浅谈桐柏水轮发电机组轴承油循环系统的改造

浅谈桐柏水轮发电机组轴承油循环系统的改造

奚旭东

(桐柏电力工程管理局，浙江 天台317200)

【摘要】桐柏电站报废重建时，将机组轴承油润滑循环系统从原机组的内循环改为外循环，本文分析比较了内外循环的优缺点，得出新的循环方式——双循环方式，并提出了在外循环系统上的改造意见。

【关键词】轴承油润滑；内外循环比较；双循环系统；外循环上的技改

中图分类号：TV734.1

On reform of Tongbai hydroelectric generating set bearing

oil circulation system

XI Xudong

(TongbaiPowerEngineeringAdministration,Tiantai317200,China)

Abstract:When the Tongbai Hydropower Station was scrapped and rebuilt, unit bearing oil lubrication and circulation system was changed from the inner circulation of original unit to outer circulation. In the paper, advantages and disadvantages of inner and outer circulations are analyzed and compared to obtaining a new circulation form, namely dual-circulation form. Reform suggestions on outer circulation system are proposed.

Key words: bearing oil lubrication; inner and outer circulation comparison; dual-circulation system; outer circulation technology reform

浙江省天台县桐柏电站于2004年10月进行机组报废重建时，对机组做了重大改造。

桐柏电站新、老机组均为混流卧式机组；工作水头300m，转速1500r/min，均采用二支点支撑。新、老机组轴承在结构上有些差异，主要为老机组推力轴承在前轴，新机组推力轴承在后轴，差别不是很大，但油润滑循环系统却有很大差别。

1轴承油循环的工作原理

机组的大轴是依靠轴承来对其作径向和轴向移动的限制作用。它们一动一静，其间将产生极大的摩擦力，进而产生大量的热量，使轴承温度激剧上升，直至烧毁轴承。为减少两者之间的摩擦力，在它们之间加入润滑剂，由润滑剂将轴和轴瓦分开，使轴和轴瓦都与润滑剂相摩擦。润滑剂为什么用油而不用水呢？主要有两个原因：

a.油具有质量轻、摩擦系数小的特点。

b.油的黏滞系数要比水大得多。

实验证明：在压力作用下，水很快就断开了，而油却不会。用油作为润滑剂正是利用油的这种特性。在轴瓦和轴间加入油后，大轴转动带动油运动，由于油的粘滞性而形成油膜，只要在进油口不断地进油，就能保持油膜的稳定性。这样油既起了润滑的作用，又由于油不断地从出油口流出而带走了热量。

2内、外循环优缺点比较

桐柏电站老机组采用的是内循环形式，即在推力镜块的径向上安装了刮油板。通过大轴的转动，自动将下层冷油带到上层。到达上部的油一部分进入注油孔产生油膜，其余部分从瓦背流落，带走一部分热量。从瓦隙和瓦背出来的热油经水冷器冷却下沉到轴承墩下层，这样就形成了一整个循环。

新机组油循环采用外循环。在厂房项30m高处设一高位油箱，由管道自流，流经冷却器后到达轴承顶盖，进入轴承，再从轴承底部流出，流入到回油箱。通过油泵将回油箱中的油打到高位油箱，这样完成了一个循环。

两种循环各有优缺点，比较如下：

a.投资费用上。内循环具有重大优势，内循环制造工艺简单，只需几块铁片即可。而外循环需要庞大的管路和笨重的油箱，以及各种配套设备。且内循环很省油，只需一桶油，而外循环需要40～50桶油。

b.运行费用上。内循环不需要外力，只要机组转动就能自动循环，几乎不需费用。外循环则需多台11kW的电动机不断运行才能实现循环，费用可想而知。

c.运行和检修简洁和方便上。运行时内循环对油的监视只有油位一个，而外循环不仅要监视回油箱、高位油箱，还要监视油管、各种阀门和示流信号器，增加运行工作量，检修也极不方便。

d.外循环有个致命弱点，就是不能断油流。一旦断油，即使马上停机也不能阻止烧坏轴瓦的悲剧。那是因为断流后轴承间隙没有油能持续油膜的连续性，使轴承由于干摩擦而直接烧毁轴瓦。而内循环则不管怎样都不会断流，就像人类有自身免疫力一样，内循环有而外循环没有。

e.散热性能上。外循环由冷油直接进入轴承，且不在轴承内滞留，轴承间隙进油量大，能带走大量的热量，且油自身散热条件好。内循环在轴瓦的上瓦背基本带不走热量，上层油温基本和瓦温接近。且轴承内的油量本身就不够多，自身散热条件也差。经过长时间的运行，往往使瓦温稳定在较高的位置。这是在老机组最后几年的运行中得出的经验。

3油循环系统的优化方案

从以上比较来看，内循环远远胜于外循环。但不足的是内循环使轴承温度过高。在机组运行当中，经常因为轴承温度过高而停运检修。且检修并非每次都顺利，因为刮瓦等多种工序都会花费大量时间。若将这些时间都用在发电上，将带来更大的效益。从提高效益上来说，采用外循环要比内循环更经济，而且大大减少了检修人员的的精力和物力。因此，到底孰好孰坏不能轻易的判断，往往难以取舍。

那么是否有更好的办法呢？答案是有。这就是一双循环系统：在内循环的基础上，在轴承瓦背上开个孔，再通上冷却水。这样，在轴承瓦的摩擦表面就有油膜产生，而不通过冷却水对瓦的热量进行散发。这种方法在理论上来讲倒是很好，但在实际应用中，首先，制作工艺较难且复杂，其次，难以保证接头不漏水，如果漏水，水混到油中进入到轴承间隙将破坏油膜，轴瓦将被烧坏。因此该方法的实用可靠性不强。

在内循环的基础上加一个小油泵，让其在轴承底部抽油，打压到轴承项盖后流到轴瓦上部。由于流体都有对流现象，热的上升，冷的下降。这样，在轴承底部的油相对来说较冷。在原来的老机组中确实存在这种现象，轴承放油口的油温基本接近常温，而轴承上盖的温度却烫手。笔者认为这个方案切实可靠。它有如下优势：

a.虽较内循环投资要大，但相差不多，且有较好的散热功效。相对与外循环而言大大节约了投资。

b.用油省，因为其管路较小，容量有限。

c.运行与检修方便。可以在通往顶盖的油管中采用软管，检修时，只要取出软管就可以了。

d.即使在油泵停运的情况下，也能通过内循环保持轴承间隙内有足够的油产生油膜。而不至于烧毁轴瓦，最多不过上升点温度而已。

综上所述，这个方案介于内循环和外循环之间，但更接近于内循环。它既解决了内循环散热能力差的问题，又消除了外循环的致命弱点。因此这个方案值得推广和应用。

4在外循环系统上的改造

桐柏电站已经改造成外循环系统，在经济投资上已成定局，那么如何改良外循环系统致命的弱点呢? 桐柏电站新机组断油的可能性很小，它采用三段保护确保不断油。在回油箱里有三只油泵；1号、2号油泵互为备用，3号泵为直流泵，是事故备用泵。三段保护：第一段1号、2号互为备用；第二段事故备用泵投运；第三段靠高位油箱里的储油自流来达到最终的保护。从保护的条件来说，应该相当完备，断流几乎是不可能发生的。但我们要考虑事情的不确定性，即使在这样的保护下亦有可能断流。

如果轴承断油，是因为轴承不储油。是否有一个既不能储油又不能断油的好办法呢？有一个设想，将轴承进油口和出油口互换。即进油口在轴承底部，而出油口放在轴承顶盖。再将进油口处加装单向阀。其工作基理如下：

从轴承底部流入的压力油不挤满轴承是流不出来的，只有挤满了轴承才能在上口流出，这样就在轴承内部储满了油。并且顶盖上排走的是上层高温油，这样油的散热效率会更好。而且可将高位油箱放低点，将油流速放慢点。即使管路断油后，因为单向阀防止油从进油口流走，出油口因无压断流。所以轴承内充满了油，能使各摩擦部位都有油膜。即使温度上升也不会马上有烧毁轴瓦的危险。

5结语

以上是笔者对油循环系统的一些见解。本文在小型机组上更倾向选取在基础于内循环系统上改造的双循环系统。在实际运行中，以前的老机组也有温度很高的时候。而由多年的运行经验得知，温度高不一定会烧轴瓦。桐柏站老机组在运行时曾达到76℃而不烧轴瓦。笔者认为：烧轴瓦只有在事故状态下出现，高温和烧轴瓦没有必然的因果关系，只有急剧的温升才会烧轴瓦。且内循环系统只要机组的质量过关，安装水平高，也能使轴承达到较好的温度。

参考文献

徐招才，孙力.水轮发电机组辅助设备及自动化[M].北京：中国计划出版社，1999.

水电企业率先受益新电改

今年以来，新一轮电力体制改革启动，开启了万亿电力市场改革大幕。在国家发改委分别就新能源发电、需求侧管理、输配电价改革试点和跨省跨区电力交易出具指导方案的大背景下，新电改、国企改革和新能源发电成为电力股投资的三大主线。

水电企业率先受益新电改

2014年11月，国家发改委制定《关于深圳市开展输配电价改革试点的通知》，拉开了新一轮电力体制改革的序幕。2015年3月，中共中央和国务院联合下发了《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》(下称“新电改9号文”)作为本轮电力体制改革的纲领性文件，标志电改正式开始。目前新电改五大关键配套文件相继浮出水面，包括电力市场建设、交易体制改革、发用电计划改革、输配电价改革和售电侧体制改革等五个电力体制改革关键性配套文件已形成征求意见稿，提出在今明两年先在全国范围选择2至3个省份进行综合试点，放开工商业大用户参与售电侧市场，根据负面清单开放社会资本组建售电商。

“新电改的速度还是超出预期的。下一步主要看输配电价改革试点区域的改革进展。”匿名分析师认为，输配电价改革是全面推进电改(售电放开、竞争环节电价放开等)的先行条件。从电改重点看，首先，放开大用户直供电，利于发电企业，利于高负核区域的电力企业;其次，推动售电侧改革。在目前输配电价改革试点范围上，6月5日，发改委又将贵州省列入输配电价改革试点范围。“所以，在相应的区域龙头电企，如深圳能源、内蒙华电、皖能电力、湖北能源等都值得关注。”分析师如是说。

对于售电市场改革带来的利润空间，华泰证券测算，目前电网购销差价在0.2元/千瓦时左右，按2014年5.52万亿千瓦时全社会用电量来测算，总计将有1.1万亿元的购销差价重新分配，这对行业的影响是颠覆性的。若售电侧有10%的收益，则可贡献超过千亿的利润蛋糕;若有20%的利润，则可贡献2200亿元左右的利润。“电力体制改革是2015年改革的重点攻坚任务。预计政策上会陆续下发售电侧改革指导文件和下发售电牌照，电改的高潮即将到来。电力产业链利益重构持续进行，受益领域包括水电、小电网及大中型火电、大型地方发电企业等。”研究人士分析道。

这边具体改革目标尚未落定，而那边资金早已积极启动。近期，各地方纷纷成立售电公司，就连国网也在积极谋划争取参与竞争性售电业务。“售电综合试点地区名单或从内蒙古等已获批的7个输配电改革试点地区中诞生，五大发电集团有望获首批售电牌照。”业内人士判断认为，电力销售体制的改革将直接利好发电类上市公司，特别是以水电为代表的发电企业将会在发电侧竞争中占取先机。原因在于：第一，电价提升空间大。目前，我国水电上网平均电价为0.301元/千瓦时，是我国各能源发电电价水平最低的，较燃煤电厂平均上网电价低0.08元/千瓦时，随着改革力度的加大，电力市场化推进，水电竞价上网优势明显，电价水平提升空间巨大。第二，装机规模持续扩张，调节能力增强。

截至4月底，全国6000千瓦及以上水电装机容量达到2.66亿千瓦，累计增速为8%，水电机组占全国装机容量的比重为19.9%，预计全年新增水电1400万千瓦。近两年，投产了一批大型调节性水电站投产，如溪洛渡、锦屏、糯扎渡等，这些调节性较好的电站可增加蓄水，平衡电量分配，增发枯水期电量，提升行业盈利。因此，在具体投资标的上，券商们纷纷推荐闽东电力、黔源电力、浙能电力等地方电力龙头公司，认为这些公司在本轮电改中有望获得最大收益。

国企改革利于电企盈利能力提升

“国企改革”也是本轮电改过程中的关键要素，国企改革进程变化会进一步提升电力行业盈利程度。电力板块上市公司中，除个别为民营企业外，绝大多数都被央企及地方国企控股。虽然以前电力销售主要是通过国家电网，但随着未来售电侧的放开，各路资本也纷纷涌入，拥有国资背景的发电企业参与售电的概率或将更高。

由于地方发电企业有以下优势：①拥有深厚的政府背景，在技术和人员上也都具备资格，是率先获取售电牌照的主体。②从成本来看，由于发电企业可以直接和大用户协商电价和电量，地方电网公司外购渠道除两大电网之外可以从发电企业直接购买。外购电主体的多元化能有效提高公司的谈判地位，降低外购电成本。③发电企业有进入售电领域的内在动力，收购地方电网公司是最快捷的方式之一，因此此类公司在并购市场上身价倍增。④业务外延扩张，地方发电企业和电网企业都是当地的上市平台，在国有资产证券化的浪潮中，地方政府可能将供热供气供水等相关资产陆续注入到上市公司中，公司的资产规模将快速上升。

因此，在投资机会把握上，分析师建议可从两点来入手：首先，国有资本投资改革试点改变，让地方性的发电企业拥有电源资产，结合区域背景有望争取到更多大中型工商业用户，更大可能受益于售电侧放开，代表公司有国投电力等。其次，资产证券化角度，在本轮国企改革政策驱动下，电力行业资产证券化有望提速，其电力行业基本面的改善为后续资产注入带来可能。

“当前电力行业处于体制改革及国企改革影响的关键时期。”国泰君安认为，国企改革顶层设计方案及其配套措施出台，特别是关于混合所有制改革、消除同业竞争等方案措施的出台，将成为电力行业国企改革专题投资的催化剂，央企和地方国企先行先试案例也将引燃电力板块国企改革行情。

在具体投资标的上，其推荐综合受益于国企改革和新电改的赣能股份。而对于国企改革先行领域(央企及五省三市地方国企)、大股东有明确资产注入承诺的电力公司按照注入空间，国泰君安认为第一梯队主要有华能国际、国电电力、大唐发电、豫能控股、皖能电力、长江电力、内蒙华电、东方能源、华银电力等，其中国电电力大股东国电集团在2014年7月承诺每年财务决算后核查，满足条件后3年内注入。第二梯队有甘肃电投、粤电力A、大连热电、宁波热电等。其中宁波热电大股东宁波开发投资集团承诺，2016年底前完成资产注入。

新能源发电迎来历史最好时机

我国大力发展清洁能源势在必行，核电、光伏和风能等新能源将会是未来我国电力领域重点发展的电源。而且新能源具备逆经济周期属性，且受益于“一带一路”国家战略，新能源政策与项目投资规模有望继续加码。光伏方面，2015年3月，国家能源局印发的《国家能源局关于下达2015年光伏发电建设实施方案的通知》中确定了2015年全国新增光伏电站建设规模17.80GW的目标，2015年国内将迎来装机大年。

而风电方面，记者获悉，国家能源局等部门可能计划将“十三五”风电最低装机目标由200GW上调至250GW，“十二五”第五批风电项目核准计划34GW创历史新高，结合即将启动的海上风电，中长期需求增长空间打开。而核电方面，2015年3月，国内核电重启终于兑现，国内核电2016年开始迎来开工与核准高峰，万亿市场即将打开。

以核电行业为例，其已成为未来我国电力领域重点发展的电源。因核电建设有利于提升国家整体装备制造水平，因此国家也给予了多项政策支持及税收优惠，并且加快了核电项目审批等等。具体来看，巴基斯坦项目采用华龙一号堆型进入可开工状态，罗马尼亚CANDU堆项目也处建设中，而阿根廷项目更是获得顺利签单。

在核电投资机会上，中电投合并、中国核电上市则是年内大事件，其进程变化对核电企业估值带来了很大影响，电力市场中的许多投资热点变化很多也与之进程息息相关。考虑到目前核电系央企主要有中核集团、中广核集团、国家电力投资集团(中电投+国家核电)、中核建，上市企业只有中广核电力(H股)、中国核电(6月10日A股上市)和原中电投旗下6家A股上市公司，其资产证券化率很低，这为核电央企并购重组、提高核电资产证券化率提供了可能。另外，随着中国核电在6月10日上市，带动了电力板块中相关参股核电公司估值上行，具体受益标的主要有浙能电力、大唐发电、申能股份、华能国际、赣能股份、皖能电力、长江电力、湖北能源、上海电力等。

作者：北极星电力网 2015-06-16

http://shp.mwr.gov.cn/xyywgzdt/201506/t20150616_685744.html