富春江水电厂弹性金属塑料瓦的应用

摘要：
　　本文简要回顾总结了富春江水电厂推力轴承弹性金属塑料瓦的应用情况，阐述了塑料瓦的优缺点，并提出了一些建议。
关键词：
塑料瓦
应用
　　1引言 我厂是上世纪50年代后期由我国自行设计和建设的低水头河床式电站，装有5台单机60MW的轴流转桨式水轮发电机组，总装机容量300MW，1968年12月第一台机组发电，至1977年4月5台机组全部投产。电厂的多年平均发电量为9.23亿度，年利用小时数3100小时，主要担负华东电网的调峰、调频及事故备用任务。由于历史的原因，我厂的机组来自三国四方，也即三个国家四个制造厂，因此机组的形式不同，发电机推力轴承的结构也不一样。但当时所用的推力瓦全部为巴氏合金瓦，即钨金瓦。从1995年4月至1997年1月，我厂陆续将5台机推力轴承的钨金瓦改成了弹性金属塑料瓦（以下简称塑料瓦），塑料瓦在我厂运行时间最长的已快10年，最短的也有7年。实践证明，塑料瓦在我厂的应用总体上是成功的，值得回顾总结。

　　2　发电机及推力轴承主要技术规范及说明 4、5号发电机特伞式指推力轴承位于水轮机内顶盖之上。1号发电机的推力轴承和发电机定子、转子分别在1986年和2001至2002年进行了技术改造，改造承包单位为哈尔滨电机厂。其中推力轴承改造的原因是原苏联制造的弹性油箱破裂漏油，改造后弹性油箱支撑型式由抗重螺丝支柱式改为了平面环型支撑内设抗重螺丝的支撑型式，实际新的推力抗重螺丝从未使用。
　　3　塑料瓦的使用情况 3.1　钨金瓦使用情况的简要回顾 我厂为承担调峰、调频及事故备用的任务，需要机组频繁地开机、停机，钨金瓦在开停机过程中经常处于干磨或半干磨的状态，瓦面极易磨损。同时，面对地处南方夏季高温、洪水季节河道垃圾经常堵塞冷却系统管路致使冷却水量不足甚至中断的情况，钨金瓦的运行温度总是偏高，有时不得不使机组限负荷运行甚至停机，钨金瓦烧瓦的现象也曾有发生。如1976年7月，5号机的法国原产钨金瓦因冷却器效果差，瓦温偏高而将全部10块瓦的3mm厚的巴氏合金几乎全部烧损。1981年，4、5号机的钨金瓦由法国产改为国产，运行情况有所好转，但瓦温偏高的问题一直存在。1993年2月13日，5号机在运行中，由于在推力循环油管刷油漆的民工误将循环油管的阀门关闭，也导致了10块钨金瓦不同程度的烧损，油槽油漆变色，镜板拉毛。即使在正常运行，并且5台机都配有高压油顶起装置的情况下，瓦面的磨损也要求在机组每年的检修中对钨金瓦进行一次修刮。 3.2　塑料瓦的应用 为了解决钨金瓦存在的一系列问题，提高推力轴承长期运行的稳定性和可靠性，根据塑料瓦在我国部分水电厂成功应用的经验，我厂从1995年起，先后对5台机的钨金瓦推力轴承进行了技术改造，采用了由不同国家及制造厂生产的塑料瓦，使用情况如表二：

注①塑料瓦的运行小时是指塑料瓦投用后至2003年9月30日的统计时间，机组的开停机次数也指这一时段而言； 注②表中所列瓦温油温是指正常情况而言； 注③塑料瓦的磨损量指机组最近一次检修时抽瓦检查所测的瓦平均厚度与新瓦时的平均厚度之差。 表中瓦温用BTS-180感温头测量，由于不同机组瓦的测温位置有所不同，钨金瓦与塑料瓦的导热性能有差别，这些温度值不能作为精确比较的依据，但足以定性反映出使用塑料瓦后的效果。从瓦面磨损量看，4、5号机俄罗斯产塑料瓦的磨损比其它机严重。每年4、5号机检修打开推力轴承油槽时，均可发现油槽内有因瓦面磨损而生成的白色粉沫，5号机尤为严重，这与俄产塑料瓦的用料、工艺及瓦面积减小太多，单位压力大大提高有关。按照电力行业标准DL/T622-1997立式水轮发电机弹性金属塑料推力轴瓦技术条件规定，瓦面的单位压力不应超过6.5Mpa。此外，5号机在使用钨金瓦时曾因瓦烧损而引起镜板表面光洁度不够，特别在塑料瓦使用的前几年由于推力冷却系统的经常堵塞，也一度导致塑料瓦在夏季时温度偏高，瓦面磨损加剧的现象。如1996年11月，5号机抽瓦检查就已发现外圆4个刻度圈有3圈磨光，内圆4刻度圈2圈磨光。到1998年2月抽瓦检查，瓦面所有4个刻度圈已全部磨光，磨损量达0.3mm。 3.3　使用塑料瓦后的优缺点 塑料瓦具有耐磨、耐热、抗裂、绝缘性能好、摩擦系数小、承载能力大的特点。我厂5台机虽然用了3个产地的塑料瓦，但使用效果均比较理想，从2003年9月份之前的情况看，塑料瓦的应用显示出了以下特有的优点：（1）推力瓦运行温度大幅降低，降幅达到10℃以上，机组即使在夏季高温也不必限负荷运行，提高了机组运行的稳定性和可靠性。（2）允许推力轴承在短时冷却水量不足甚至中断的情况下运行，我厂低水头河床式的性质决定了汛期江里垃圾大量入库，冷却器堵塞的情况时时发生，但因此而限负荷的情况几乎从未发生。如1号机，由于安装位子位于水库的左端，汛期的回水最易将该机的冷却系统堵塞，在1995年至1998年的汛期中，曾屡次发生冷却器堵塞的情况，致使推力油温上升，但机组仍安全稳定运行渡过了汛期，运行瓦温保持在48℃以下。（3）降低了机组停机制动的转速，更换为塑料瓦后，机组制动转速由35%额定转速调整为25%额定转速，从而减轻了转子制动环与风闸闸板的磨损，减少了发电机内部的粉尘污染。（4）减轻了检修工作量，缩短了检修工期。塑料瓦不必象钨金瓦那样刮瓦，以往使用钨金瓦时每年需将全部瓦抽出，进行刮瓦破大点、排花，费时费力，并且这一工作往往占用主线时间，特别我厂4、5号机，由于推力轴承结构特殊，拆装起来更为麻烦。使用塑料瓦后，我厂只需每年每台机抽2块瓦进行检查即可，这样至少需要花10天进行推力检修的时间，现在3到4天就可解决。（5）简化了机组盘车测轴线摆度的工艺。以往机组进行机械盘车测轴线摆度时，为减少桥机拉力，减轻钨金瓦面的磨损，必须在瓦面涂抹猪油，工艺繁琐，瓦、镜板和推力油槽的清扫工作量大。更换成塑料瓦后，只要在瓦面抹上一层透平油即可进行盘车测轴线摆度，而且桥机拉起来显得十分轻巧。 塑料瓦的优点是被人们谈得较多的，但是，它的缺点也不应回避。塑料瓦烧瓦的后果不一定比钨金瓦烧瓦的后果轻。几年前，笔者在葛洲坝水电厂就目睹了推力塑料瓦烧损并累及镜板的场景，只是原因可能需进一步研究。从我厂应用的实际看，塑料瓦存在以下不足或发生了一些问题：（1）机组盘车可以人工推动的说法未能做到。根据人们介绍，由于塑料瓦的摩擦系数很小，机组转动部分用人工就可推动，事实上，我厂5台机的人工盘车都没成功。这对1、2、3号机影响不大，而对4、5号机就十分不利。因为前者发电机定子为固定式结构，设计有进行机械盘车的功能，而后者定子为浮动式结构，没有机械盘车的功能。如果机组检修需要盘车，4、5号机在用钨金瓦时，是靠高压油顶起装置启动，再进行人工盘车的方法。如今，塑料瓦无高压油顶起装置，给盘车带来了一定困难。（2）塑料瓦应用至今已有多年，5台机各个厂家生产的塑料瓦磨损量不同，瓦的成分、浇铸工艺存在差异，而且塑料本身可能会有老化的趋势，等等现象或原因表明，塑料瓦的使用有一个寿命的问题，但目前塑料瓦寿命评估标准还不十分明确，就是塑料瓦用到什么样的程度应该报废还没有定量的概念，如果等塑料瓦出现裂纹、脱壳、铜丝外露时再予更换，则将直接影响机组的安全运行，可见塑料瓦的寿命确认，需要兼顾安全性和经济性的原则。（3）塑料瓦不一定耐高温。我厂5号机在2003年9月的大修中发现其中的一块瓦已出现一条细小的裂纹和局部脱壳的现象，用备品瓦进行了更换。第一次更换的1号备品瓦没有成功，在机组大修后第一次连续带负荷运行达8小时时，该单块瓦的温度异常升高，测量温度在72.7℃（由于塑料的绝热性，此时瓦面与镜板之间的实际温度远大于此）时被迫停机，抽瓦检查发现1号备品已烧损，瓦面铜网全部露出，发黑发亮。换的该块备品瓦由于厚度大于已使用的瓦，对其做了瓦面和瓦背双面磨薄处理，但处理后的厚度仍大于左右相邻瓦的厚度0.215、0.202mm，比总共10块瓦的平均厚度高0.15mm。5号机的弹性油箱是单波纹鼓形平面支撑式的，不便进行受力调整，对各瓦的厚度要求较高，同时多年存放的备品和已使用多年的塑料瓦之间的性能或许不同，这正是1号备品瓦烧损的主要原因。第二次更换的2号备品瓦，我们采用仅研磨瓦背的方法将其厚度加工成和原瓦相等，和相邻瓦的厚度一致后，投运成功。
　　 4　几点建议 4.1　尽快出台塑料瓦寿命评估标准 我国于上世纪90年代初从俄罗斯引进塑料瓦，并着手自行研制生产，很多电厂应用至今已普遍有10年左右的时间，瓦的寿命是共同面临的问题。建议从瓦的使用时间、磨损量、外观检查，以及用必要的仪器检测等方面来确定塑料瓦的寿命，以确保电厂的安全发供电。 4.2　抓紧研制具有高压油顶起功能的塑料瓦 我厂曾委托某单位试验研制具有高压油顶起功能的塑料瓦，试图恢复4、5号机的高压油顶起功能。这种瓦需要解决的关键问题是在瓦中间配装高压油喷嘴，在技术上要求喷嘴与瓦体可靠连接，并不得使高压油渗至金属网内引起塑料层脱壳。由于试验设备的限制，所要求的带喷嘴的样品瓦试验压力为35Mpa时瓦面产生泄油，实际只达到8.5Mpa时瓦面产生泄油，因此，没有投入正式生产。 4.3　塑料瓦的温度整定值应该降低 受塑料瓦可以承受高温信息的影响，我厂机组推力瓦在更换成塑料瓦后，瓦温报警值和事故停机值都相应提高了5℃，如4、5号机从钨金瓦的65℃报警、70℃事故停机到塑料瓦的70℃报警、75℃事故停机，事实证明是不正确的，必须对瓦温整定值重新设定，设定值不能高于钨金瓦。 5　结语 塑料瓦的应用利多弊少，提高了机组运行的可靠性，缩短了检修工期，减轻了检修强度，但对它的性能特点要不断总结了解、深入研究提高，只有认识到位了，产品质量、性能提高了，塑料瓦才能更好地为电力生产服务。