水轮发电机组轴承油冷却器爆裂原因分析及处理探讨

卢 友

摘要：水轮发电机组轴承油冷却器作为水轮发电机组的重要组成部分，其运行工况的好坏，直接影响着水轮发电机组的安全稳定运行。因此，保证轴承油冷却器的正常运行并提高其运行性能自关重要。在水轮发电机组的正常运行过程中，由于各种各样的原因，可能会造成冷却器的故障、性能无法达到设计要求，从而给水轮发电机组的运行带来安全隐患。本文基于轴承油冷却器在运行过程发生爆裂的原因进行分析，并提出简要的处理建议。

关键词：水轮发电机组；轴承；油冷却器；爆裂

引言

水轮发电机组轴承油冷却器作为水轮发电机组的重要组成部分，是水轮发电机组正常运行必不可少的重要元件，轴承油冷却器运行情况的好坏，直接影响着水轮发电机组的安全稳定运行。因此，保证轴承油冷却器的正常运行并提高其运行性能自关重要。

1、概述

某水电站装有2台单机60MW的立式混流式水轮发电机组，机组采用悬式结构，其中推力轴承及上导轴承共用一个润滑油槽，下导使用一个润滑油槽。油槽油温采用内置式冷却器进行冷却，冷却介质为水。冷却水采用供水泵从电站尾水抽取，尾水与金沙江衔接，水质较差，且含沙量很高。电厂两台机2012年底投产后不足一年已发生过两次冷却器铜管因冷却水泥沙磨损造成破损，冷却器破裂后导致带有大量沙粒的冷却水进入油槽，对机组各部位轴瓦及镜板造成了很大损坏。给电站的安全稳定运行带来了诸多的隐患，并造成了极大的经济损失。为了提高冷却器的工作可靠性，提高机组运行稳定性，电站对冷却器进行了改造。

2、油冷却器的作用

油冷却器是润滑系统中普遍使用的一种油冷却设备。利用该设备可使具有一定温差的两种流体介质实现热交换，从而达到降低油温，保证系统正常运行的目的。润滑油系统是水轮发电机组正常运转的重要组成部分。水轮发电机组在运行过程中由于旋转摩擦会产生大量的热量，在长时间工作后油温就会升高，而且油的粘度随着油温升高而变低，降低润滑效果，如果没有及时的把热量散发出，会导致机组各轴瓦烧损，导致设备损坏。为保证机组安全可靠地运行，就必须保证冷却器正常运行，把油温控制在规定的范围内。

3、原布置油冷却器的结构形式及优缺点

机组投产初设置的油冷却器为管式波纹式油冷却器，分为两个半圆安装于机组油槽内部。冷却器采用1路水源，各冷却器管路采用“U”形弯头进行连接，确保水流畅通。

缺点：由于水路太长，造成水路末端冷却管管内水温偏高换热能力下降，同时由于冷却管沿程长，水侧阻力大，造成冷却器供水不足。同时，采用“U”形弯头，由于“U”形弯头特殊的结构造成其质量控制难，再加上需要进行钎焊进行焊接，造成该部位为薄弱环节。在冷却水含沙量大且沙粒硬度很高的情况下，冷却器的材质选用T2铜管硬度不足，抗磨及抗腐蚀性能不足。冷却器的设计结构未考虑介质含沙量较多的情况，最下层部分冷却管因下进出水口设计过高，有可能导致泥沙堆积影响冷却效果；机组油冷却器的冷却水进出方向未考虑介质含沙较多的情况，采用下进上出式不利于冷却器内的泥沙排出。

优点：用水量小，对于采用水泵供水的方式下，可降低厂用电率。另外弯头采用“U”形弯头可以减少水流损失，提高冷却器的工作效率，减小冷却器的尺寸及材料，节约设备成本。

4、介于该冷却器频繁爆裂的改进措施

为有效解决电站冷却器频繁爆裂带来的不利影响，消除潜在的安全隐患。根据电站运行实际情况，提出以下几种改进措施：

（1）对现有冷却器“U”型弯头进行增厚更换

现有冷却器“U”型弯头采用的是Φ25×2的T2紫铜管，材质不耐磨，且管壁较薄，在高泥沙量及高沙粒硬度的情况下极易发生破壁情况。介于该情况，将“U”型弯头全部更换为用铸铜整体铸造为Φ25×5的弯头，可在不更换现有冷却器，不改变水流损失的情况下有效改进耐磨情况，增加冷却器的使用寿命。

（2）对现有冷却器“U”型弯头及进出水口进行改造

在冷却器热交换效率不变的情况下，将U型弯头焊接式联接改为胀管式承管板连接方式；承管板采用抗磨性更优的不锈钢板；油冷却器的下进出水口由原来高度135降低，有利于将最低层的泥砂排出；承管板式冷却器便于维护及清扫，在每年度的检修过程中可将两端承管板拆除对冷却器各冷却铜管进行清洁，使冷却器的冷却性能得到保证；承管板采用不锈钢板，抗磨性及抗腐蚀性优于原设计的T2铜管弯头，且减少内部弯头；降低油冷却器的下进出水口，有利于最低层泥砂的排出。但由于采用承管板，也降低了冷却水在该处的流速，增加了水流阻力，将引起泥沙在承管板内淤积，也因流速的降低，会对冷却器的冷却效果造成一定的影响。

（3）对现有冷却器进行整体更换

介于该电站冷却水高泥沙量及高沙粒硬度大的情况，也可以采用新型的不锈钢冷却器对现有冷却器进行整体更换。随着工艺技术的不断革新，冷却器技术也有了突飞猛进的改进，虽然使用的是不锈钢结构，但也能保证在尺寸大小不改变的情况下达到与铜质散热管相同的热交换量，不用担心散热量不足问题。且不锈钢材质对比铜质冷却管具有更强的耐磨性和抗腐蚀性，使用寿命大大增加。

上述每种改进方式各有优缺点，电站根据当时的工期、改造费用等实际情况选择了对现有冷却器“U”型弯头进行增厚更换的方式，经过近一年的运行未在发生冷却器爆裂事故，在年度检修时对更换后的U”型弯头进行壁厚测量也无明显的薄弱点。通过本次改造，明显改善了水轮发电机组的运行环境，确保了水轮发电机组的稳定可靠运行。

结束语

大部分水轮发电机组的轴承油冷却器均采用内置式冷却器，在平时的运行过程中具有很大的隐蔽性，使运行人员无法及时发现其潜在的安全隐患。因此其设备选型、制造质量的好坏、安装质量的好坏直接影响着其运行可靠性。随着科技越来越发达，制造技术越来越先进，新型设备材料越来越广泛，给冷却器各项运行性能的提升带来了诸多可能。我们在电站建设前，因充分考察电站冷却器供水方式、水质等运行环境，选择符合现场实际的冷却器，同时积极采用新工艺、新材料，提高冷却器的运行性能，严格把控冷却器制造质量，提高水轮发电机组的运行稳定性，减少不必要的设备事故，为电网的稳定运行奠定基础。

参考文献

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