拉水电站推力外循环系统优化

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摘要：针对鲁地拉水电站水轮发电机推力外循环系统运行过程中存在振动较大、渗漏严重的问题，通过对外循环油泵的重新选型更换和油泵密封润滑条件的优化，并在管路上安装波纹管补偿器和完善检修隔离阀及反向阀，使得推力外循环系统运行工况和发电机运行环境得到了极大改善。

关键词：油泵；接触式密封；检修隔离阀；单向阀；波纹管补偿器

1概述

鲁地拉水电站6台混流式水轮发电机组均为半伞式结构，发电机型号SF360-60/15070，由天津阿尔斯通水电设备有限公司制造。发电机推力轴承采用强迫油外循环外置水冷却器冷却方式，推力瓦为弹性塑料瓦，共18块。推力外循环系统由2台推力外循环油泵、2台油过滤器、5台外置式油冷却器和油水连接管阀及测控元件组成。推力外循环油泵为型号2GV7.2-751日本株式会社生产的双螺杆泵，电机功率为55kW，泵轴功率为50kW，流量为140m3/h，转速为980r/min，布置在下机架内部。油泵标准运行方式为1台主用，1台备用，每台泵连续运行2h自动切换，正常情况下单泵运行，当油压低或流量小或主用泵故障时，备用泵自动投运。油槽外循环冷热油环管为DN125不锈钢无缝钢管，环管分别通过DN80不锈钢无缝钢管与5个冷却器直接相连接，2台油泵与供油环管通过DN125的油管、单向阀与环管连接，当油泵启动时，油泵将热油从油槽抽出，通过滤器后端油泵对油流加压，再经过单向阀将油送至热油环管，再由环管将油分配至5个冷却器，冷却油供至冷油环管后通过5根DN80油槽注油管注入油槽，完成推力油外循环冷却工作。

2存在问题

2013年7月电站第一台机组投产，随着设备的运行，推力外循环系统渗漏情况和振动情况较为明显，主要存在以下问题。

2.1厂家设计方面

外循环系统在过滤器后端未设有检修隔离阀［1］，油泵进口侧只有1个止回阀且止回阀本身关闭不严，致使检修油泵时无法隔断推力油槽与油泵之间的油流，油泵检修前需排尽环管中积油近550L，耗时1h，回装后注油时间15min，若遇油泵事故，较长的排油时间降低了工作效率，对紧急事故的处理带来极大影响，很大程度上直接影响机组的经济效益。外循环系统中推力进、排油环管与各外置式冷却器连接为刚性管道连接，机组运行中产生的振动逐渐导致管路结合处出现渗漏现象。

2.2设备方面

由于推力外循环油泵密封为接触式刚性密封，刚性密封与油泵主轴之间的间隙过小，在运行过程中频繁出现过盈量较大而使密封抱轴、弹簧无法回座形成卡阻问题，导致密封失效，大量油质泄漏，甩油现象极为严重。推力外循环油泵密封腔及管路的残余气体不能及时排出，造成油泵弹性密封磨损过快。油泵运行过程中振动及噪音较大。

3原因分析

1）外循环系统中推力油泵与管路之间未设置检修隔离阀，不能实现检修时的设备隔离，不符合机电设备安装技术规范［2-3］。油环管与各外置式冷却器之间为刚性连接，无减振装置，随机组在振动区运行，下机架振动传导至管道和冷却器上，久而久之，管道法兰连接部位密封破损出现渗漏。2）推力外循环油泵布置在下机架内部，机架内部空间相对密闭，发电机定子、转子运行中产生大量热量，积热无法顺畅散出，导致环境温度较高，加上热油温度的影响，使外循环油泵密封导向套热膨胀量较大［4］。正常工作时因为接触式密封部位是负压，油泵密封部位不会漏油，但是油泵却切换运行或机组停运之后，由于热胀冷缩，导向套与主轴之间过盈量增大，使其抱轴更紧，卡阻加重导向套无法回座，接触式刚性密封［5］失去密封性能，漏油量增大。3）现场实际测量，外循环油泵本体进出口尺寸与进出口油管路尺寸不符。泵进出油口管径为φ150mm，而连接油管为DN125不锈钢无缝钢管，且油泵进出口与管路之间未通过变径接头相接，直接通过法兰连接，致使泵进出油口尺寸比管路尺寸大得多，造成油泵进口油流无法满足泵实际需求。加上油流通道尺寸突变，在法兰连接区域会形成真空涡带［6］，且油泵出口油管尺寸小于油泵出油口，导致油泵出油不畅，在泵本体内部产生困油、气泡现象，以上两点促使油泵在运行时产生较大的噪音和振动。4）油泵内部零件磨损会造成内漏。其中滑动轴、套衬及平衡活塞磨损太大，造成油泵流量下降，随之油泵出口压力相对降低。且所用油泵的螺杆啮合间隙过大，在设计时取的容积率相对较高，这部分原因导致了油泵输出功率大大低于输入功率。其损耗全部转变为热能，因此会引起油泵过热，热量会导致密封件老化速度加快，使用寿命减少，渗油漏油情况随之而来。

4解决方案

综合以上因素，经多方考察论证，2016年利用4号机组检修，对4号机组推力外循环系统进行了完善。1）在2台油过滤器出口位置各加装DN125手动检修阀（常开），并同时更换新的单向阀［7］，实现了检修外循环油泵时的设备隔离。2）将1号外循环油泵密封更换为新型密封，新型密封的导向套将不再固定在主轴上，并且增加了导向套内径，避免了因导向套与主轴之间的过盈量过大而造成弹性密封卡阻在主轴上，进而造成的密封失效。在该油泵密封腔与安全阀出口位置加装1根直径为6mm的铜管，将密封腔与安全阀出口处连接起来，使其在首次启动时便于排除密封腔及管路的残余气体，并同时向密封位置输送油流起到润滑、冷却作用，避免因排气不到位而造成的干摩擦而导致弹性密封磨损过快的问题［8］。3）将2号外循环油泵进行选型更换，更换为由德国雷士（Leistritz）生产的型号L2NG-116/164-ISOGIA-G的双螺杆泵，配套4极电机，油泵转速为1 450r/min，流量≥1 500L/min，工作压力0.6MPa，进出口法兰为DN200-PN16RF，经变径管与油管路通过DN125-PN16RF的法兰相连接。电机采用鼠笼式感应电动机，电源为3相交流电源，频率为50HZ。新型油泵采用变径接头与油管路相连接，有效避免了因油流不足增加背压，以及流道不均而产生的真空涡带的问题［9］，从根本上消除了泵在运行时噪音、振动较大的问题。新泵的机械密封采用的是国际知名品牌，最大程度降低了密封失效风险。4）在推力外循环系统中，进、排油环管与各外置式冷却器连接管道上加装DN80，长为150mm的波纹管补偿器［10］，以补偿吸收管道轴向、横向、角向热变形，吸收设备振动，减少设备振动对管道造成的渗漏影响。5）在所更换的单台泵运行期间，同等运行工况下，推力瓦温度平均至少比原油泵运行时低1.18℃，见表1。6）原油泵启动时，其出口侧流量计显示流量为880L/min，更换的新油泵在启动时出口侧流量计显示流量为1 168L/min，其工作效率大大提高，保证了推力瓦的良好工作环境。7）新油泵的设计制造、结构部件采用的新技术保证了本体的密封性，运行稳定性，设备可靠性。优化后的推力外循环系统投运至今以来，系统运行平稳，油泵噪音、振动值较小，密封检查未见磨损，管道及油泵未发过任何渗油、漏油现象。

5结语

通过对油管路加装波纹管补偿器和检修隔离阀，对外循环油泵进行选型更换改造，使得整个推力外循环系统得到了完善，从根本上解决了推力外循环系统油泵及管路频发渗油、漏油、断流、振动的问题，减少了设备维护工作量，增加了设备运行的稳定可靠性，解除了危害机组安全稳定运行的因素，确保了机组安全效益和经济效益。事实证明，鲁地拉公司推力外循环系统的完善应用是成功的。

作者:崔茁 单位:云南华电鲁地拉水电有限公司