水布埡水輪發(fā)電機(jī)推力瓦的測量與分析

水布埡水輪發(fā)電機(jī)推力瓦的測量與分析

1發(fā)電機(jī)及引力系統(tǒng)湖北省清江水布機(jī)械廠位于湖北省巴東縣。清江級(jí)電力發(fā)展的主要項(xiàng)目是清江級(jí)電力發(fā)展。電站安裝有4臺(tái)型號(hào)為SF400-40/11900的水輪發(fā)電機(jī),額定轉(zhuǎn)速150r/min,單機(jī)額定功率400MW,最大持續(xù)運(yùn)行功率460MW,總裝機(jī)容量1840MW,保證出力310MW,多年來平均發(fā)電量39.2億kW·h。水布埡水輪發(fā)電機(jī)為立軸半傘型結(jié)構(gòu),推力軸承位于轉(zhuǎn)子下部的下機(jī)架上。推力軸承采用自身鏡板泵外循環(huán)冷卻方式,在下機(jī)架腿之間設(shè)置8臺(tái)高效列管式冷卻器,推力油槽內(nèi)的熱油抽出經(jīng)冷卻器冷卻后再注入油槽冷卻軸承,以帶走軸承產(chǎn)生的熱量。機(jī)組推力負(fù)荷為2350t,承受水輪發(fā)電機(jī)組所有轉(zhuǎn)動(dòng)部分的重量(包括水輪機(jī)最大水推力在內(nèi)的最大荷載)。推力軸承采用碟形彈簧束支撐,以向推力瓦提供均勻的支撐,所用的碟簧全部為進(jìn)口。共設(shè)有20塊推力鎢金瓦,各瓦具有互換性,此外還設(shè)有高壓油頂起裝置。推力瓦采用在鋼瓦坯上澆鑄軸承合金的鋼制瓦,瓦面材料牢固地錨結(jié)在瓦坯上。推力瓦瓦坯厚度為47±0.5mm,瓦體厚度為50±0.2mm,巴氏合金厚度為3±0.5mm,推力瓦面高壓油環(huán)槽設(shè)計(jì)深度0.80mm,具體如圖1所示。2機(jī)組基于重復(fù)檢查,確定好的高壓油環(huán)槽和水布第三臺(tái)推力瓦磨損程度對比水布埡機(jī)組投運(yùn)以來,該機(jī)組推力瓦主要存在以下問題。1)3、4號(hào)機(jī)組推力瓦磨損嚴(yán)重。從2008年6月至2013年1月檢修期間針對3、4號(hào)機(jī)組推力瓦進(jìn)行了連續(xù)的跟蹤測量,其中2008年6月3號(hào)機(jī)組由于高壓油環(huán)槽磨損導(dǎo)致其深度達(dá)不到要求,對高壓油環(huán)槽進(jìn)行了加深處理。2010年4月以及2013年1月檢修期間對推力瓦進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)3號(hào)機(jī)組20塊推力瓦均存在不同程度的磨損,高壓油環(huán)槽磨損嚴(yán)重,具體如圖2所示。2)水布埡4臺(tái)機(jī)組推力軸承瓦溫較國內(nèi)同類型軸承溫度偏高(水布埡推力軸承瓦運(yùn)行溫度為70℃左右,拉西瓦推力軸承瓦運(yùn)行溫度為55℃左右)。3號(hào)機(jī)組在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)2、11、17、19號(hào)推力瓦溫偏高,11號(hào)瓦溫在夏季發(fā)電期間最高達(dá)到74℃(75℃為報(bào)警值)。3)備用瓦的巴氏合金厚度明顯小于3、4號(hào)機(jī)組推力瓦的巴氏合金厚度。平均只有2.344mm(標(biāo)準(zhǔn)值3±0.5mm),具體參見表1,表中測點(diǎn)如圖3所示。4)在檢修過程中發(fā)生推力瓦處與高壓油泵連接螺紋損壞(推力瓦瓦基材料為Q235A)。3推力外循環(huán)油流量為解決推力瓦存在的問題,對不同的情況作了相應(yīng)的分析和處理。1)2008年6月3號(hào)機(jī)組由于高壓油環(huán)槽磨損嚴(yán)重,深度達(dá)不到要求,最小值僅為0.2mm,最大值為0.76mm,平均值為0.46mm。對此在裝瓦前需對高壓油環(huán)槽進(jìn)行加深處理,對瓦面毛刺點(diǎn)用刮刀進(jìn)行處理。由于12號(hào)的巴氏合金厚度相對比較薄,平均厚度只有2.54mm(分4點(diǎn)測后求平均),接近推力瓦最小厚度極限2.5mm,故用備用瓦B-20對其進(jìn)行更換,舊瓦返廠進(jìn)行加工。備用瓦B-20巴氏合金厚度平均值為3.17mm,滿足運(yùn)行要求。9號(hào)瓦巴氏合金厚度也偏薄,平均只有2.45mm,可考慮下次更換。2)3號(hào)機(jī)組2013年1月份推力瓦面高壓油環(huán)槽深度平均值為0.57mm,而4號(hào)機(jī)組平均深度為0.68mm,3號(hào)機(jī)組相關(guān)數(shù)據(jù)明顯小于4號(hào)機(jī)組,且瓦面磨損較嚴(yán)重。3號(hào)機(jī)組在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)2、11、17、19號(hào)推力瓦溫過高,其推力瓦厚度平均分別為50.095、50.11、50.12、50.11mm,滿足運(yùn)行要求,具體參見表2,表中測點(diǎn)編號(hào)如圖4所示。推力瓦面高壓油環(huán)槽平均深度分別為0.595、0.525、0.585、0.545mm(最小值為0.495mm),推力瓦溫與高壓油槽深度無明顯線性關(guān)系,具體參見表3,表中測點(diǎn)編號(hào)如圖4所示。鑒于目前3號(hào)機(jī)組的運(yùn)行情況較差以及推力瓦的磨損情況較嚴(yán)重,建議對3號(hào)機(jī)組所有推力瓦進(jìn)行更換。4臺(tái)機(jī)組整體瓦溫偏高與推力外循環(huán)流量有很大的關(guān)系,對推力外循環(huán)油流量進(jìn)行觀測,推力循環(huán)油流量瞬間讀數(shù)跳動(dòng)很大(以3號(hào)機(jī)組同一流量計(jì)為例,流量從0.61m3/h可以跳躍到1.5m3/h),無法根據(jù)建立油位與推力外循環(huán)流量之間的關(guān)系?，F(xiàn)場讀數(shù)只能得出大概平均值,其中1號(hào)機(jī)平均流量為22.22m3/h,2號(hào)機(jī)平均流量4.18m3/h,3號(hào)機(jī)平均流量1.23m3/h,4號(hào)機(jī)平均流量1.04m3/h(單臺(tái)冷卻器油流量參數(shù)為:40m3/h)。推力外循環(huán)油壓力太小,現(xiàn)場壓力表計(jì)無法讀取。其中1號(hào)機(jī)與其他機(jī)組流量差距太大,表計(jì)顯示數(shù)據(jù)可靠性值得懷疑。4臺(tái)機(jī)組推力外循環(huán)油流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于冷卻器給出的油流量參數(shù),這是推力軸承瓦溫偏高的重要原因。瓦溫偏高也與進(jìn)、出油邊油膜厚度比有關(guān),進(jìn)、出油邊油膜厚度比h1/h2是推力軸承運(yùn)行的一個(gè)重要參數(shù),偏心支承推力軸承的最佳值為2.5~3.0。為此,有時(shí)在瓦面上預(yù)加工出型面,以利形成油膜。不同結(jié)構(gòu)中心支承推力軸承的這一性能指標(biāo)的好壞,可用其運(yùn)行時(shí)進(jìn)、出油邊油膜厚度比值來衡量。比值大即瓦的周向傾角大,則易形成動(dòng)壓潤滑的油楔,有利于提高軸承的承載能力和降低瓦溫。水布埡推力瓦在進(jìn)油邊也加工有斜面,利于油膜的形成。如無明確規(guī)定,進(jìn)油邊可按寬10mm、深0.5mm刮削,斜邊與接觸面必須圓滑過渡,不能出現(xiàn)臺(tái)階。這4塊(即2、11、17、19號(hào))瓦溫偏高的推力瓦斜面在實(shí)際運(yùn)行中是否有所磨損,以及進(jìn)、出油邊油膜厚度比是否偏小,待下次檢修時(shí)對其數(shù)據(jù)進(jìn)行測量。3)備用瓦以及加工后的12號(hào)瓦的巴氏合金厚度平均值為2.34mm,3、4號(hào)機(jī)組的巴氏合金平均厚度分別為2.76、3mm,明顯小于3、4號(hào)機(jī)組巴氏合金厚度,是否滿足運(yùn)行要求須與廠家進(jìn)一步溝通。4)由圖紙可知,推力瓦瓦基材料為Q235A、Q235A,韌性和塑性較好,有一定的伸長率,具有良好的焊接性能和熱加工性。在檢修過程中出現(xiàn)推力瓦處與高壓油泵連接螺紋損壞,需要和廠家進(jìn)行溝通,考慮將此組螺紋的配合螺紋加長,從而提高連接強(qiáng)度。4推力軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3號(hào)機(jī)組帶負(fù)荷后,推力瓦的瓦溫2號(hào)(67.2℃)、11號(hào)(67℃)、12號(hào)(64.5℃)、17號(hào)(67.1℃)和19(64.2℃),略低于或和平均瓦溫67.1℃相持平,達(dá)到預(yù)期效果。良好的設(shè)計(jì)是機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵,水布埡電站推力軸承具有承載大、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝簡便的優(yōu)點(diǎn)。推力瓦采用的小彈簧多點(diǎn)彈性支撐,避免了國內(nèi)經(jīng)常采用的支柱螺栓單點(diǎn)剛性支撐、單托盤支撐所造成的因瓦面比壓和油膜厚度不均勻。水布埡電站