长洲电站灯泡贯流机组推力瓦脱落原因分析及处理

2018-02-20 16:27付雪辉
小水电 2018年2期
关键词:长洲环向东芝

付雪辉

(国家电投广西长洲水电开发有限公司,广西■梧州■543002)

1 概 述

长洲水利枢纽位于广西梧州市上游12 km的浔江干流上,枢纽横跨三江两岛。工程安装15台单机容量42 MW的灯泡贯流式水轮发电机组,其中1F、2F、9F机组为天津阿尔斯通水电设备有限公司制造;5F、6F、10F、11F机组为东方电机股份有限公司制造;3F、4F、7F、8F、12F、13F、14F、15F机组为哈电—东芝公司联合制造;总装机容量为630 MW,年设计发电量30亿kW·h,是1座以发电为主,兼顾航运、灌溉等综合效益的大型水利枢纽工程。

2 灯泡贯流机组轴承工作情况

长洲电站机组采用双支点双悬臂结构,发电机侧的导轴承与正、反推力轴承组合在一起,承受发电机重量和径向力;同时又承受轴向正、反方向推力的轴承,称为组合轴承。发电机导轴承承受发电机转子的重量和偏心磁力等引起的径向力,发导轴承通过支持环将发电机的重量和径向力传至内管形壳。正向推力轴承承受机组运行时水流对水轮机产生的轴向推力,它主要由正推力瓦、推力环(镜板)和抗重盘组成。 反推力轴承主要由反推力瓦、反推力环组成,承受机组停机过程中水锤反向冲击力。水导轴承位于大轴的水轮机侧,由于水轮机转轮为悬臂形式,所有水导轴承除了承受水轮机的重量外,还要承受由于水力不平衡和水轮机重心偏移等带来的径向力。

哈电—东芝机组的正推力瓦采用钢衬浇铸巴氏合金结构,扇形分块式,分为12块,成圆周布置。正常运行情况下,正推力瓦与镜板之间通过润滑油进行润滑冷却(24 m层轴承高位油箱自流至-3.8 m层轴承处),且在开停机过程中,发导轴承底部注入高压油,将大轴微微顶起,以便开机前在各轴瓦间建立油膜。

3 故障分析

长洲电站自投运以来,哈电—东芝机组多次出现正向推力瓦面开裂、脱落现象,公司与厂家多次组织研究分析,查找正向推力瓦面开裂、脱落的原因,并对正向推力瓦面巴士合金进行化学成分和金相组织的检测,其检测结果均为合格;且现场安装的推力瓦都进行了脱氢处理,使钨金与钢制瓦坯表面的结合力达到最佳。在排除瓦本身质量问题后,对振动、受力、疲劳等各方面原因进行了分析。

(1) 推力瓦的撑受力部件(如轴承支架、正向推力轴承壳)刚强度低,固有频率未避开干扰频率(与水轮机转频相关),导致共振;致使瓦受脉振力,使乌金层出现疲劳断裂。推力轴承支撑的第一阶轴向固有频率为28.693 2 Hz,不会引起共振。通过现场测试数据来看基本与计算值相符,所以不存在正向推瓦受力支撑部件刚度不足及变形过大的问题,也不存在共振现象。

(2)机组轴承结构正推瓦受力调整及12块正推瓦形成的承载面与镜板平行度的调整安装工艺要求较高,各瓦受力的均匀性需严格控制。从历年机组正推力瓦损坏情况可以看出有受力不均的情况存在,有的瓦开裂,有的未裂。安装时各瓦调整不均匀、安装质量不高、使受力不均是造成瓦乌金脱落原因之一。

(3)推力瓦在运行时,瓦倾斜而产生的油楔理论上是稳定的,不会出现瓦面受力的波动及瓦面疲劳破坏的问题。正向水推力传递路径为:镜板→正推力瓦→推力轴承壳→轴承支架。轴承支架为锥形支撑,受力后不会产生环向的波浪变形。推力轴承壳为焊接结构,轴承壳外部焊接12个加强筋,在加强筋之间设置有支撑推力瓦用的12个支柱螺钉,为环向对称结构。推力瓦调平后各支柱螺钉受力均匀,轴向变形一致,不会导致各推力瓦面出现环向波浪变形。因此,轴承支架及推力轴承壳不会引起瓦面力的振动。

(4) 对比实心镜板和空心镜板的特性,空心焊接镜板可能是瓦面产生振动力的根源,在正向推力负荷稳定的情况下,由于空心镜板环向的轴向刚度的不均匀会产生环向波浪度,镜板旋转时各块推力瓦油膜厚度就会时大时小(即会发生瓦面受力波动),导致钨金层疲劳剥落。

初步分析原因为瓦面受到疲劳振动,导致瓦面出现裂纹在油膜压力及温度的作用下发生的整块脱离现象。长洲哈电—东芝机组正向推力较大(663 t),转速较低(75 r/min),即使采用了#68润滑油,油膜厚度也仅为0.03 mm。油膜厚度在0.035 mm以下时通常采用整锻实心镜板以减小镜板环向波浪度对油膜的影响;油膜厚度大于0.035 mm通常采用焊接空心镜板。由于油膜厚度足够大,镜板波浪度对油膜影响较小,长洲哈电—东芝机组的推力轴承油膜厚度正好处于临界的0.030 mm,因此使用整锻实心镜板应该更适合。

4 改造方案

4.1 采用整锻实心镜板

将哈电—东芝机组的镜板由焊接空心镜板改造为整锻实心镜板,镜板尺寸与原焊接镜板尺寸一致,分为2瓣。由于尺寸不变且镜板重量有所增加,为此对径向轴承进行了核算,计算结果油膜厚度满足运行要求。为减小正向推力瓦变形,正向推力瓦厚度由125 mm增厚到175 mm,镜板厚度相对减薄,这样径向轴承润滑参数更加优良。

由于为正向推力瓦变厚留出空间,在正向推力瓦位置镜板减薄75 mm,两瓣之间由径向及环向销钉定位;2瓣之间由28个M42 螺栓把合,对把合螺栓应力进行计算,可以确保镜板稳定运转。对改造前镜板及改造后镜板的刚度进行计算,改造后镜板刚度均优于改造前镜板。

4.2 优化正向推力瓦

(1)正向推力瓦内直径由1 350 mm减小到1 300 mm,正推力瓦外径由2 250 mm增加到2 280 mm,增大正推力瓦的面积,降低单位压力,提高油膜厚度。

(2)正推力瓦厚由125 mm增厚到175 mm,以减小正向推力瓦变形;周向偏心由6.7%增大到10%,更利于油膜建立。

5 加强运行监视管理

为确保哈电—东芝机组运行正常,运行人员也采用多种手段加强监视分析,以便能及时发现机组的异常情况。

(1)加强对机组的监视分析。按照《发电运行监盘分析表》的要求加强对机组各部瓦温的监视,定期调用曲线分析温度的变化趋势,了解机组运行过程各部温度变化情况;定期对机组轴承润滑油冷器进行倒换、清扫,以保证正常的冷却效果。

(2)监视机组运行工况。一是监视在线监测数据,确保各部数据在允许范围之内,二是加强现地的检查,确保机组运行工况正常。汛期运行时,加强对拦污栅前后压差的监视,及时进行拦污栅清污工作,避免哈电—东芝机组在振动区运行。

(3)制定《哈电—东芝机组轴瓦月度分析报告》,分析一个月内哈电—东芝机组正推、反推、发导、水导、润滑冷油、润滑热油温度变化趋势,按每周最高点做出变化曲线,掌握哈电—东芝机组轴瓦温度变化情况;按月度进行机组在线监测状态分析,了解运行机组工况的变化趋势。

(4)定期进行哈电—东芝机组组合轴承内部检查,利用内窥镜进行镜板及推力瓦运行情况的检查。

6 结 语

长洲哈电—东芝机组的镜板采用了整锻实心镜板,并将正推力瓦进行优化,增大正推力瓦面积,降低单位压力,并增加瓦的厚度,更有利于油膜的建立;运行过程中加强监视分析,采取多种手段保证机组最优运行工况。

自改造投运以来,机组运行稳定,各轴瓦温度正常,未出现正推力瓦面脱落现象,保证了机组的安全稳定运行。

参考文献:

[1]韩笑伟,灯泡贯流式机组正推力瓦巴氏合金脱落原因分析及对策[J].广西水利水电,2016(6):48_55.

[2]刘国选.灯泡贯流式水轮发电机组运行与检修[M].北京:中国水利水电出版社,2006.

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