大型抽水蓄能机组推力瓦温高分析及处理

胡 敏

（国网新源湖南黑麋峰抽水蓄能有限公司，湖南 长沙410213）

1 概况

该抽水蓄能电站安装4台单机容量300 MW的单级立轴混流可逆式水泵水轮发电机组，为日调节抽水蓄能电站，主要承担调峰、填谷、调频、跳相和事故备用的任务。机组同步转速为300 r/min，水轮机额定水头为295 m。机组型式为半伞式结构，设有1部上导轴承、1部水导轴承和1部推导组合轴承。推导组合轴承由下导轴承、推力轴承组合而成，安装在下机架内，装有12块导瓦，每块瓦内设计有导瓦泵，装有12块推力瓦，推力轴承为刚性支承结构，推力瓦、导瓦材质均为巴氏合金。推导轴承采用导瓦泵外循环冷却方式，在水轮机层设有高压油泵减载顶起装置，供机组启停过程中形成油膜之用。推力轴承主要结构尺寸、参数如下：

轴瓦内径：1400 mm；轴瓦外径：2400 mm；瓦夹角：24°；瓦厚度：170 mm；推力负荷：6724 kN；转动部分重量：5533 kN；额定转速：300 r/min；润滑油牌号：ISOVG46；瓦块数：12块；支撑半径：970 mm；周向偏心率：0.5；径向偏心率：0.54；平均线速度：30.47 m/s。

2 故障现象及分析

2.1 故障现象

该电站4号机组自投运以来，推力瓦温一直明显高于其他机组，且随着机组运行强度的增加，瓦温有升高趋势，到了2016年夏季，4号机组高强度运行时瓦温超过80℃，瞬时最高温度达到了84.71℃（见图1），根据《水轮发电机基本技术条件》（GB/T7894），推力轴承巴氏合金瓦最高温度不得超过80℃，且该电站机组保护推力瓦温高跳闸值为85℃，推力瓦温高已严重影响机组安全运行。

图1 4号机组推力瓦温趋势图

2.2 原因分析

电站多次组织召开专题会议分析故障原因，经分析，推力瓦温高可能有以下几方面的原因：

（1）冷却系统的油流量及冷却水量偏低，换热效果差。

（2）推力瓦受力及水平不合格，瓦间负荷不均匀。

（3）推力瓦灵活度低，不利于形成油膜，导致润滑不良瓦温升高。

针对上述可能的原因，电站在机组检修过程中逐一进行了排除，先用超声波流量计测量了油流量及冷却水量，满足设计要求，复测了推力瓦受力及水平，虽满足安装要求，但仍进行了调整，使推力瓦受力尽可能均匀，经过上述检查处理，瓦温有所改善，但相对其他机组仍然偏高。因此，电站决定采取措施改善推力瓦的灵活度，推力轴承结构及抗重螺栓结构如图2所示，将抗重螺栓的球面半径由R6000改为R1000，增强倾斜灵活度。

图2 推力瓦抗重螺栓结构图

抗重螺栓更换完成后，进行了相关试验，推力瓦温在机组短时间运行时略有下降，但是到了夏季高强度运行时，最高运行温度又达到了84.71℃，未达到预期效果。再次组织厂家专业人员进行分析，推断推力瓦温高的原因为：机组在运行时，附着在镜板面上的部分热油由于边界层作用进入到后一推力轴瓦的进油端，造成机组推力瓦运行温度偏高，需通过改变热油流向，降低进入推力瓦面的油温从而降低瓦温。

3 处理方案

3.1 处理思路

在推力瓦左侧钢坯面增设热油隔离降温装置，在镜板转动的过程中，通过热油隔离降温装置上部弹性连接的聚四氟乙烯隔板（下部有9个弹簧）贴合镜板，将附着在镜板面的热油刮落使其不再进入下一块轴瓦面，从而降低推力瓦运行温度，如图3。

3.2 处理流程

3.2.1 推导轴承瓦的拆出

推导油槽排油→打开推力油槽→拆除下导轴承盖板→取出下导轴瓦→顶起镜板（转子顶起13～14 mm）→取出推力轴瓦。

3.2.2 推导轴瓦热油隔离降温装置的加工及安装

图3 热油隔离降温装置安装示意图

1）在推力轴瓦左侧确定2个定位点，如图4黑圈位置，在钢坯左侧面标记孔径中心位置，用样冲做好标记，再用磁力钻加工2个M8深20 mm的安装孔，并用丝锥加工螺纹，如图5。

图4 定位点的位置（单位：mm）

图5 推力瓦现场加工安装孔图

2）加工完毕后，安装热油隔离降温装置，测量并调整聚四氟乙烯隔板高出瓦面的距离，确定好位置后，拧紧固定螺栓，用钻头通过基座螺孔打样冲眼，确定剩下4个钻孔的位置。取下热油隔离降温装置，用磁力钻加工剩下的4个M8深20 mm的安装孔，并用丝锥加工螺纹。

3）安装“热油隔离降温装置”安装座，试装热油隔离降温装置，测量并调整安装支架与推力轴瓦面距离（由于基座的螺孔比螺钉的直径稍大，可以上下调整1 mm的间距）。

4）取下热油隔离降温装置，将推力瓦回装推力油槽内。

5）落下镜板，在推力瓦左侧面安装热油隔离降温装置。如图6。

图6 热油隔离降温装置示意与现场装配图

6）重复工序 1）～5），完成 12 块推力瓦侧面螺孔加工，并回装推力瓦。

7）装复下导瓦，确保下导轴承间隙双边按0.84±0.10 mm分布，单边设计为0.42±0.05 mm，同时参照安装记录，对其进行调整。

8）装复油槽盖板，挡油环，密封盖，推力瓦人孔门以及推导轴承梳齿密封盖板。

4 处理结果

4.1 发电工况瓦温前后对比

改造完成后，在机组发电工况运行过程中，对推力瓦温数据进行统计，与改造前的数据对比。如图7。

由图7可以看出，在加装了热油隔离降温装置后，瓦温出现了明显下降，最高的降幅达到了17.43℃。

图7 发电工况推力瓦温前后温差

4.2 抽水工况瓦温前后对比

改造完成后，在机组抽水工况运行过程中，对推力瓦温数据进行统计，与检修前的数据对比，如图8。

图8 抽水工况推力瓦温前后对比

由图8可以看出，在加装了热油隔离降温装置后，瓦温出现了明显下降，降幅都在10℃以上，最高的降幅达到了20.41℃。

5 总结

大型抽水蓄能机组启停频繁，运行工况复杂，推力瓦是容易产生问题的部件，该电站4号机组属于引进国外技术的第1批国产化大型抽水蓄能机组，由于当初制造工艺尚不成熟，导致推力瓦温一直偏高，通过几年来不断的分析、改造、试验，终于找到了解决瓦温高的有效方法：加装热油隔离降温装置。4号机推力瓦在加装了热油隔离降温装置后，进油侧瓦温出现了明显的下降，特别是对于抽水工况，瓦温普遍降幅在10℃以上，达到了良好的效果，该处理方法对其他大型抽水蓄能机组推力轴承设计、瓦温高处理有一定的借鉴意义。