卧式机组瓦温过高的原因及处理

陈云峰

摘要：在一般小型水电站中，通常选用卧式机组较多，卧式机组一般容量较小、转速高、径向轴承及推力轴会承受较大的力，机组轴瓦通常采用巴氏合金轴瓦。在一般小型水电站中，通常值班人员较少，在技术力量方面较为薄弱，发电机组的故障发生几率较高。本文对卧式机组瓦温过高的原因进行了简单的分析，并提出了处理建议。

关键词：卧式机组；径向瓦及推力瓦温；处理

1.故障表现形式

我站是装机容量为2*1000kW，发电机出线电压为6.3kV卧式混流机组。电站自运行以来，正常发电时，机组瓦温长时间偏高。水轮发电机的径向推力轴瓦是采用巴氏合金制成，最高允许温度为70℃，运行时温度通常控制在45-55℃为宜，超过55℃时属于偏高，达到60℃即发出信号，事故停机。目前我站机组在夏季最高瓦温达到57℃左右，为了防止出现烧瓦故障，只能将发电容量从2000kW降到1500-1700kW，在春秋季节，机组的瓦温也普遍达到了55℃左右，机组的发电容量也只能达到1800kW左右；只有在冬季环境温度较低时，发电机组的瓦温处于正常范围之内，机组能够进行满负荷发电。电站发电机组瓦温过高对发电机组的运行安全及电站的经济效益造成了较大的影响。

2.故障原因分析

发电机组瓦温过高，可能是由多种因素造成的，例如各块瓦受力调整不均匀；推力瓦刮瓦质量不良；个别推力瓦的灵活性受卡阻等等。下面对可能发生的原因进行了分析。

2.1气温过高分析

从日常的气温与机组瓦温记录值来看，瓦温的高低跟气温的高低有直接关系，通常7-8月份当气温高于35℃时，瓦温会偏高3-5℃可能超过警戒温度60℃，1-2月份当气温在10摄氏度以下时瓦温会下降至50℃以下，其他几个月份基本能保证发电机组的安全正常运行。

2.2推力轴承冷却油系统冷却效果不达标

我站的机组装机容量较小，推力轴承油槽和水导轴承油槽是连为一体的，机组在运行过程中推力瓦与径向瓦所产生的热量超过油槽中冷却油的吸收上限，导致油槽中的冷却油无法及时进行吸收和散热，降低了推力轴承冷却油系统的冷却效果，最终导致瓦温长时间偏高。

2.3机房降温通风条件差

由于水电站从建设成本方面考虑，在发电机房的建设上能简则简，导致了机房的降温通风条件极差。机房内部温度直接受到外界的影响，且由于机组本身散发的热量，导致机房温度高于外界温度，在这种情况下，外界温度达到一定程度时，机房内部温度就会超过机组工作环境的临界温度，导致瓦温过高，影响机组的安全正常运行。

2.4推力瓦设计余量不足

推力瓦在设计时厂家为了节约成本常常没有经过校验而导致设计PV值（是指测量值，工艺变量，用来测量承载能力）小于实际运行时的PV值，在发电机组实际运行的过程中，推力瓦所受到力大于设计要求，就容易导致其受到摩擦时所产生的热量增加。针对推力瓦PV值不达标的情况，可以通过调试以及在刮瓦上下功夫来解决。

3.故障处理方案

针对导致发电机组瓦温过高的多种原因，可以选用下面几种方案进行处理。

3.1改善机房温度

针对机房温度过高的问题，做好机房的通风系统，我们通常是打开机组附近的窗户，这样能够有效降低机房内部的温度，临时增加风扇对着轴承位置扇以增加轴承盖附近空气的流通速度，有利于控制机组运行时的瓦温。对机房的改造，通常涉及较大的工作量并且需要消耗大量的建筑材料，实用性不强。

3.2改善发电机组通风冷却系统

通过对发电机组的通风系统结构进行改进，降低其在排除热量时对推力轴承及径向轴承冷却油的影响，能够实现较好的散热效果。但是该方案通常涉及的改动尺度较大，整个环节工序较多，且成本较高。

3.3改善发电机组推力轴承冷却油系统

通过对发电机组推力轴承冷却油系统进行改进来实现对瓦温的控制，该方案所涉及的改造工作量较小，且难度不大，改造成本投入较低。

4.设备结构分析及改进

在对我站发电机组瓦温过高的问题进行仔细诊断之后，可以判断出导致瓦温过高的主要原因是推力轴冷却油系统冷却效果不足所导致的，因此，可以采取以下技术对其进行改造：

4.1增加上油量

径向及推力瓦温度的高低取决于冷却油系统的冷却效果，与径向轴承端盖和主轴密封间隙大小密切相关，通过对推力轴承的结构进行分析，可以发现推力轴油冷却系统的油量不足使循环油压下降，导致油冷却系统的冷却效果无法满足实际需求。对此，采取以下措施进行处理：1.减少带油板与外罩的间隙或增加带油板的数量，增加冷却油的油压来加快油的循环速度；2.调整外罩上油孔与轴承座上油孔之间的密封圈，以免热油被吸进上油孔。

4.2降低推力轴发热量

在增加上油量之后，虽然瓦温得到一定缓解，但是并未从根本上解决瓦温过高的问题，因此，还需要对油冷却系统热油循环油路进行改进。

推力轴承摩擦发热量W具体计算如下：

公式中的K表示间隙比沙麦尔德系数；η表示运行粘度系数；u表示圆周速度；Φ表示推力轴直径；L表示推力轴承高度。

根据公式可以看出，推力轴的发热量与轴承间隙比关系较大，为了降低推力轴的发热量，将发电机组的推力轴间隙适当扩大，可以有效降低推力轴的发热量，实现发电机组整体瓦温的降低。

4.3其它改进措施

为了进一步降低推力瓦温，实现发电机组长期安全稳定运行，还需要做好以下几个方面的措施：

4.3.1推力轴水冷却系统的水循环速度过慢，可以在可能的情况下，适当增大冷却器进水压力；

4.3.2回油道设计不合理，导致热油不能及时回到水冷却器里降温，改造回油道的结构，使热油的回油速度大于冷油的上油速度，保证回油道中不会有太多的热油停留，降低油腔环境温度；

4.3.3由于推力轴采用巴氏合金制造，在高温下容易变形，如果其变形，就会导致推力瓦接触面减少单位面积受力增大摩擦热量增加。因此，可以在推力瓦紧固螺栓位置减少瓦面的接触点，避免巴氏合金在温度过高情况下所产生的微量变形。

通过采取以上措施后，在进行机组运行试验，经长时间运行后，发电机组瓦温上升速度明显降低，且最高瓦温也明显降低。经过改造后，发电机组瓦温一直处于52℃以下，即使在夏季满负荷运行的状态下，瓦温最多也只达到55℃。由此也可以看出，通过此次采取的措施进行改良，发电机组瓦温过高的问题得到了有效解决。

5.结论

在一般小型水电站中，由于各种因素的影响，发电机组的瓦温常常会出现过高的情况。发电机组的瓦温临界温度通常在70℃，一旦超过这个温度就可能导致轴瓦损坏，进一步破坏发电机组结构，为电站带来较大的经济损失。为了实现对瓦温的有效控制，保证发电机组能够长期安全稳定的运行。通常可以采取改造发电机房隔热环境、发电机组通风系统及轴承油冷却系统等方式来实现对瓦温的有效控制，另外，注意设备的定期检查维护工作也十分重要。通过以上，对保证发电机组在高负荷状态下长期安全稳定运行及促进电站经济效益的提高具有重要意义。

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