拉水電站推力外循環系統優化

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摘要：針對魯地拉水電站水輪發電機推力外循環系統運行過程中存在振動較大、滲漏嚴重的問題，通過對外循環油泵的重新選型更換和油泵密封潤滑條件的優化，并在管路上安裝波紋管補償器和完善檢修隔離閥及反向閥，使得推力外循環系統運行工況和發電機運行環境得到了極大改善。

關鍵詞：油泵；接觸式密封；檢修隔離閥；單向閥；波紋管補償器

1概述

魯地拉水電站6臺混流式水輪發電機組均為半傘式結構，發電機型號SF360-60/15070，由天津阿爾斯通水電設備有限公司制造。發電機推力軸承采用強迫油外循環外置水冷卻器冷卻方式，推力瓦為彈性塑料瓦，共18塊。推力外循環系統由2臺推力外循環油泵、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。推力外循環油泵為型號2GV7.2-751日本株式會社生產的雙螺桿泵，電機功率為55kW，泵軸功率為50kW，流量為140m3/h，轉速為980r/min，布置在下機架內部。油泵標準運行方式為1臺主用，1臺備用，每臺泵連續運行2h自動切換，正常情況下單泵運行，當油壓低或流量小或主用泵故障時，備用泵自動投運。油槽外循環冷熱油環管為DN125不銹鋼無縫鋼管，環管分別通過DN80不銹鋼無縫鋼管與5個冷卻器直接相連接，2臺油泵與供油環管通過DN125的油管、單向閥與環管連接，當油泵啟動時，油泵將熱油從油槽抽出，通過濾器后端油泵對油流加壓，再經過單向閥將油送至熱油環管，再由環管將油分配至5個冷卻器，冷卻油供至冷油環管后通過5根DN80油槽注油管注入油槽，完成推力油外循環冷卻工作。

2存在問題

2013年7月電站第一臺機組投產，隨著設備的運行，推力外循環系統滲漏情況和振動情況較為明顯，主要存在以下問題。

2.1廠家設計方面

外循環系統在過濾器后端未設有檢修隔離閥［1］，油泵進口側只有1個止回閥且止回閥本身關閉不嚴，致使檢修油泵時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管中積油近550L，耗時1h，回裝后注油時間15min，若遇油泵事故，較長的排油時間降低了工作效率，對緊急事故的處理帶來極大影響，很大程度上直接影響機組的經濟效益。外循環系統中推力進、排油環管與各外置式冷卻器連接為剛性管道連接，機組運行中產生的振動逐漸導致管路結合處出現滲漏現象。

2.2設備方面

由于推力外循環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，在運行過程中頻繁出現過盈量較大而使密封抱軸、彈簧無法回座形成卡阻問題，導致密封失效，大量油質泄漏，甩油現象極為嚴重。推力外循環油泵密封腔及管路的殘余氣體不能及時排出，造成油泵彈性密封磨損過快。油泵運行過程中振動及噪音較大。

3原因分析

1）外循環系統中推力油泵與管路之間未設置檢修隔離閥，不能實現檢修時的設備隔離，不符合機電設備安裝技術規范［2-3］。油環管與各外置式冷卻器之間為剛性連接，無減振裝置，隨機組在振動區運行，下機架振動傳導至管道和冷卻器上，久而久之，管道法蘭連接部位密封破損出現滲漏。2）推力外循環油泵布置在下機架內部，機架內部空間相對密閉，發電機定子、轉子運行中產生大量熱量，積熱無法順暢散出，導致環境溫度較高，加上熱油溫度的影響，使外循環油泵密封導向套熱膨脹量較大［4］。正常工作時因為接觸式密封部位是負壓，油泵密封部位不會漏油，但是油泵卻切換運行或機組停運之后，由于熱脹冷縮，導向套與主軸之間過盈量增大，使其抱軸更緊，卡阻加重導向套無法回座，接觸式剛性密封［5］失去密封性能，漏油量增大。3）現場實際測量，外循環油泵本體進出口尺寸與進出口油管路尺寸不符。泵進出油口管徑為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，致使泵進出油口尺寸比管路尺寸大得多，造成油泵進口油流無法滿足泵實際需求。加上油流通道尺寸突變，在法蘭連接區域會形成真空渦帶［6］，且油泵出口油管尺寸小于油泵出油口，導致油泵出油不暢，在泵本體內部產生困油、氣泡現象，以上兩點促使油泵在運行時產生較大的噪音和振動。4）油泵內部零件磨損會造成內漏。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，在設計時取的容積率相對較高，這部分原因導致了油泵輸出功率大大低于輸入功率。其損耗全部轉變為熱能，因此會引起油泵過熱，熱量會導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，經多方考察論證，2016年利用4號機組檢修，對4號機組推力外循環系統進行了完善。1）在2臺油過濾器出口位置各加裝DN125手動檢修閥（常開），并同時更換新的單向閥［7］，實現了檢修外循環油泵時的設備隔離。2）將1號外循環油泵密封更換為新型密封，新型密封的導向套將不再固定在主軸上，并且增加了導向套內徑，避免了因導向套與主軸之間的過盈量過大而造成彈性密封卡阻在主軸上，進而造成的密封失效。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，使其在首次啟動時便于排除密封腔及管路的殘余氣體，并同時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致彈性密封磨損過快的問題［8］。3）將2號外循環油泵進行選型更換，更換為由德國雷士（Leistritz）生產的型號L2NG-116/164-ISOGIA-G的雙螺桿泵，配套4極電機，油泵轉速為1?450r/min，流量≥1?500L/min，工作壓力0.6MPa，進出口法蘭為DN200-PN16RF，經變徑管與油管路通過DN125-PN16RF的法蘭相連接。電機采用鼠籠式感應電動機，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，以及流道不均而產生的真空渦帶的問題［9］，從根本上消除了泵在運行時噪音、振動較大的問題。新泵的機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險。4）在推力外循環系統中，進、排油環管與各外置式冷卻器連接管道上加裝DN80，長為150mm的波紋管補償器［10］，以補償吸收管道軸向、橫向、角向熱變形，吸收設備振動，減少設備振動對管道造成的滲漏影響。5）在所更換的單臺泵運行期間，同等運行工況下，推力瓦溫度平均至少比原油泵運行時低1.18℃，見表1。6）原油泵啟動時，其出口側流量計顯示流量為880L/min，更換的新油泵在啟動時出口側流量計顯示流量為1?168L/min，其工作效率大大提高，保證了推力瓦的良好工作環境。7）新油泵的設計制造、結構部件采用的新技術保證了本體的密封性，運行穩定性，設備可靠性。優化后的推力外循環系統投運至今以來，系統運行平穩，油泵噪音、振動值較小，密封檢查未見磨損，管道及油泵未發過任何滲油、漏油現象。

5結語

通過對油管路加裝波紋管補償器和檢修隔離閥，對外循環油泵進行選型更換改造，使得整個推力外循環系統得到了完善，從根本上解決了推力外循環系統油泵及管路頻發滲油、漏油、斷流、振動的問題，減少了設備維護工作量，增加了設備運行的穩定可靠性，解除了危害機組安全穩定運行的因素，確保了機組安全效益和經濟效益。事實證明，魯地拉公司推力外循環系統的完善應用是成功的。

作者:崔茁 單位:云南華電魯地拉水電有限公司