蔡斌
(国家电投集团广西长洲水电开发有限公司)
摘 要:为防止在机组运行过程中轴瓦烧损事故的发生,避免造成重大损失,针对造成轴瓦损伤的可能原因,在机组投产时及投产后,采取了增加供油流量开关等多种轴瓦保护措施,提高了机组在运行过程中轴瓦的可靠性,从而确保了机组安全运行。通过实践证明,保护措施的实施取得了良好的效果,也为解决类似的问题提供了很好的借鉴。
关键词:轴瓦;机组;损伤;保护措施;长洲水利枢纽
1 概述
长洲水利枢纽是一座以发电和航运为主,兼有防洪灌溉等综合利用功能的大型水利水电工程,枢纽主要建筑物由电站厂房、船闸和泄洪闸等组成。河床式厂房共安装有15台单机容量为42MW的灯泡贯流式机组,总装机容量630MW。长洲水利枢纽在同类型水电站中,因其大坝Z长、船闸规模巨大、机组台数Z多、水轮机转轮直径和容量为世界,被业内誉为灯泡贯流式机组电站中的“三峡工程”。电站机组于2007年10月投产发电,目前15台机组已全部投产运行【1】。电站机组由天津阿尔斯通水电设备有限公司(以下简称天阿)、哈尔滨电机厂有限责任公司(以下简称哈电)、东芝水电(杭州)设备有限公司(以下简称东芝)和东方电机股份有限公司(以下简称东电)四个主机厂家提供的三种机型组成。因厂家不同,轴瓦的设计制造也不尽相同,传统的轴瓦保护措施,已经不能满足实际的需要,且因灯泡贯流式机组的特点,如果机组轴瓦一旦发生烧损事故,会增加修复的成本和检修的难度,将给企业造成较大的损失。为解决这个问题,我们根据设备的实际情况和自身特点,通过不断的摸索和实践,对轴瓦采取了多种保护措施,取得了良好的效果,提高了机组轴瓦的运行可靠性。
2 电站机组轴瓦的结构形式
1)电站机组均是采用双支点结构的灯泡贯流式机组【2】。2)发电机侧的导轴承与正、反推力轴承组合在一起,承受发电机重量和径向力,同时又承受轴向正、反推力,称为组合轴承。电站机组全部采用发导前置结构,瓦为钢衬浇铸巴氏合金结构,其中东电机组和天阿机组以主轴本体作为正、反推力轴承镜板和卧式轴承轴颈;东芝机组和哈电机组采用主轴本体作为卧式轴颈和分瓣式镜板与大轴把合的结构。3)东电机组的组合轴承采用瓦面进油边表面开槽入油的润滑方式,回油管设在油箱的底部;天阿机组、东芝机组和哈电机组的组合轴承采用小喷管喷油的润滑方式,回油管设在油箱上部。4)水轮机侧的轴瓦全部采用筒式分瓣结构,轴瓦采用锡基合金材料。
3 电站机组轴瓦的润滑方式
1)电站所有机组轴瓦均采用N68汽轮机油润滑。2)在机组正常运行时,轴瓦为动压运行,由安装在与机组轴线高差27m的高位油箱采用自流方式提供润滑油,两台交流轴承油泵通过油冷器和油过滤器不断为高位油箱重新充油。而在开停机过程中,机组处于0.7%~90%额定转速的低转速期内,轴瓦为静压运行,由两台交流高压油泵直接向轴承的跑合面补充供油,用高压油将主轴顶起形成油膜;推力轴承不设高压油顶起装置。
4 电站机组轴瓦损伤及其后果
电站机组轴瓦损伤主要有两类:一类是较轻的,即瓦的损伤,主要是瓦面的巴氏合金的碎裂和碾压;一类是较重的,即轴颈和镜板的损伤,主要是在恶劣的条件下对轴颈和镜板的拉伤和灼伤。其带来的后果【3】是:1)受机型的影响,由于灯泡贯流式机组的空间狭小,且轴瓦又处于机组中心位置,检修的难度较立式机组要困难得多,因此检修周期长。2)如果是轴颈损伤,或者是东电机组和天阿机组这种以主轴本体作为正、反推力轴承镜板的损伤,都需要进行机组全部拆除的扩大性大修,才能把主轴吊出进行维修,因此检修成本高。3)电站为低水头、日调节的水电站,如果因为机组轴瓦损伤而停机检修,必然给电站造成弃水电量损失,因此电量损失也大。
5 电站机组轴瓦损伤的原因分析
1)水力、机械和电气三个方面引起的机组振动,尤其是大轴的剧烈摆动,可使轴与瓦的温度升高,进而造成轴瓦烧损。2)机组在运行过程中由于定子、转子之间的气隙不均匀等原因形成的轴电压,在轴系绝缘破坏、油膜被击穿时产生的轴电流,造成轴瓦灼伤,甚至烧瓦事故。3)机组运行过程中由于润滑油中断,使得轴与轴瓦之间产生干摩擦,造成轴瓦损伤事故。4)轴承润滑油变质、油冷却效果差等原因,造成轴瓦损伤事故。5)机组长时间低转速运行,转动部分的重量使得轴颈与瓦之间油膜遭到破坏,并形成固体干摩擦,造成轴瓦烧损事故。
6 在机组投产时采用的轴瓦保护措施
在机组投产时,借鉴行业内的*经验,对机组轴瓦采取了以下保护措施:1)在上游侧受油器底座与基础接触面采用环氧树脂板、连接螺栓加装绝缘套管的方式,提高轴承上端的绝缘;在轴承的下端设置接地碳刷,用以限制转子下部轴电压,从而限制轴电流对轴瓦造成损伤。同时在上端轴加装了一个轴电流互感器,用以预控轴电流产生后损伤轴瓦的情况发生。2)为防止机组运行过程中轴承润滑油中断而造成轴瓦损伤事故,我们在机组组合轴承和水导轴承的回油管近端各装了一个回油流量开关,用以监视轴