拉水電站推力外循環(huán)系統(tǒng)優(yōu)化

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摘要：針對魯?shù)乩?a href="http://www.bjhyfc.net/article/827083.html" target="_blank">水電站水輪發(fā)電機(jī)推力外循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行過程中存在振動較大、滲漏嚴(yán)重的問題，通過對外循環(huán)油泵的重新選型更換和油泵密封潤滑條件的優(yōu)化，并在管路上安裝波紋管補(bǔ)償器和完善檢修隔離閥及反向閥，使得推力外循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行工況和發(fā)電機(jī)運(yùn)行環(huán)境得到了極大改善。

關(guān)鍵詞：油泵；接觸式密封；檢修隔離閥；單向閥；波紋管補(bǔ)償器

1概述

魯?shù)乩娬?臺混流式水輪發(fā)電機(jī)組均為半傘式結(jié)構(gòu)，發(fā)電機(jī)型號SF360-60/15070，由天津阿爾斯通水電設(shè)備有限公司制造。發(fā)電機(jī)推力軸承采用強(qiáng)迫油外循環(huán)外置水冷卻器冷卻方式，推力瓦為彈性塑料瓦，共18塊。推力外循環(huán)系統(tǒng)由2臺推力外循環(huán)油泵、2臺油過濾器、5臺外置式油冷卻器和油水連接管閥及測控元件組成。推力外循環(huán)油泵為型號2GV7.2-751日本株式會社生產(chǎn)的雙螺桿泵，電機(jī)功率為55kW，泵軸功率為50kW，流量為140m3/h，轉(zhuǎn)速為980r/min，布置在下機(jī)架內(nèi)部。油泵標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行方式為1臺主用，1臺備用，每臺泵連續(xù)運(yùn)行2h自動切換，正常情況下單泵運(yùn)行，當(dāng)油壓低或流量小或主用泵故障時(shí)，備用泵自動投運(yùn)。油槽外循環(huán)冷熱油環(huán)管為DN125不銹鋼無縫鋼管，環(huán)管分別通過DN80不銹鋼無縫鋼管與5個(gè)冷卻器直接相連接，2臺油泵與供油環(huán)管通過DN125的油管、單向閥與環(huán)管連接，當(dāng)油泵啟動時(shí)，油泵將熱油從油槽抽出，通過濾器后端油泵對油流加壓，再經(jīng)過單向閥將油送至熱油環(huán)管，再由環(huán)管將油分配至5個(gè)冷卻器，冷卻油供至冷油環(huán)管后通過5根DN80油槽注油管注入油槽，完成推力油外循環(huán)冷卻工作。

2存在問題

2013年7月電站第一臺機(jī)組投產(chǎn)，隨著設(shè)備的運(yùn)行，推力外循環(huán)系統(tǒng)滲漏情況和振動情況較為明顯，主要存在以下問題。

2.1廠家設(shè)計(jì)方面

外循環(huán)系統(tǒng)在過濾器后端未設(shè)有檢修隔離閥［1］，油泵進(jìn)口側(cè)只有1個(gè)止回閥且止回閥本身關(guān)閉不嚴(yán)，致使檢修油泵時(shí)無法隔斷推力油槽與油泵之間的油流，油泵檢修前需排盡環(huán)管中積油近550L，耗時(shí)1h，回裝后注油時(shí)間15min，若遇油泵事故，較長的排油時(shí)間降低了工作效率，對緊急事故的處理帶來極大影響，很大程度上直接影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益。外循環(huán)系統(tǒng)中推力進(jìn)、排油環(huán)管與各外置式冷卻器連接為剛性管道連接，機(jī)組運(yùn)行中產(chǎn)生的振動逐漸導(dǎo)致管路結(jié)合處出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。

2.2設(shè)備方面

由于推力外循環(huán)油泵密封為接觸式剛性密封，剛性密封與油泵主軸之間的間隙過小，在運(yùn)行過程中頻繁出現(xiàn)過盈量較大而使密封抱軸、彈簧無法回座形成卡阻問題，導(dǎo)致密封失效，大量油質(zhì)泄漏，甩油現(xiàn)象極為嚴(yán)重。推力外循環(huán)油泵密封腔及管路的殘余氣體不能及時(shí)排出，造成油泵彈性密封磨損過快。油泵運(yùn)行過程中振動及噪音較大。

3原因分析

1）外循環(huán)系統(tǒng)中推力油泵與管路之間未設(shè)置檢修隔離閥，不能實(shí)現(xiàn)檢修時(shí)的設(shè)備隔離，不符合機(jī)電設(shè)備安裝技術(shù)規(guī)范［2-3］。油環(huán)管與各外置式冷卻器之間為剛性連接，無減振裝置，隨機(jī)組在振動區(qū)運(yùn)行，下機(jī)架振動傳導(dǎo)至管道和冷卻器上，久而久之，管道法蘭連接部位密封破損出現(xiàn)滲漏。2）推力外循環(huán)油泵布置在下機(jī)架內(nèi)部，機(jī)架內(nèi)部空間相對密閉，發(fā)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子運(yùn)行中產(chǎn)生大量熱量，積熱無法順暢散出，導(dǎo)致環(huán)境溫度較高，加上熱油溫度的影響，使外循環(huán)油泵密封導(dǎo)向套熱膨脹量較大［4］。正常工作時(shí)因?yàn)榻佑|式密封部位是負(fù)壓，油泵密封部位不會漏油，但是油泵卻切換運(yùn)行或機(jī)組停運(yùn)之后，由于熱脹冷縮，導(dǎo)向套與主軸之間過盈量增大，使其抱軸更緊，卡阻加重導(dǎo)向套無法回座，接觸式剛性密封［5］失去密封性能，漏油量增大。3）現(xiàn)場實(shí)際測量，外循環(huán)油泵本體進(jìn)出口尺寸與進(jìn)出口油管路尺寸不符。泵進(jìn)出油口管徑為φ150mm，而連接油管為DN125不銹鋼無縫鋼管，且油泵進(jìn)出口與管路之間未通過變徑接頭相接，直接通過法蘭連接，致使泵進(jìn)出油口尺寸比管路尺寸大得多，造成油泵進(jìn)口油流無法滿足泵實(shí)際需求。加上油流通道尺寸突變，在法蘭連接區(qū)域會形成真空渦帶［6］，且油泵出口油管尺寸小于油泵出油口，導(dǎo)致油泵出油不暢，在泵本體內(nèi)部產(chǎn)生困油、氣泡現(xiàn)象，以上兩點(diǎn)促使油泵在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生較大的噪音和振動。4）油泵內(nèi)部零件磨損會造成內(nèi)漏。其中滑動軸、套襯及平衡活塞磨損太大，造成油泵流量下降，隨之油泵出口壓力相對降低。且所用油泵的螺桿嚙合間隙過大，在設(shè)計(jì)時(shí)取的容積率相對較高，這部分原因?qū)е铝擞捅幂敵龉β蚀蟠蟮陀谳斎牍β?。其損耗全部轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，因此會引起油泵過熱，熱量會導(dǎo)致密封件老化速度加快，使用壽命減少，滲油漏油情況隨之而來。

4解決方案

綜合以上因素，經(jīng)多方考察論證，2016年利用4號機(jī)組檢修，對4號機(jī)組推力外循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行了完善。1）在2臺油過濾器出口位置各加裝DN125手動檢修閥（常開），并同時(shí)更換新的單向閥［7］，實(shí)現(xiàn)了檢修外循環(huán)油泵時(shí)的設(shè)備隔離。2）將1號外循環(huán)油泵密封更換為新型密封，新型密封的導(dǎo)向套將不再固定在主軸上，并且增加了導(dǎo)向套內(nèi)徑，避免了因?qū)蛱着c主軸之間的過盈量過大而造成彈性密封卡阻在主軸上，進(jìn)而造成的密封失效。在該油泵密封腔與安全閥出口位置加裝1根直徑為6mm的銅管，將密封腔與安全閥出口處連接起來，使其在首次啟動時(shí)便于排除密封腔及管路的殘余氣體，并同時(shí)向密封位置輸送油流起到潤滑、冷卻作用，避免因排氣不到位而造成的干摩擦而導(dǎo)致彈性密封磨損過快的問題［8］。3）將2號外循環(huán)油泵進(jìn)行選型更換，更換為由德國雷士（Leistritz）生產(chǎn)的型號L2NG-116/164-ISOGIA-G的雙螺桿泵，配套4極電機(jī)，油泵轉(zhuǎn)速為1?450r/min，流量≥1?500L/min，工作壓力0.6MPa，進(jìn)出口法蘭為DN200-PN16RF，經(jīng)變徑管與油管路通過DN125-PN16RF的法蘭相連接。電機(jī)采用鼠籠式感應(yīng)電動機(jī)，電源為3相交流電源，頻率為50HZ。新型油泵采用變徑接頭與油管路相連接，有效避免了因油流不足增加背壓，以及流道不均而產(chǎn)生的真空渦帶的問題［9］，從根本上消除了泵在運(yùn)行時(shí)噪音、振動較大的問題。新泵的機(jī)械密封采用的是國際知名品牌，最大程度降低了密封失效風(fēng)險(xiǎn)。4）在推力外循環(huán)系統(tǒng)中，進(jìn)、排油環(huán)管與各外置式冷卻器連接管道上加裝DN80，長為150mm的波紋管補(bǔ)償器［10］，以補(bǔ)償吸收管道軸向、橫向、角向熱變形，吸收設(shè)備振動，減少設(shè)備振動對管道造成的滲漏影響。5）在所更換的單臺泵運(yùn)行期間，同等運(yùn)行工況下，推力瓦溫度平均至少比原油泵運(yùn)行時(shí)低1.18℃，見表1。6）原油泵啟動時(shí)，其出口側(cè)流量計(jì)顯示流量為880L/min，更換的新油泵在啟動時(shí)出口側(cè)流量計(jì)顯示流量為1?168L/min，其工作效率大大提高，保證了推力瓦的良好工作環(huán)境。7）新油泵的設(shè)計(jì)制造、結(jié)構(gòu)部件采用的新技術(shù)保證了本體的密封性，運(yùn)行穩(wěn)定性，設(shè)備可靠性。優(yōu)化后的推力外循環(huán)系統(tǒng)投運(yùn)至今以來，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，油泵噪音、振動值較小，密封檢查未見磨損，管道及油泵未發(fā)過任何滲油、漏油現(xiàn)象。

5結(jié)語

通過對油管路加裝波紋管補(bǔ)償器和檢修隔離閥，對外循環(huán)油泵進(jìn)行選型更換改造，使得整個(gè)推力外循環(huán)系統(tǒng)得到了完善，從根本上解決了推力外循環(huán)系統(tǒng)油泵及管路頻發(fā)滲油、漏油、斷流、振動的問題，減少了設(shè)備維護(hù)工作量，增加了設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定可靠性，解除了危害機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的因素，確保了機(jī)組安全效益和經(jīng)濟(jì)效益。事實(shí)證明，魯?shù)乩就屏ν庋h(huán)系統(tǒng)的完善應(yīng)用是成功的。

作者:崔茁 單位:云南華電魯?shù)乩娪邢薰?