小水电站老旧机组设计缺陷改造

柴连和 王伟

摘要：很多小型水电站建设时间早，水轮发发电机组设计完成后还未经受市场运行及问题反馈，设计上存在细节不足和优化，在实际运行中经常会发生问题，给生产运行单位造成困扰和经济损失。如何改进小型水电站水轮发电机组的设计缺陷，提高机组可靠性一直是水电站运行管理的技术重点。

关键词：小型水电站技术;改造要点：设计缺陷

1引言

水轮发电机轴承是水轮发电机组的一个重要部件，其主要承受转子机械不平衡力和由于转子偏心所引起的单边磁拉力，同时承担水轮发电机组在运行中径向力和承重力，维持机组主轴在轴承间隙范围内稳定运行，所以轴承在工作中要求性能比较高，轴承的运行温度不能太高，一般不允许高于60度。卧式水轮发电机组轴承主要由轴承座、冷却系统、轴瓦、推力瓦、油槽、调节螺母等主要配件组成。冷却系统分为外置冷却和内置冷却两种。内置式冷却器装在轴承座下端，轴承里面的油上下循环工作，由冷却器里面的冷却水将轴承运行温度带走。外置式冷却器装置分为两种，一种是将冷却器装在动力油箱里面，另一种是将冷却器装在动力油箱到轴承之间油管中。油通过冷却器冷却后进入轴承、通过轴瓦后又回到回油箱，不断的循环，对轴瓦、推力瓦进行冷却。内置式冷却器的优点：用油量少，温度稳定可靠性高、所用寿命长，整体较紧凑。缺点：检修难度大、通常使用在1000KW及以下机组。外置式冷却器优点：油循环快温度较低、检修方便。缺点：控制回路复杂、故障较多、油量不好调整、辅助设备较多、容易烧瓦。

对于上世纪70-80年代生产的部分卧式水轮发电机组，当机组容量达到一定量级，轴承座内置式油冷却器热交换量达不到要求时，很多机组的轴瓦润滑和散熱油循环系统均设计为外循环连续供油冷却系统。

外循环油系统的主要装置有重力油箱、回油箱、油冷却器、管路、传感器、重力油箱油泵和油泵控制装置。

该装置优点是可以根据需要的热交换量多少设计油冷却数量满足散热需求、冷却效果好，缺点是机组轴承进出油管连续油流循环、不能中断，轴瓦冷却油进油量不好控制。进油量是根据保证轴承温度不超标，同时，又要防止大轴与轴承座之间油毡处不能出现甩油情况来进行调整。进油量小了瓦温增高，进油量大了，又会出现甩油现象。

当轴承中断润滑油后，轴瓦温度保护装置将动作发信号或停机，即轴瓦内部温度达到60度报警、70度跳闸。此过程中，轴瓦内部一旦缺油，瓦温就会在几十秒内从运行温度迅速上升达到60度，直至超过70度。在机组发出停机跳闸令时，机组甩负荷至完全停止转动，此时，轴瓦内部温度至少已经到达100度以上，轻则造成轴瓦烧伤，重则造成径向、推力瓦全部烧毁和大轴拉伤。

2问题分析

电站发生轴瓦烧毁和大轴、推力盘拉伤是属于比较严重的安全事故事件。一方面会造成设备检修及恢复生产带来的直接经济损失;另一主面是由于机组停机带来的发电量减少间接经济损失，给电站的安全生产工作造成极大影响！

为了解决该问题，黔能公司水电管理人员就所属水电站该问题进行研讨分析，寻找解决办法。

根据问题导向，一是尽可能的保证供油系统可靠，不能发生供油中断故障。另一个是延长外循环油中断后的轴承内部余油量维护时间，确保在一定时间内，完成机组停机后不会造成轴瓦烧毁事件。

经过商讨分析，一致认为，第一种方式需要增加供油冗余装置，多重备份，加大安全量。此种方式将造成较大改造和一定的经济投入，不便于实施，只能在第二种方式上进行再研究。

通过对一具体机组轴承拆卸观察分析，发现润滑油是经轴承座上部的进油管进入，从油道进入到径向瓦的上瓦背顶部进油孔，经轴瓦冷却、散热后，再从轴承座下部一孔口径为φ40孔口流出，经回油管流回到回油箱。

排油口位于轴承座上，孔口位置高于轴承座底部、低于推力盘底部，这就导致轴承座内油槽油面高度是根据进油量大小来进行调节。一旦进油量小于出油量时，油槽内油位高度就会下降，直至与排油孔同高度，低于推力盘底部，推力盘就不能正常将油槽内余油甩上来，致使轴瓦失去自身的甩油功能，导致轴瓦只能依靠上部的进油来冷却和润滑轴瓦，造成瓦温升高;如果进油量太大，轴承座内的油位升高到一定高度时，出油量还是小于进油量，油位继续升高，冷却油就会沿大轴甩出。

在电站日常生产运行中，轴瓦温度会随着机组负荷和环境温度的改变而改变。同时，轴瓦温度随着进油量变化而变化，在运行过程中，值班人员须对进油量阀门进行反复调节和观察，直至达到最佳平衡为止。但调节量不好掌握，调节时间长，这给值班人员带来很大工作量。尤其是外循环油控制系统发生故障断油时，轴瓦不能进油，轴承内油槽油位在几秒钟内就快速下降，推力盘不能甩油，短时内就能造成轴瓦烧毁事件。

3油路改造

通过上述分析后，认为经过一定的改造措施，可以解决相关问题。一是在上瓦背上合适位置分别打两个直径为一φ22mm的孔，增加两条进油通路，加大轴承进油量，使轴瓦运行产生的热量迅速被润滑油带走;

二是将回油管由原来的φ40管改为φ50管。因进油管是φ25管，进油压力为0.15Mpa时，φ40回油管的出油阀全开，不能将进油全部排出，造成油位上升，从轴承与大轴间隙处甩出。另外，将原回油管出口进行改造，在轴承边盖上开一个长方形排油口，圆形出油孔口改为长方矩形，排油口底边高程较原排油孔提高8cm，长方形排油口长宽为200×15mm，保证排油口的出油量大于进油量。

正常运行时值班人员只需将排油阀全开，排油量大于进油量，油槽内的油面在合适位置，不会造成从大轴处甩油。提高排油底边高度后，推力盘有8cm泡在油槽内。固定了推力盘的埋油深度，使轴瓦温度维持在48度左右。即使供油系统发生故障断油，推力盘始终有8cm深度一直处于油槽内，推力盘能将油槽内的余油甩上来，对轴瓦进行润滑冷却，短时内也不会造成轴瓦烧毁和大轴拉伤事件。

4结束语

原大岩门三级电站2#机组推力瓦温度原来一直在62度左右运行，经过此次改造后，一方面是保证机组瓦温下降至48度左右安全运行;

另一方面是解决了机组运行过程中，若供油系统短时间内故障断油，运行人员也能有一定的时间来处理供油故障问题。即使不能处理，立即停机后也不会造成轴瓦、推力瓦烧毁安全事件。同时，也解决了值班人员须经常调节进油阀的工作强度大的问题，从而提升了电站的安全生产能力和相应的发电量。最主要是在公司内部的其它电站的相同机组设备可以借鉴使用！