郭宏亮++王長志

【摘 要】 仙居抽水蓄能電站是目前我國單機(jī)容量最大的機(jī)組，由于其額定轉(zhuǎn)速和軸徑都相對較高，以至于發(fā)熱功相對于普通電站來說要高很多。而這個項(xiàng)目中要求采用傳統(tǒng)的內(nèi)循環(huán)的冷卻方式，這就對水導(dǎo)軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特別是冷卻器的冷卻能力設(shè)計(jì)提出了很高的要求。本文介紹了仙居水導(dǎo)軸承的大致結(jié)構(gòu)、發(fā)熱功的計(jì)算，并結(jié)合首臺機(jī)的運(yùn)行來做參考和對比。目的是為以后的抽水蓄能項(xiàng)目積累更多的經(jīng)驗(yàn)和豐富結(jié)構(gòu)形式的選擇余地。

【關(guān)鍵詞】 水導(dǎo)軸承 冷卻器 發(fā)熱功率 額定轉(zhuǎn)速

仙居抽水蓄能電站是目前國內(nèi)單機(jī)容量最大的抽水蓄能電站，電站位于浙江省仙居縣湫山鄉(xiāng)境內(nèi)，處在浙東南中心地帶。本電站安裝4臺單機(jī)容量為375MW的混流可逆式水輪發(fā)電機(jī)組，水輪機(jī)額定水頭為447m。本電站年平均發(fā)電量25.125億kW·h，年平均抽水電量32.63億kW·h，年發(fā)電利用小時1675h，年抽水利用小時2175h。電站建成后，以500kV一級電壓等級接入浙江電網(wǎng)，在電網(wǎng)中承擔(dān)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相和事故備用等任務(wù)。

冷卻水溫度最高33.6℃，最低3.8℃，平均19.1℃。機(jī)組額定轉(zhuǎn)速385rpm，飛逸轉(zhuǎn)速500rpm，軸領(lǐng)直徑1450mm。

1 結(jié)構(gòu)簡圖（圖1）

2 結(jié)構(gòu)形式簡介

水泵水輪機(jī)導(dǎo)軸承為稀油潤滑導(dǎo)軸承，導(dǎo)軸承位置盡量靠近水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪。導(dǎo)軸承為分塊瓦式，并考慮在機(jī)組兩個旋轉(zhuǎn)方向上有相同特性，所以水導(dǎo)瓦不做偏心設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)上考慮不拆卸導(dǎo)軸承就能檢查、調(diào)整和更換主軸密封元件，這就要求下油箱不能太大，否則占用頂蓋內(nèi)有限的空間影響施工操作。在軸承蓋板上采用接觸式油擋，防止油箱內(nèi)甩油，并且阻擋油霧擴(kuò)散。導(dǎo)軸承和其支座有足夠的強(qiáng)度和剛度使其能夠承受在任何可能發(fā)生的運(yùn)行工況出現(xiàn)的最大轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速變化和承受最大徑向荷載，并傳遞到水泵水輪機(jī)頂蓋上。水導(dǎo)軸承允許主軸軸向移動。軸承體采用鋼板焊接制造，軸瓦采用巴氏合金和鑄鋼材料。廠內(nèi)生產(chǎn)時通過超聲波探傷檢查儀器對巴氏合金與鑄件的結(jié)合情況進(jìn)行檢查，至少有99%以上的面積接觸，才能確認(rèn)合格。油箱是兩瓣結(jié)構(gòu)，用螺栓把合，分瓣油箱由鋼板焊接?，F(xiàn)場安裝時在油箱分瓣面上涂抹密封膠。油箱蓋設(shè)有觀察窗，用于觀察郵箱內(nèi)潤滑油的循環(huán)狀況。在下油箱底部設(shè)有取油樣的放油接口和手閥。冷卻器布置在下油箱里，冷卻銅管內(nèi)通冷卻水。在正常連續(xù)運(yùn)行條件下，當(dāng)冷卻水溫為30℃時，軸瓦溫度不得超過70℃，軸承油溫不得超過60℃。冷卻器的冷卻水源取自廠內(nèi)供水系統(tǒng)，最大冷卻水壓2.3MPa。水導(dǎo)軸承潤滑油采用中國GB11120-89，L-TSA-46汽輪機(jī)油。水導(dǎo)軸承裝配中還設(shè)置了測溫電阻（測瓦溫和油溫）、油位計(jì)和油混水報(bào)警裝置。如圖2所示。

3 設(shè)計(jì)的難點(diǎn)要點(diǎn)

相對于其它水輪機(jī)，本機(jī)組轉(zhuǎn)速較高，相應(yīng)的轉(zhuǎn)動線速度和發(fā)熱功都很高，對軸承的冷卻能力是個很大的考驗(yàn)。在額定轉(zhuǎn)速下，通過傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得出發(fā)熱功率為232KW，由BEARDES軟件計(jì)算得出的發(fā)熱功率為130KW。冷卻器的設(shè)計(jì)按照高的發(fā)熱功來設(shè)計(jì)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式估算，至少需要48根環(huán)形的銅制冷卻水管。而在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，盡量在空間允許的范圍內(nèi)多布置銅管，并且采用翅片形式的銅管以增加換熱能力。如此設(shè)計(jì)制造出來的冷卻器應(yīng)該具有足夠的冷卻能力。為了保證透平油的冷卻循環(huán)順利有效，在軸承體上開24個φ95的通油孔，以聯(lián)通上下油腔。在冷卻器的框架上設(shè)置一圈擋油板，使得透平油的流動盡量經(jīng)過冷卻銅管，以提高冷卻效果。理論計(jì)算中冷卻水的流量是按照溫升2℃來確定，而根據(jù)一號機(jī)實(shí)際運(yùn)行的情況來看冷卻水的溫升只有1℃左右。說明冷卻器的換熱能力滿足了實(shí)際需要，并且有很多的余量。

4 機(jī)組運(yùn)行情況

目前仙居首臺機(jī)已經(jīng)投入商業(yè)運(yùn)行，水導(dǎo)軸承的表現(xiàn)良好，瓦溫在50℃左右，油溫在30℃左右。說明此水導(dǎo)軸承的設(shè)計(jì)能夠滿足電站運(yùn)行的需要。

5 結(jié)語

在目前國內(nèi)的抽水蓄能電站中，水導(dǎo)軸承多數(shù)采用的還是外循環(huán)冷卻的形式，但相對的造價(jià)更高，結(jié)構(gòu)也更復(fù)雜。仙居成功地采用內(nèi)循環(huán)冷卻形式的軸承，也為今后建設(shè)抽水蓄能多提供了一個可選擇的軸承樣式。可根據(jù)空間、造價(jià)等方面來綜合選擇軸承的冷卻形式。