深蓄电站1#机上导冷却器问题分析及技术改造

李展 陈弘昊 杨昭 裴军 陈志明

摘 要：文中通过对深蓄电站1#机上导瓦温过高分析，发现冷却器在实际应用中存在的问题，并加以改造，通过改变油流路径，对设计进行优化，增加热交换效率，从而有效的解决上导瓦温过高的问题。

关键词：冷却器；上导；技术改造；设计优化

中图分类号：TV734.2 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）01-0150-02

Abstract： Through the analysis of the excessive temperature of the guide bush on the #1 unit of the deep storage power station， the problems existing in the practical application of the cooler are discovered， and the problems are solved. By changing the oil flow path， the design is optimized and the heat exchange efficiency is increased. Thus the problem of high temperature of upper guide tile can be solved effectively.

Keywords： cooler； upper guide； technical reform； design optimization

1 概况

深蓄水轮发电机为立轴、半伞式、三相可逆式凸极同步发电电动机结构，发电电动机上导轴承采用内循环结构，推力及下导轴承采用外循环结构。上导轴承采用分块瓦，管束式内循环油冷却的方式，冷却器采用纯铜管交错排列型式，共5层，每层15根，分瓣结构，属于浸没式热交换，轴承运转产生的损耗使油温上升，以润滑油为载体，将热量传给冷却管，再通过管壁传入水中，即传热介质为油-铜-水，最后损耗由水带走，热交换达到平衡，瓦温稳定在一个安全运行的温度。

上导油盆设计有泵环，通过大轴旋转形成油盆内部的油流动，该原理为热油从导轴瓦面出来经过冷却器充分冷却后变成冷油，再通过泵环进入导轴瓦。此方式为热对流方式传热，提高了油的冷却效果。上导负荷268.4kN，额定转速428.6r/min、飞逸转速659r/min。

2 事件介绍

2017年9月19日，1#机组首次冲转試验及升速试验，机组转速到达100%Ne后维持该转速20分钟，检查瓦温温升情况；发现上导瓦温随着机组100%转速稳定运行时间增加，温度成逐渐上升趋势，未见平缓，最高瓦温65.5度，观察上导冷却水进出口最大温度差0.8度。

3 原因分析

3.1 测温电阻RTD是否故障

对上导瓦温进行了校准试验，防止传感器原因报错误信号：

（1）用温煲对上导瓦温进行温度曲线校验，检查是否是RTD本身精度原因；（2）电阻箱测试监控读数精度，检查是否是线路电阻影响。

3.2 冷却水流量是否满足

由公式知，额定工况运行时轴承损耗P为定值，冷却水流量QS与进、出水温差？驻TS成反比，水量过小，瓦温可能高，水量过大，水温升就过低，对热交换有利无害，对带走的损耗有利，但对水电站经济运行是一种浪费，还有冷却系统输水管道规定水速不超过3m/s，水速底点对热交换影响不大。

3.3 冷却管有效的散热面积是否足够

主要从以下几点分析：（1）冷却器设计容量是否足够；（2）冷却器内部设计是否合理，是否会因为安装原因导致内部管路短路；（3）上导轴承润滑油量是否足够；（4）冷热油交换，油流是否全部经过冷却器。不管上述哪种原因，都能造成冷却器实际使用面积低于设计使用面积，从而导致产生的热量不被带走，致使瓦温过高。

4 问题分析查处

上导冷却器改造前，当瓦温运行至47.15℃～51.47℃（8块瓦，最大温差4.32℃）时，冷却器进水温度为27.39℃、出水温度为27.88℃，温差仅0.49℃。其中，热油从34℃升至44℃，升幅约10℃；冷油从31.5℃升至39.6℃，升幅达到8℃。其上升趋势基本呈同一速率，最终热油温度达到53℃以上。RTD虽然有测量误差存在，不管是RTD本身也好，线路电阻影响也好，但都不影响温度的整体趋势变化，所以RTD误差不是造成瓦温过高的真正原因，冷却器没有能够得到有效发挥作用才是真正原因。

对上导冷却器结构分析：

（1）冷却器容量问题

深蓄的上导冷却器为纯铜管，总长为318米，一般翅片管每米可带走1kW的热量，纯铜管每米可带走0.3kW的热量。按每米管长带走0.3kW热量估算，总共可以带走95kW热量。深蓄上导产生约79kW，所以冷却器容量足够，可以排除冷却器选型问题的影响。

（2）冷却器内部水路问题

检查未安装的2#机冷却器内部发现，冷却器内部封水密封条有几个缺口，由于流体总是走阻力最小路径，有窜水可能，导致内部短路。冷却器设计结构是两瓣，每瓣分为三个腔体，各个腔体之间若没有好的密封，一部分水将不会通过冷却环管而直接进入另一个腔中，则有两段的冷却环管中冷却水量减少，致使有2/9的冷却器被短路而失效。

（3）冷却器外部油路问题

上导油盆设计有泵环，通过大轴旋转形成油盆内部的油流动，泵环间隙和导轴瓦间隙直接影响油流流速与流量，油流流速越大，单位时间内带走的热量越多，瓦温就会越低，但是导轴瓦间隙过大将导致机组震动与摆渡增大，影响机组性能和使用寿命。

检查未安装的2#机冷却器外部发现，冷却器上下两端都是敞开的，结合图纸分析发现，冷热油的流向是紊乱的。大部分循环油流只流经局部冷却器通道起到冷热交换作用，而相当一部分是未经冷却直接参与循环。甚至有一部分经过冷却的油流又返回热油区，使得冷、热油温差有所减小，这也可以对此前热冷油RTD测量结果相近做出解释。油从没有挡板的地方到泵环的油阻比从冷却器外侧到泵环油阻小得多，导致冷却器外部被短路。这就说明，冷却器外部短路导致冷却器发挥不了作用，油槽内热量越积越多，温度持续上升。

5 改造措施

改造措施主要有以下几个方面：

5.1 针对冷却器内部水路短路

将冷却器内部端盖处密封进行加长和更换处理，使其内部各腔不再发生窜水，最大程度上提升冷却铜管和冷却水利用率。

5.2 针对冷却器外部油路短路

对于轴瓦间隙，需要调整到合适的区间内，使得瓦温不致过高，机组震动和摆渡不致过大。

对于油路流向，让热油全部从冷却器径向通过后进入泵环，这时才能充分发挥冷却器的效率。为使油路流动，则需要做到以下两点：

（1）封堵冷却器上端与泵环板及冷却器下端与油槽底板之间的间隙，在冷却器上下设置隔板，这样就不存在热油冷油互窜的现象，油路得到了改善。同时也能解决热冷油RTD正确显示热冷油温的问题。

（2）冷却器上下层均设置盖板，尽量使油路通过冷却器大部分冷却环管，油路得到进一步改善，让环管冷却作用效率达到最高。如果没有盖板，热油很可能只经过少数冷却环管后就从阻力小的上下端口出去或者直接从上下端经过少数冷却环管进入冷油侧。

5.3 其他改善方法

修上導瓦进出油边倒角，增大导瓦进油量，带走更多热量。同时油盆增加30mm高油量，相比设计上导油盆整体油量增加了约8%，更大的油容量可减缓油升温速度。

6 改造效果

深蓄电站1#机组上导冷却器共处理过两次，从比较大致可以看出增加冷却器挡板可以提高热对流效果；瓦温、油温受导轴瓦间隙直接影响。

7 结束语

轴承冷却器的好坏直接影响着电站的正常运行，由其产生的故障会导致机组跳机，严重的会造成轴瓦、轴面的破坏，改造后上导瓦温明显下降，使得冷却器的作用能发挥出来，达到预期效果。从改造的结果来看，理论分析与实际相符合，说明设计不合理。相同的问题或许不会再出现，但分析查找问题的方法却值得学习和借鉴，希望本文能对此给予一点帮助，防止再次出现类似的问题。

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