抽水蓄能机组推力系统缺陷改造

郑建锋,孙育哲,黄建德

(1.浙江华电乌溪江水力发电厂,浙江 衢州 324000;2.华东桐柏抽水蓄能有限公司,浙江 天台 317200)

0 引言

华东桐柏抽水蓄能有限公司位于浙江省天台县栖霞乡百丈村,距天台县城 7 km,与杭州、宁波直线距离分别为 150 km,94 km。电站装机容量为 1200 MW,装设 4套单机容量为 300MW的立轴混流可逆式单级水泵/水轮机和发电/电动机组。

华东桐柏蓄能有限公司机组发电/电动机部分由欧洲某水电设备制造公司提供,发电/电动机为立轴、半伞式、空冷、可逆式同步电机。发电 /电动机主要由定子、转子、上导轴承、下部组合轴承(推力/下导轴承)、冷却器、通风冷却器装置、上机架、下机架、高压油减载装置、发电机消防系统、机械制动及其集尘装置等部分组成。承重机架置于下机架上(承担机组转动部分重量和轴向水推力),发电机主轴通过中间轴与水轮机轴连接。

1 事件起因

根据有关文件通报,安徽某同类型抽水蓄能电厂推力瓦和弹性托盘的固定夹出现了弯曲变形的现象,华东桐柏抽水蓄能有限公司与该电厂都为同一供货商供货,且设计极其相似。华东桐柏抽水蓄能有限公司对此非常重视,及时和华东电网调度中心联系,将#3机组原计划 2008年11月开始的 D级检修计划提前 1个月,积极联系供货商总部,要求派技术人员到现场一起检查发电机推力轴承运行情况。

1.1 相关设备参数及停役前运行数据

1.1.1 设备技术参数和结构说明

华东桐柏抽水蓄能有限公司发电/电动机部分的型号为 Ssv710/20-313,额定电压为 18 kV,额定频率为 50Hz,额定转速为 300 r/min,定子质量为300t,在发电工况下的额定容量为 334MV·A,电动工况下的额定容量为 336MW。

推力轴承承受发电/电动机和水泵水轮机转子部分的总质量和水泵水轮机转轮的最大水推力的综合负载,采用圆盘弹性支承结构,为自润滑式。其主要组成部分为推力瓦、推力头,镜板、推力支撑盘、吸油环、回油箱、出油箱、推力瓦、下导瓦、金属密封、推力自吸式镜板泵自循环油系统外循环冷却系统、油槽、高压油注油泵系统等。

推力瓦总共为 16块,由弹性圆盘支承,可自动调整水平度且利于形成楔形油膜。推力头与镜板通过 6根 M20螺栓和 4个平键连接。下导轴承设于转子下部下机架上,为油浸、自润滑、可调分块瓦型,下导瓦座于下机架瓦座上,主要承受机组运行时产生的径向力并用于限制机组下导处的摆度。下导瓦共 16块,为巴氏合金瓦,贴靠于经精加工的推力头轴领表面上。导瓦由抗重环的抗重螺栓和油冷却上盖板支撑,并通过抗重环将导轴承负荷传到下机架上,下导轴承与推力瓦公用一套外循环冷却系统,冷却油温与上导一致。

推力轴承的冷却通过外循环 3台油冷却器实现,2主用 1备用,推力油槽的油量为 9.6m3,冷却水流量为 9L/s。推力轴承设有 1套高压油减载装置,通过 1台交流常压注油泵和 1台直流常压注油泵将高压油注入到各推力瓦与镜板之间形成油膜,该装置在机组转速低于 90%额定转速时投入。

1.1.2 设备停役前机组运行相关参数

统计了从机组试运行到停机检查前 4台机组的各项运行参数(见表 1)及 4台机组在 2008年7月底(全年温度最高时)下部组合轴承运行的最高温度及油温(见表 2)。从表 1、表 2中可以看出,机组在停役前发电及抽水情况较正常,推力瓦及下导瓦没有明显的温升现象及影响机组运行的异常情况。

表1 设备停役前 #1～#4机组运行参数的统计及对比

表2 2008年7月底机组轴承运行最高温度(全年温度最高时期) ℃

2 现场检查情况

(1)检查部位。推力轴瓦、弹性托盘、轴承支柱、固定止推件(轴瓦定位零件)。

(2)检查方法。将发电/电动机转子顶起 10 mm,将发电机转子置于制动器上,然后用专用工具将推力轴瓦、弹性托盘取出检查,进一步检查推力轴瓦定位零部件和支柱。

(3)检查结果。

1)打开推力轴承侧板检查,发现推力轴瓦弹性托盘固定夹有弯曲变形,其中圆周方向的 2个固定夹变形明显,径向 1个固定夹基本无变形。具体变形情况如图 1、图 2、图 3所示。

图1 内侧圆周向固定夹都存在变形

2)推力轴瓦背面和弹性托盘接触部位存在相对位移、刮擦痕迹,主要是径向相对位移,位移量为5～6mm,瓦背面接触位置有刮擦痕迹。轴瓦的周向和外部定位螺栓有碰触痕迹。发电方向(俯视逆时针)较抽水方向严重。具体变形情况如图4、图 5、图 6所示。

3)弹性托盘底部和支柱之间也存在相对位移(8～10mm)和刮擦痕迹。该位移为长期逐步形成,现相对比较稳定。表面存在冷焊性质损伤,内止推销钉存在轻微倾斜,但无松动。具体情况如图 7所示。

3 原因分析

在会同供货商分析讨论后认为,造成上述缺陷的原因是在机组停机后 30min内瓦温从 75℃降到45℃(具体停机油温变化如图 8所示),推力头及镜板由于热胀冷缩的作用向轴心方向移动,并且因高压油注油泵停止运行,镜板与推力轴瓦之间的摩擦力带动推力瓦和弹性一起向轴心方向移动,会引起弹性托盘和支柱之间产生位移。托盘轴瓦内侧的定位销和它的基础环板的作用好像一个弹簧一样受力压紧。当机组运行时,高压油注油泵运行降低了镜板和推力瓦之间摩擦力,内侧固定销和基础环板的弹簧作用使得推力瓦向轴心外的方向移动,而此时弹性托盘由于仍和支座压紧而不能随推力瓦一起向外移动,因此,在推力瓦和弹性托盘之间就会产生一个相对的位移而导致托盘固定夹变形,相关受力分析如图 9所示[1]。

4 推力轴承改进及实施方案

推力系统的改进施工图如 10所示,实施方案具体有 4个方面。

图10 推力系统改造方案图

(1)推力轴瓦的修复。推力瓦底部与弹性托盘接触位置进行研磨,并对推力瓦面进行研刮,改进其与弹性托盘及镜板的接触面。

(2)推力轴瓦限位系统结构的改进。推力瓦外侧加工 M16螺孔并加装固定块,对推力瓦的径向窜动进行很好的约束。

(3)轴瓦支撑结构的修复。对受损严重的弹性托盘进行全部更换并更换支柱(含固定螺钉件)。更换外侧止推螺栓、更换内侧止推螺栓、更换弹性托盘固定夹(含固定螺栓)。增加推力轴瓦外侧径向固定块和固定螺栓。增加内侧止推螺栓固定螺母、垫片。

(4)改进推力轴瓦内支撑环,重绞 Ø45 h 6销孔。

5 采取的改进防范措施

根据厂家设计部门提供的技术资料,华东桐柏抽水蓄能有限公司技术人员经过分析讨论并经上级公司生产部同意,采取了相应的改进措施,提出并完成设备异动及修改推力轴承高压注油泵控制程序。

(1)高压注油泵在停机后继续运行 30min。高压油系统在机组停机后 30min需保持推力头和轴瓦间的油膜以消除二者之间的摩擦力。频繁的油注入将减小推力头和轴瓦间的摩擦系数,继而减小径向摩擦力。

(2)停机时高压注油泵每隔 1h运行 2min。理由同上。

6 结束语

(1)华东桐柏抽水蓄能有限公司机组的推力系统经过改造后,运行指标均为正常,建议加强下列环节:

1)机组备用期间,注意检查高压注油泵间隔2h后启动 2m in是否正常;

2)机组停机达到稳态后,注意检查高压注油泵是否延时 30min后停泵;

3)机组有相关检修工作时,注意要及时隔离和恢复交、直流高压注油泵工作电源;

4)机组运行期间,注意监视下部轴承推力瓦温、油温及油位变化情况,对比历史数据,加强趋势分析。

(2)本文所述的设备缺陷由于发现较早且处理及时,没有造成较大危害,但同时也敲响了警钟。虽然进口设备质量、性能、外观俱佳,但也不能忽视其中的细节,也许一片固定夹就能造成不可想象的后果[2]。

[1]梅祖彦.抽水蓄能发电技术[M].北京:机械工业出版社,2000.

[2]刘云.水轮发电机故障处理与检修[M].北京:中国水利水电出版社,2002.