柬埔寨王国基里隆水轮发电机卧式导轴承弹性金属塑料轴瓦安装试运行报告

　　中电技国际水电开发有限公司电厂运行管理部 斯忠仁

　　哈尔滨电机厂配套部 叶 凡

　　高转速卧式水力发电机组弹性金属塑料轴瓦改造运行报告

　　基里隆一级水电站是柬埔寨王国******的水电站，有两台机组，均在战乱中被毁坏。电站修复工程是我国******个B0T(Build，Operate，Trans/fer)项目，由中电技国际水电开发有限公司重建和运行管理。重新安装的两台6MW卧式水轮发电机组自2002年投入运行以来，一直由于原巴氏合金轴瓦温度偏高，不能满负荷运行发电。生产厂家先后进行了十余次轴瓦改进，又聘情过几批刮瓦的高级技师进行现场处理。结果，仍然没有解决烧瓦和限负荷运行的问题，造成了很大的影响和经济损失。为了解决这个问题，电站组织了专门的小组进行了考察研究，***后选择用弹性金属塑料轴瓦对其进行改造。机组主要技术参数：

　　1、 装机容量：2×6MW，

　　2、 额定水头：363.00m，

　　3、 保证出力：3.812MW，

　　4、 年发电量：0.6419亿kW·h，

　　5、 年利用小时数：5349h

　　6、 水轮机选用卧轴双喷嘴冲击式水轮机型号：CA734-W-136/2×12.5型，

　　主要参数为：

　　额定水头：363.00m，

　　额定流量：1.95m3/s，

　　额定出力：6220kW，

　　额定效率：89.78%，

　　额定转速：600r/min，

　　飞逸转速：1080r/min。

　　7、 水轮发电机为SFW6000-10/2130 3相凸级同步机，

　　卧式、密闭自循环空气冷却结构，主要参数为：

　　额定功率：6MW，

　　额定容量：7.5MVA，

　　额定电压：6.3kV，

　　额定电流：687.32A，

　　额定转速：600r/min，

　　飞逸转速：1080r/min。

　　水轮发电机组为两支点结构。两个导轴承分别位于定子两侧，轴承瓦为筒式巴氏合金轴瓦。轴承润滑采用外循环方式，在主厂房内每台发电机组上游侧布置有外循环供油装置。

　　发侧导轴承直径：Ø450mm

　　水轮导轴承直径：Ø500mm

　　二、应用弹性金属塑料轴瓦进行改造的可行性研究

　　弹性金属塑料轴瓦有很多优越性能

　　1.氟塑料化学稳定性好，除了熔化的碱金属和氟氢化物之外，任何酸、碱、盐和溶剂都不能浸蚀损坏。抗自然老化周期长，可达数十年之久。熔点327℃，分解点405℃，软化点260℃，可以在-150℃至+250℃范围内正常使用;不燃烧，不变性，被称之为塑料王，弹塑瓦使用寿命超过20年以上。

　　2.氟塑料摩擦系数小。这是现有材料中摩擦系数***小的，它对钢的静干摩擦系数仅为0.04，干动摩擦系数为0.12～0.20。氟塑料在有油脂存在的情况下，使滑动轴承的摩擦系数大大降低，根据油润滑的状态，摩擦系数约为0.0087～0.000012。这一特性大大降低了设备的起动功率和拖动运行的功率。弹塑轴瓦比合金轴瓦在正常运行时的拖动功率要减少10～15%。同时也减少了传动机械的冲击磨损和功率损耗。这是应用塑料轴瓦能提高水能利用率的直接原因。

　　3.氟塑料在油润滑下耐磨性好，负荷能力大。尤其是第二代和第三代塑料弹塑瓦耐磨性更好，使用了几年后几乎测不出磨损。在相同油润滑状态下，弹塑瓦的负荷能力比巴氏瓦和铜瓦大很多。一般情况下巴氏瓦的负荷不允许超过6Mpa，而弹塑瓦在8.0Mpa时仍能正常运行，推力轴承试验台试验表明，在转速15.3m/s，负荷8.0Mpa，瓦温才58℃，运行稳定。在实践中葛州坝电站水轮发电机弹塑瓦推力总负荷已达3800吨，单位负荷6.2Mpa。

　　4.氟塑料具有分子转移性。氟塑料在摩擦时其分子在对摩件表面上形成一层润滑膜，当这个润滑膜破坏时还会自动补充。只有在转速很高，分子未及转移情况下，此膜才会破坏。所以弹塑瓦在运行中用不着巴氏瓦那样定期刮研。一经装机运行以后，便自动生成润滑膜，不需要定期刮研，也不用维修维护。仅此一项就会带来可观的效益。

　　5.氟塑料吸水性小，仅为0.01%。弹塑瓦在油中混有水的情况下也能正常运行。例如白山电站2800吨的弹塑推力瓦油槽中渗进了水，并没有影响运行，而且瓦温、油温均正常，直到大修时才发现油中竟混有15%的水。如使用巴氏瓦早就发生事故了。

　　6瓦温低。塑料轴瓦的轴承试验表明，在15.3m/s,5Mpa时，对形状相同的巴氏瓦和弹塑瓦试验时，巴氏瓦瓦温56℃，油温43℃，拖动电流120A;弹塑瓦瓦温41℃，油温33℃，拖动电流103.3A。对几百家大、中型水轮发电机组巴氏瓦更换成弹塑瓦前后瓦温、油温的比较统计表明均有所下降：***小下降8℃，******下降22℃，平均下降11.8℃。摩擦热的下降反映了拖动功耗的下降,摩擦功耗减小。

　　7.氟塑料具有不粘性。无论是常温还是熔点以上，氟塑料不和任何物质发生粘接。就是氟塑料与氟塑料本身也不粘接。这虽然给制造带来困难，可是却不会危及轴及推力板。

　　弹性金属塑料轴瓦的表面氟塑料层具有自润滑性和对油膜滑移的特性。这种自润滑和对油膜滑移特性使其能在相同运行条件下的磨擦热能比合金轴瓦降低，其负荷能力又比合金轴瓦大。在国内，除了三峡以外，几乎所有的大、中型水电站的立式机组推力轴承都已经普遍应用弹性金属塑料轴瓦运行了，运行效果良好。2001年湖南省永兴县一级水电站两台卧式水轮发电机组(1.5万千瓦)的低转速(88转/分)导轴承(轴颈860mm)应用弹性金属塑料轴瓦解决了经常烧瓦的难题，开辟了大轴颈卧式水轮发电机组径向导轴承应用弹性金属塑料轴瓦的先例，不用刮瓦、免维护，取得了显著的效果。本电站机组属于高转速(600转/分)大轴颈(500mm)的冲击式水轮发电机组。根据厂家提供的弹性金属塑料轴瓦安全运行的PV值，其线速度不应该大于30m/s，卧式弹性金属塑料轴瓦的平均压力不大于3.0Mpa。基里隆瓦的转速分别是14.3m/s(Ø 450瓦)和15.7m/s(Ø 500瓦),其平均压力分别是1.22Mpa(Ø 450瓦)和1.23Mpa(Ø 500瓦)。即使发生飞逸,其转速28.26m/s仍然在安全应用范围之内。经过研究认为应用弹性金属塑料轴瓦代替合金瓦的是可行的。

　　2005年1月由哈尔滨大禹电站技术研究所制作的弹性金属塑料轴瓦先后安装完毕。进行空载试验运行，和满负荷72小时试验运行的瓦温、油温稳定值见下表1所示：

　　表1 空载与满负荷72小时运行瓦温、油温稳定值 单位：OC

 

时间	容量 KW	Ø450轴瓦		Ø 500轴瓦		进油 温度	室温	备注
		瓦温	回油 温度	瓦温	回油 温度
1号机组	0 6000	44.0 56.0	41.1 46.8	44.6 52.6	42.8 48.5	36.8 41.6	33.5 34.2	空载 满载
2号机组	0 6000	45.3 50.2	43.7 49.2	45.6 56.1	47.5 53.6	37.9 53.8	37.0 37.2	空载 满载

　　结合表1的试验结果表明,弹性金属塑料轴瓦完全能够满足该机组长期稳定、安全运行的要求。根据试验运行的结果，达到了预期的效果。说明弹性金属塑料轴瓦的氟塑料表面层与油膜有相对滑移特性,这种滑移特性能使摩擦产生的热能减少。使其瓦温、油温均大幅度下降。本次试验运行是在柬埔寨的旱季里进行的。弹性金属塑料轴瓦改造试验运行结束以后，两台机组便立即投入了商业运行。实现了长期满负荷运行，机组的弹性金属塑料轴瓦运行稳定，瓦温始终保持在52~56 OC，经受过了雨季运行和迅期的考验。

　　卧式径向弹性金属塑料轴瓦与推力弹性金属塑料轴瓦一样，必须有合理的形线设计，才能更好地发挥出其优越的润滑运行性能。下面是弹性金属塑料轴瓦在同一转速和负荷条件下，7种不同形式的预先制作的进油型线情况下的模拟运行试验曲线图。

 

　　图1弹性金属塑料轴瓦预型线处理

　　运行试验的瓦温曲线图

　　图中曲线①是没有进行预先制作型线处理的塑料瓦温曲线。曲线②至⑥是逐步改变进、出油楔面的长度，和进、出口间隙度所获得的几种预先制作型线处理的塑料瓦温运行曲线。从图中可以看出，随着进、出油楔面的长度和间隙度的逐步改变，塑料瓦温度的分布逐步趋近理想状态，其温度数值也逐步降低。直到曲线⑥时，塑料瓦才达到******运行状态值，其***佳运行状态的试验数值如表1所示。此时瓦温******。试验台的电机拖动电流***小。

　　表1 ******型线时的弹性金属塑料轴瓦数值表

 

参数名称	压力Mpa			转速m/s				油温℃			拖动电机电流A
数据	4.2			15.4				35			95
瓦温℃
测温点编号		1	2		3	4	5		6	7		8	9
数    据		35	35		35	38	40.5		39	37		37	36

 

　　理论分析：当预先制作了较长的进油边和出油边的型线之后，一方面******了塑料本身所具有的热变形的边缘效应。另一方面，这样长长的动态油楔形面的油膜会产生向上的推力，增加了油膜的压强。使油膜达到完全、充分的润滑状态。所以整个瓦的运行温度均都降下来了。这样长的进油楔形面还有利于机组启动。启动时，长油楔形面在动压作用下产生的推力将轴颈顶起，迅速达到完全润滑油膜的运行状态。

　　当进油楔面的间隙度再增加时，进油楔面所产生的推力不足以补偿承重面减少而使负荷增加所产生的损失时，塑料瓦的整个温度就又上升了，如曲线⑦线所示。这个试验的结果告诉我们：塑料瓦面预型线有个******状态值。在***佳预型线状态值上弹性金属塑料轴瓦会获得***佳运行状态。小于和超过这个******预型线时，都会影响弹性金属塑料轴瓦的正常运行。******预型线的形状和尺寸与轴的转速、压强有关。

　　在上面试验的基础上，将最佳预型线的弹性金属塑料轴瓦，和形状完全相同的合金轴瓦的运行，对比试验结果如表2所示。

　　表2 弹性金属塑料轴瓦与合金轴瓦负载运行对比

 

参数名称	压力Mpa			转速m/s			油温℃			拖动电机电流A
合金轴瓦	4.2			15.4			45.3			120
塑料轴瓦	4.2			15.4			35			95
瓦温℃
测温点编号	1	2	3		4	5		6	7		8	9
塑料轴瓦	35	35	35		38	40.5		39	37		37	36
合金轴瓦	46	47	49		53	57		54	50		49	49

 

　　料瓦和合金瓦在相同负载运行条件下的运行曲线如图2所示。

 

　　图2弹性金属塑料轴瓦与合金轴瓦相同负载下运行曲线图

　　①合金轴瓦运行曲线 ②弹性金属塑料轴瓦运行曲线

　　从表2和曲线图2中可以看出，有******预型线的弹性金属塑料轴瓦比合金轴瓦的瓦温下降，而且摩擦损耗的拖动电机电流也下降了20.8%。这个试验验证了将合金轴瓦换成弹性金属塑料轴瓦之后，机组的效率可以提高的效果。反映在水轮发电机的运行上，是在相同水头和负载的条件下，弹性金属塑料轴瓦运行时比合金轴瓦运行时减小水门开度3~4%。综上所述，卧式水轮发电机组的弹性金属塑料轴瓦，应该预先机械加工制造出******运行型线，才能使机组的运行长期、稳定、可靠。

　　四、结论

　　这次水轮发电机组弹性金属塑料轴瓦改造是成功的，完全能够满足该机组长期稳定、安全运行的要求。为水电站挽回了影响和提高了经济效益和水能利用率。同时也证明了弹性金属塑料轴瓦技术不仅应用于低速度的卧式贯流机组效果良好，而且应用于高转速卧式水力发电机组也同样收到极其显著的效果。

　　(2006年2月26日)