)上導(dǎo)軸承改進(jìn)結(jié)構(gòu)

5結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)蒲石河4號(hào)機(jī)組上導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)的分析，找到了瓦溫偏高的原因是油路循環(huán)存在部分短路的問(wèn)題。通過(guò)增加擋油板強(qiáng)迫油流按規(guī)定的流向循環(huán)能夠有效的降低瓦溫，提出的可行性改進(jìn)方案經(jīng)過(guò)業(yè)主審批已經(jīng)通過(guò)，待適當(dāng)時(shí)機(jī)進(jìn)行安裝實(shí)施，同時(shí)在后續(xù)的抽水蓄能機(jī)組設(shè)計(jì)過(guò)程中，改進(jìn)了結(jié)構(gòu)布置方案，從而避免了油循環(huán)問(wèn)題的發(fā)生。

作者簡(jiǎn)介:

羅建華，男，1983年生，工程師，2006年7月畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)，長(zhǎng)期從事水輪發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)工作。