木星土水电站上导冷却器磨损的原因分析及处理

徐莹辉

【摘要】本文主要介绍木星土水电厂上导冷却器磨损的原因，并提出解决方案，逐一论述各方案的优缺点，最终选出适合的方案，解决了电站存在的问题，为类似水电站提供了一条解决此类问题的方法。

【关键词】冷却器磨损；泥沙；铜管；方案

1、概况

木星土水电厂位于迪庆州香格里拉县洛吉乡境内，与丽江奉科乡交界，厂房位于金沙江边，在虎跳峡下游约 50 公里处。电站安装二台60MW立轴混流式水轮发电机组，总装机容量 120MW，于2012年12月投产发电。发电机型号为：SF-J60-10/4080，水轮机型号为：HL（E）-LJ-210，额定转速 600 r/min、额定水头380m。

机组采用悬吊式结构，上导轴承布置在上机架中心体内，设6块瓦，导轴承瓦支柱与导轴承座之间使用楔子板调整瓦间隙。上油冷器固定在油槽内，上导轴承和推力轴承共用一个油盆，机组运行时上导轴承和推力轴承产生的损耗借助于油冷却器的热交换，由冷却水带走，油冷却器采用半环式结构，最大外圆半径为945.8mm，弯头采用φ28X2 T2铜管，冷却水管采用铜铝复合翅片管，固定管夹采用L3铝板，进出水接头采用卡箍连接。推力轴承由旋转部分、支撑部分、冷却部分组成。

下导轴承布置在下机架中心体内，设8块导轴承瓦，导轴承瓦支柱与导轴承座之间使用楔子板调整瓦间隙。下油冷器固定在下油槽内，机组运行时下导轴承产生的损耗借助于油冷却器的热交换，由冷却水带走，油冷却器采用半环式结构。

水导轴承采用外循环冷却器，采用地下水单独提供冷却水。

上、下导轴承油槽温度冷却方式采用内置式冷却器冷却，冷却介质为水。冷却水采用技术供水水泵从电厂尾水抽取，尾水与金沙江衔接，水质较差，且含沙量很高，水压为0.2MPa至0.6MPa。

2、存在的问题

2014年10月木星土电站1号机上导冷却器铜管弯头处破损造成油盆油进水，冷却器破裂后导致带有大量沙粒的冷却水进入油槽，虽然及时停机，但坚硬的细沙还是磨损了上导瓦、推力瓦及镜板，后续对镜板、推力瓦、上导瓦进行重新加工，对机组进行解体、盘车、回装，造成非计划停役15天，直接经济损失数十万元。

为了杜绝此类问题的再次发生，提高机组运行可靠性，公司决定对2台机组的上机架油槽冷却器、下导油槽冷却器合计4个油槽的冷却器进行改造。

3、事故原因分析：

3.1.由于冷却水采用技术供水水泵从电厂尾水抽取，尾水与金沙江衔接，汛期金沙江中含有大量泥沙的江水倒灌至我站尾水，虽然冷却水抽取后已经过滤水器过滤，但泥沙较细，现有滤水器无法进行有效过滤，造成冷却器铜管长期被泥沙冲刷，形成薄弱点。

3.2.当初对冷却器的设计时未考虑泥沙的问题，采用的铜管材质不耐磨，弯管加工采用的是冷弯工艺，造成弯管处的壁厚更是只有1mm左右，由于弯管处阻力较大，泥沙磨损更为严重，最终造成弯管处磨穿。

3.3.加工工艺不精致，部分弯头部分存在薄弱点，内部流道设计不合理，检修时无法对弯管壁厚进行检测，进行打压试验无法发现薄弱点。

4、拟采取方案：

为了避免冷却器发生泥沙磨损及其它原因导致的损坏及漏水问题，确保机组安全运行，拟采取以下几种方案：

方案1：重新选取技术供水水源或在取水口前建造沉淀池；（花费巨大，技术难度大，水质有保证）

方案2：对原冷却器进行结构改进，主要对两端弯管段进行结构改进，采用高抗耐磨材料，避免发生弯管段磨损破裂问题；（成本低，可靠性低）

方案3：根据实际情况另行制造相同结构的冷却器，冷却器各部位均需采用高抗耐磨材料，此方案需提供冷却器新产品两套；（成本适中，可靠性适中）

方案4：重新设计冷却器结构，采用无弯管过水结构。

综合考虑设备可靠性、改造周期、价格等三方面因素，放弃方案1，对方案2、3、4进行进一步的设计。

5、方案的深度分析：

针对方案2：采用割除原有的涨套弯管，更换为铸铜弯管，壁厚5mm，接管处采用银焊条焊接，以确保焊接的可靠性。此方案能够保证弯管处的耐磨强度，无法保证翅片散热管的耐磨强度，此方案加工时间较短，并可按原位置进行安装，但运行可靠性较低。

针对方案3：根据原图纸新制1套冷却器，散热管采用JB/2728推荐的符合GB8890 BFe10-1-1（白铜管）φ25X2的铜管，该材质铜管大大提高抗磨性，延长散热管的使用寿命，采用铸铜弯管，壁厚5mm，接管处采用银焊条焊接，散热片使用L1060铝管轧制。此方案加工时间较长，并需重新定位安装，但运行可靠性较高，并能保证散热效果。

针对方案4：采用改变冷却器的结构，不再采用弯管的方式，另行设计冷却器的进水和回流方式，在冷卻器两端采用涨管密封的方式保证冷却器不会漏水，另外在两端各加一个进水和出水回流仓室，有效改善冷却水的过流截面积，消除泥沙对弯管部分的损伤，油冷却器换热管采用双金属翅片管，换热管基管采用铜镍合金管BFe10-1-1壁厚2mm，换热管的成型采用专用工装成型，避免冷却管出现变形、皱折和表面损伤，避免因加工过程损伤冷却管影响其寿命，原冷却器采用1路水，由于水路太长，造成水路末端冷却管管内水温偏高换热能力下降，同时由于冷却管沿程长，水侧阻力大，造成冷却器供水不足，原冷却器采用“U”形弯头，由于U形弯头特殊的结构造成其质量控制难，再加上需要进行钎焊进行焊接，造成该部位为薄弱环节，将冷却器管束连接方式采用承管板加水箱的结构，换热管与承管板的连接采用胀接方式密封。

此方案加工时间较长，并需重新定位安装和配管，但运行可靠性较高，并能保证散热效果，但价格较高，并存在泥沙淤积在进出水仓室的风险。

6、最终方案：

经过综合的比较和询价后，选定方案3为最终执行方案，此方案在保证可靠性的前提下，成本也较低。经商务采购选择昆明辅机厂按要求制作4套冷却器。

制作要求如下：

1、冷却器结构具备较高的可靠性，满足水轮发电机组长期安全稳定运行要求；

2、尺寸符合机组各油槽使用要求；

3、各部接头处正常运行时不得漏水；

4、内部流道应尽量减少弯头部分，增加流通性，减少堵塞情况；

5、热量交换满足机组运行温度要求。

7、结语：

经过此次改造后，机组运行平稳，瓦温、油温正常，运行3年未出现任何问题，极大的提高了机组的可靠性，也为其他水的电站提供了一个解决类似问题的思路。

参考文献：

[1] DB1095 东电企业标准电机用冷却器通用技术条件