镜板泵外循环技术在糯扎渡水电厂的应用
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摘要：本文在相似工况下对糯扎渡水电厂使用镜板泵外循环和油泵外循环的水轮发电机组推力轴承瓦温等参数进行对比分析，以实际运行数据证明镜板泵能够满足糯扎渡电厂3000T级推力负荷的大型水轮发电机组推力轴承的冷却需要，且冷却效果较好。
关键词：水轮发电机；镜板泵；外循环；推力
中图分类号：O434文献标识码： A
引言
糯扎渡水电厂装有9台单机容量为650MW的立轴半伞型水轮发电机组。机组推力轴承位于转子下部的下机架上，每台机组均设有20块采用弹簧束支撑结构的乌金瓦。其中，1-6号机组转子重量为1270T，飞轮力矩为175000t.m2，推力负荷3150T,推力轴承采用镜板泵外循环冷却,设有8个筒式冷却器；7-9号机组转子重量为1330T，飞轮力矩为170000t.m2，推力负荷3080T,推力轴承采用两台双螺杆泵外循环冷却，油泵一主一备，设有10个筒式冷却器。两种型号机组额定转速均为125r/min。
近年来，随着技术的不断成熟，水轮发电机推力轴承镜板泵外循环技术已经在水力机组中得到广泛应用。作为承受立轴水轮发电机组转动部分全部重量及水推力等负荷并将这些负荷传递给负荷机架的推力轴承，运行时的温度控制极为重要。推力轴承瓦监测温度与轴承的设计参数、介质、循环冷却方式、运行条件、瓦面材料、测量方法和测量位置等有直接关系[1]。对于采用巴氏合金的推力轴承，在正常运行工况下其推力轴承巴氏合金瓦的最高温度应采用埋置检温计法测量，且不应超过80℃[2]。
1 糯扎渡电厂推力轴承外循环系统介绍
1.11-6号机镜板泵外循环
如图1所示，糯扎渡水电厂1-6号机组推力轴承镜板泵外循环系统主要由位于镜板上16个直径50mm的后倾式斜孔，集油槽，冷、热油管，冷却器，冷却水管等组成。
机组旋转时，位于镜板上的后倾式斜孔将热油甩出后汇聚到集油槽，集油槽中汇聚的热油通过热油管引至油冷却器进行冷却，冷却器冷却后的油在油压作用下沿冷油管再喷到推力瓦进油边附近，从而达到冷却目的。
镜板泵外循环的优点在于拆卸推力瓦及推力油盆内进行相关检修时无需拆除冷却器，检修相对便利，且单个冷却器进行检修时不影响其他冷却器正常工作，只要机组旋转，均会有油流流出，故可靠性较高。与油泵外循环相比，其还节省了大量电费。其缺点是镜板结构相对复杂，制造难度加大，且推力油盆内增加了管路部件，维护难度较大，要保证良好的循环冷却效果，旋转的镜板与集油槽之间的密封要求较高[3]。
1.27-9号机油泵外循环
如图2所示，糯扎渡水电厂7-9号机组推力轴承采用油泵外循环，运行时，位于下机架支臂之间的螺杆泵在电机的带动下将推力油盆内的热油通过过滤器从油盆上方的吸油口抽出后汇聚于热油环管，通过热油环管的热油再经过10个冷却器冷却后返回到油盆底部，从而达到冷却目的。
与镜板泵外循环相比，油泵外循环减少了油盆内的油管，镜板结构也相对简单，但其需要消耗大量厂用电维持油泵运行，为了防止油泵或电机损坏而影响机组正常运行，需做冗余配置，这就增加了成本。另外，油泵外循环与镜板泵相比，需在基坑内增加热油环管。布置于基坑内的油泵或电机一旦损坏，由于空间限制，维护起来也较为麻烦。
2 相似工况下镜板泵外循环与油泵外循环机组相关参数
2.12013年10月17日18:00数据（机组已在该工况连续运行5小时以上）
项目机组 #5 #6 #8 #9
机组负荷(MW) 650 650 650 650
技术供水总管压力(MPa) 0.50 0.48 0.48 0.49
推力冷却水出口流量(m3/h) 546.26 534.15 546.81 520.97
推力冷却水总管进口温度(℃) 21.8 21.8 21.9 21.7
推力冷却水总管出口温度(℃) 23.3 23.4 23.4 23.2
1号油温(℃) 31.5 31.9 44.8 43.9
2号油温(℃) 31.6 31.9 44.5 44.0
3号油温(℃) 31.4 32.2 44.8 44.0
4号油温(℃) 31.2 31.8 44.7 44.1
平均油温(℃) 31.425 31.95 44.7 44.0
1号瓦温(℃) 70.8 71.7 69.3 72.4
2号瓦温(℃) 71.1 67.8 70.7 72.3
3号瓦温(℃) 65.4 70.0 71.0 73.4
4号瓦温(℃) 67.8 65.7 71.3 74.8
5号瓦温(℃) 67.2 65.5 72.3 74.6
6号瓦温(℃) 65.6 68.3 72.1 74.7
7号瓦温(℃) 66.9 66.7 73.9 74.0
8号瓦温(℃) 65.7 67.0 70.2 72.9
9号瓦温(℃) 67.3 71.8 71.3 73.1
10号瓦温(℃) 69.1 68.4 71.6 72.4
11号瓦温(℃) 65.6 67.7 72.3 72.6
12号瓦温(℃) 72.3 69.1 70.9 73.4
13号瓦温(℃) 67.5 65.8 69.6 75.0
14号瓦温(℃) 68.9 68.2 69.9 72.7
15号瓦温(℃) 70.2 67.9 71.8 73.0
16号瓦温(℃) 66.6 68.3 72.1 71.5
17号瓦温(℃) 68.9 66.7 69.4 71.4
18号瓦温(℃) 72.7 65.1 70.5 72.3
19号瓦温(℃) 69.6 68.9 70.7 72.5
20号瓦温(℃) 65.2 69.3 69.3 70.7
平均瓦温(℃) 68.22 67.995 71.01 72.985
2.22013年10月19日16:00数据（机组已在该工况连续运行5小时以上）
项目机组 #5 #6 #8 #9
机组负荷(MW) 545.7 537.3 533.1 536.7
技术供水总管压力(MPa) 0.49 0.47 0.47 0.48
推力冷却水出口流量(m3/h) 546.30 541.05 548.93 520.61
推力冷却水总管进口温度(℃) 21.8 21.7 21.8 21.8
推力冷却水总管出口温度(℃) 23.3 23.3 23.4 23.3
1号油温(℃) 31.2 31.4 44.5 43.8
2号油温(℃) 31.1 31.7 44.3 43.9
3号油温(℃) 31.0 31.8 45.5 43.8
4号油温(℃) 30.9 31.6 44.4 43.8
平均油温(℃) 31.05 31.625 44.675 43.825
1号瓦温(℃) 69.8 70.9 68.8 71.6
2号瓦温(℃) 70.1 67.0 70.1 71.6
3号瓦温(℃) 64.5 69.0 70.3 72.5
4号瓦温(℃) 66.8 64.8 70.5 73.8
5号瓦温(℃) 66.1 64.6 70.9 73.8
6号瓦温(℃) 64.6 67.4 70.8 74.1
7号瓦温(℃) 65.9 65.9 73.1 73.4
8号瓦温(℃) 64.7 66.1 69.2 72.2
9号瓦温(℃) 66.3 70.6 70.7 72.3
10号瓦温(℃) 68.1 67.6 71.1 71.5
11号瓦温(℃) 64.6 66.8 71.5 71.9
12号瓦温(℃) 71.3 68.2 69.9 73.4
13号瓦温(℃) 66.5 64.9 68.6 74.2
14号瓦温(℃) 67.5 67.2 69.1 71.9
15号瓦温(℃) 69.2 66.9 71.0 72.1
16号瓦温(℃) 65.5 67.3 71.5 70.8
17号瓦温(℃) 65.7 66.2 68.7 70.5
18号瓦温(℃) 71.6 64.6 69.3 71.5
19号瓦温(℃) 68.7 67.9 69.8 71.6
20号瓦温(℃) 64.1 68.2 68.6 69.7
平均瓦温(℃) 67.08 67.105 70.175 72.22
4结论
糯扎渡电厂两种机型推力轴承的设计参数相近。油样化验表明，所使用的透平油各项指标基本相同，记录数据时，机组运行工况也基本相同。两种机型的推力瓦瓦面材料均为乌金、均采用埋置法测量瓦温，且测量位置基本相同。对于巴氏合金瓦推力轴承，排出设计因素，瓦的监测温度还与冷却水温度、冷却器的冷却能力及循环冷却效果等有非常大的关系。糯扎渡电厂1-6号机组所使用的冷却器虽然和7-9号机使用的冷却器生产厂家及个数均不相同，但从技术供水总管压力、推力冷却水出口流量以及推力冷却水总管进、出口温度上可以看出，两种机组推力冷却器的冷却能力差异不大。但是推力油盆内的油温和瓦温则有明显差异，平均油温相差达10℃左右，而平均瓦温则相差3℃左右。
从糯扎渡不同推力轴承外循环机组的运行情况看，镜板泵外循环系统的性能是可靠的。在其他条件基本一致的情况下，推力负荷为3150T的1-6号机组与推力负荷为3080T的7-9号机组相比，采用镜板泵外循环的1-6号机组推力轴承冷却效果明显优于采用油泵外循环的7-9号机组。运行数据证明镜板泵能够满足糯扎渡3000T级推力负荷的大型水轮发电机组推力轴承的冷却需要，且冷却效果较好。
参考文献：
[1] 刘清勇，付元初，武中德。大型水轮发电机推力轴承瓦温度[J]。大电机技术，2010年第4期：P14-15。
[2]GB/T 7894-2009，水轮发电机基本技术条件 [S]。P5。
[3] 武中德，张宏，张仁江，吴军令。水轮发电机镜板泵外循环技术[J]。华中电力，2004年第6期：P32-34。