郭 真 景

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

蘇布雷水電站位于西非科特迪瓦國西部，安裝3臺、單機容量為90 MW的立軸半傘式水輪發(fā)電機組，額定轉速107.14 r/min，額定推力負荷1 011 t，下導軸承和推力軸承共用一個油槽，潤滑油的冷卻方式為內循環(huán)冷卻。3臺機組在調試過程中72 MW負荷下運行時推力瓦溫度均達到設計報警值75 ℃，機組無法在滿負荷下穩(wěn)定運行，必須采取有效的措施降低推力瓦的溫度。

蘇布雷水電站發(fā)電機推力組合軸承位于轉子下方的下機架上，由推力頭、推力瓦、下導瓦、彈性油箱裝配、密封蓋裝配、穩(wěn)油板裝配、擋油筒、油冷卻器裝配等組成。推力頭為帶鏡板鍛件結構，推力瓦采用鎢金瓦，其摩擦面為一層巴氏合金，每塊瓦上安裝一個RTD用于測量不同工況下推力瓦熱油邊的溫度。推力瓦外徑為2 980 mm，內徑為1 900 mm，共12塊，支撐直徑為2 450 mm。推力軸承的相關參數見表1。下導軸承采用8塊鎢金瓦，瓦與推力頭的摩擦直徑為2 980 mm。推力瓦與鏡板之間設置有高壓油潤滑裝置(簡稱高頂裝置)，以減少推力瓦與鏡板之間的摩擦系數，額定油壓為15 MPa。潤滑油的循環(huán)冷卻方式為內循環(huán)冷卻。機組在運轉時推力瓦與鏡板之間及下導瓦與推力頭之間摩擦產生的熱量使推力瓦及下導瓦周圍潤滑油溫度升高變?yōu)闊嵊?，熱油在推力頭旋轉帶動下通過油冷卻器進行冷卻變成冷油，冷油進入推力軸承座下方的油槽，然后流向推力瓦和下導瓦周圍對推力瓦和下導瓦進行冷卻以降低推力瓦和下導瓦的溫度。推力下導組合軸承結構及潤滑油內循環(huán)路徑見圖1。

2 推力軸承調試期間存在的問題

推力瓦溫、油槽內的潤滑油溫、冷卻器進出水溫度和冷卻水流量是推力軸承運行時的重要性能指標。蘇布雷水電站機組在帶負荷運行時下導瓦溫及油槽內潤滑油溫均未超過設計要求；但當機組在72 MW負荷下運行時，推力瓦溫達到設計報警值75 ℃，導致機組無法在額定負荷90 MW下安全運行，因此，必須查找原因并采取有針對性的措施降低推力瓦的溫度，以滿足機組安全穩(wěn)定運行。

3 推力瓦溫度偏高的原因分析

1.推力頭鏡板組合體；2.油槽密封蓋；3.下導瓦；4.內油槽蓋板；5.推力瓦；6.擋油板；7.油冷卻器；8.彈性油箱；9.內擋油筒圖1 推力組合軸承結構及潤滑油內循環(huán)路徑示意圖

表1 蘇布雷水電站發(fā)電機推力軸承設計參數表

常見的影響推力瓦溫度偏高的原因有：(1)冷卻器冷卻效果不好，無法將熱油溫度帶走。(2)潤滑油質量不好，潤滑效果不佳。(3)推力瓦質量差，當瓦溫高時瓦面發(fā)生變形，不利于油膜的形成。(4)機組軸向調整不好，推力瓦受力不均。由分析可知，首先，蘇布雷水電站的推力軸承冷卻水流量設計的最小值為77.4 m3/h，而實際運行的流量為94 m3/h，進水管最高溫度為30 ℃。但冷卻器設計是按最小流量77.4 m3/h、最高進水溫度33 ℃進行的，故可以排除冷卻器冷卻效果不好的原因。其二，推力軸承油槽內所加的潤滑油是經過檢驗合格的新油且機組運行時間不長，故可以排除潤滑油質量不好對瓦溫的影響。雖然受現場條件限制，不能測試推力瓦油膜厚度及溫度場，但根據推力瓦設計計算書，推力瓦受熱變形有很大的富裕度，現場檢查推力瓦面亦完好，故推力瓦質量不好影響瓦溫的因素也可以排除。其三，蘇布雷水電站推力瓦支撐為固定式彈性油箱結構，能夠保證各塊推力瓦受力均勻，現場不需要調整推力瓦受力，且調試時推力瓦之間的溫差在1 ℃之內，故可以排除推力瓦受力不均對瓦溫的影響。鑒于以上影響推力瓦溫度偏高的主要因素均已排除，為解決問題，必須進行進一步的分析。

眾所周知，推力油槽內的熱量主要是通過潤滑油的循環(huán)、經過冷卻器冷卻，然后通過冷卻水帶走熱量。推力油槽內的潤滑油循環(huán)方式分為兩種：一種是外循環(huán)。冷卻器布置在油槽外，潤滑油通過鏡板泵或油泵將油帶出油槽，通過油槽外的油冷卻器冷卻后再回到油槽；另外一種是內循環(huán)。冷卻器布置在油槽內，油槽內設置各種擋油板形成油循環(huán)路徑，潤滑油在轉動部件(推力頭和鏡板)的帶動下、依靠離心力的作用沿循環(huán)路徑循環(huán)，通過冷卻器冷卻后將熱量帶走，冷油再流向推力瓦周圍，進而降低推力瓦的溫度。蘇布雷水電站推力軸承采用的是內循環(huán)方式。從圖1可以看出，如果潤滑油沿設計的路徑進行循環(huán)，推力軸承產生的熱量是可以通過冷卻器冷卻后再流向推力瓦周圍對瓦進行冷卻的。從圖1中亦可以看出，轉動部件中的鏡板底部(該機組推力頭和鏡板為一體)比冷卻器頂面高，基本與下導油槽底部在一個平面上，故當機組運行時，鏡板旋轉所帶動的油大部分只能在下導內油槽循環(huán)，而鏡板周圍的潤滑油由于動力不足，只有很少一部分油能通過冷卻器進行冷卻，潤滑油無法按設計的路徑進行循環(huán)，導致推力瓦周圍大部分潤滑油的熱量無法被帶走，同時，也只有少量的冷油能循環(huán)過來對推力瓦進行冷卻，進而導致推力瓦溫度偏高。

4 針對推力瓦溫度偏高采取的處理措施及取得的效果

針對推力瓦溫度過高的原因是由于推力油槽內潤滑油循環(huán)路徑不暢引起的，故有效的解決方案應該是大幅度降低鏡板的安裝高度，只有這樣，才能保證潤滑油在油槽內有足夠的動力按設計的循環(huán)路徑循環(huán)。但要降低鏡板的安裝高度則需要重新設計、制造整個推力組合軸承(這是不現實的)，故只能考慮采取其他的處理方案。最終采取的處理措施為：(1)拆除推力瓦之間的穩(wěn)油板，以增加推力瓦周圍潤滑油的循環(huán)動力。(2)拆除油冷卻器的外側和上側擋油板，以增大潤滑油與冷卻器的接觸面積，有利于更多的熱量被冷卻水帶走。(3)采用刮削推力瓦出油邊瓦面的方式增加推力瓦的周向偏心率，降低推力瓦的溫升值。通常，水輪發(fā)電機組的推力瓦一般采用偏心布置。對于推力瓦周向偏心量(推力瓦支點偏心角/推力瓦夾角)國內一般取4%～10%，國外取7%～18%。偏心量越大，越有利于推力瓦油膜的形成；推力瓦溫升越低，推力瓦的承載能力越小。蘇布雷水電站的推力瓦周向偏心量設計值為10%，在保證推力瓦承載能力的情況下，現場將推力瓦出油邊的瓦面刮削了2°，瓦面刮削深度為2.5 mm，從而使推力瓦周向偏心量增加到15.2%，所采用的推力瓦處理方法見圖2。經過上述處理后，機組在72 MW負荷運行時推力瓦溫度較處理前降低了4 ℃，在額定負荷90 MW下運行時，推力瓦最高溫度為73 ℃，低于推力瓦溫報警值(推力瓦溫度報警值為75 ℃，停機值為80 ℃)，機組能夠在額定負荷下安全運行。

圖2 推力瓦處理示意圖

5 結 語

機組運行時推力瓦溫偏高是眾多水輪發(fā)電機組存在的問題。對于采用潤滑油內循環(huán)冷卻方式的推力軸承，在設計階段必須認真考慮油循環(huán)的路徑及其合理性，避免設計失誤造成推力瓦溫偏高而增加將來機組運行時的處理難度。