王書(shū)楓，王艷武（哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150040）

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溧陽(yáng)抽水蓄能電站發(fā)電電動(dòng)機(jī)推力及下導(dǎo)軸承外循環(huán)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王書(shū)楓，王艷武
（哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150040）

[摘要]溧陽(yáng)發(fā)電電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)工況額定容量為277.8MVA，電動(dòng)機(jī)工況額定輸出功率為269MW，額定轉(zhuǎn)速300r/min。設(shè)計(jì)采用外加泵外循環(huán)推力及下導(dǎo)軸承潤(rùn)滑冷卻方式。本文重點(diǎn)介紹該發(fā)電電動(dòng)機(jī)推力及下導(dǎo)軸承外循環(huán)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

[關(guān)鍵詞]抽水蓄能；發(fā)電電動(dòng)機(jī)；推力及下導(dǎo)軸承；外循環(huán)；冷卻系統(tǒng)；控制設(shè)備

0　引言

溧陽(yáng)發(fā)電機(jī)工況額定容量為277.8MVA，電動(dòng)機(jī)工況額定輸出功率為269MW，額定轉(zhuǎn)速300r/min。

發(fā)電電動(dòng)機(jī)推力軸承采用單波紋彈簧油箱支撐結(jié)構(gòu)，推力及下導(dǎo)軸承采用外加泵外循環(huán)冷卻方式。外循環(huán)冷卻器組設(shè)置在機(jī)坑外。本文重點(diǎn)介紹該發(fā)電電動(dòng)機(jī)推力及下導(dǎo)軸承外循環(huán)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1　外循環(huán)系統(tǒng)組成

水輪發(fā)電機(jī)推力軸承在運(yùn)行過(guò)程中因軸承摩擦產(chǎn)生熱量，需要將軸承潤(rùn)滑油進(jìn)行冷卻，以保證軸承運(yùn)行溫度。所以需要一套合理的冷卻系統(tǒng)，確保在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，不間斷連續(xù)運(yùn)行。

推力及下導(dǎo)軸承外循環(huán)冷卻系統(tǒng)由電機(jī)泵組、油過(guò)濾器、水過(guò)濾器、換熱器以及一些必要的閥門(mén)附件組成，如圖1所示。系統(tǒng)潤(rùn)滑參數(shù)見(jiàn)表1。

推力及下導(dǎo)軸承外循環(huán)冷卻系統(tǒng)布置在機(jī)坑外，通過(guò)電機(jī)泵組形成循環(huán)動(dòng)力，將油槽內(nèi)的潤(rùn)滑熱油吸入外循環(huán)冷卻系統(tǒng)內(nèi)。電機(jī)泵組共兩套，互為備用。當(dāng)一套電機(jī)泵組出現(xiàn)故障時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)另一套電機(jī)泵組，保證外循環(huán)系統(tǒng)可靠運(yùn)行。在每套電機(jī)泵組的出口，配置了單向閥，保證兩套電機(jī)泵組不存在短路現(xiàn)象。電機(jī)泵組內(nèi)部采用液控保護(hù)閥，在壓力過(guò)載時(shí)開(kāi)啟，保護(hù)電機(jī)泵組安全。潤(rùn)滑油通過(guò)布置在泵出口的油過(guò)濾器后流向換熱器。油過(guò)濾器位置設(shè)置旁路，在油過(guò)濾器整體檢修時(shí)，開(kāi)啟旁路，保證機(jī)組正常運(yùn)行。油過(guò)濾器為雙筒過(guò)濾器，定期通過(guò)閥門(mén)切換，清除過(guò)濾器中的雜質(zhì)后回裝。之后，潤(rùn)滑油流入換熱器，在換熱器內(nèi)進(jìn)行熱交換后，通過(guò)回油總管流回油槽。換熱器采用板式換熱器，共兩臺(tái)，一臺(tái)正常運(yùn)行使用，另一臺(tái)事故備用。當(dāng)某臺(tái)換熱器出現(xiàn)漏水等故障時(shí)，采用閥門(mén)將事故換熱器油和水管路關(guān)閉，拆卸檢修，并開(kāi)啟備用換熱器，不影響機(jī)組正常運(yùn)行。板式換熱器的特點(diǎn)是能夠進(jìn)行充分的熱交換，換熱效率較高。但由于板式換熱器對(duì)水質(zhì)的要求較高，在水管路的入口處需配置雙筒水過(guò)濾器。水過(guò)濾器可通過(guò)閥門(mén)切換，清除過(guò)濾器中的雜質(zhì)后回裝。外循環(huán)系統(tǒng)配置超聲波流量計(jì)，在線監(jiān)控機(jī)組潤(rùn)滑油的流量，保證在流量波動(dòng)較大時(shí)輸出報(bào)警信號(hào)。閥門(mén)附件包括測(cè)溫元件、壓力表、端子箱以及組成系統(tǒng)所需的管路、法蘭、閥門(mén)、自動(dòng)化元件和電纜等。

圖1推力及下導(dǎo)軸承外循環(huán)冷卻卻系統(tǒng)

表1　潤(rùn)滑參數(shù)

2　外循環(huán)系統(tǒng)油路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

推力及下導(dǎo)軸承外循環(huán)冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括油槽部分管路設(shè)計(jì)和外循循環(huán)冷卻裝置。

油槽部分管路設(shè)計(jì)時(shí)，將油槽分成上、下兩個(gè)腔。上腔為熱油區(qū)，下腔為回油區(qū)。熱油區(qū)布置若干根出油分管，盡量保證均勻吸走熱油。之所以將出油分分管口布置較高，是因?yàn)闊嵊鸵话闵细?。外部泵將熱油吸入布置在機(jī)架下部的出油環(huán)管內(nèi)，最終匯到出油總管進(jìn)入外循環(huán)冷卻裝置內(nèi)進(jìn)行熱交換。經(jīng)過(guò)熱交換后的潤(rùn)滑油最終通過(guò)回油管流回油槽，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

由于空間緊張，推力及下導(dǎo)軸承外循環(huán)冷卻裝置需集成布置在一個(gè)規(guī)定的空間內(nèi)。布置時(shí)要考慮系統(tǒng)內(nèi)任何一個(gè)零部件在不干涉其他零部件的情況下可方便拆卸、檢修和維護(hù)。由于尺寸限制，，整個(gè)推力軸承外循環(huán)裝置布置在兩個(gè)安裝底盤(pán)上。兩個(gè)底盤(pán)需有可靠的定位和連接裝置，可自由拆開(kāi)和組裝，便于運(yùn)輸。安裝底盤(pán)與地面接觸部位設(shè)有防振設(shè)計(jì)。底盤(pán)具有儲(chǔ)油功能，以避免檢修或設(shè)備滲漏油，水污染其他設(shè)備或環(huán)境，并裝設(shè)排污閥門(mén)。裝置的零部件有接地設(shè)計(jì)。外循環(huán)裝置與地板混凝土連接為膨脹螺栓連接。裝置設(shè)有一個(gè)集成端子箱，所有元件的電纜和動(dòng)力電纜（（電機(jī)電纜除外）連接到該箱內(nèi)，控制電纜和動(dòng)力電纜有效隔開(kāi)，箱內(nèi)有有20% 備用端子。所有裝置內(nèi)零部件在承制廠內(nèi)將工地組裝需要的的焊接坡口和法蘭焊接完畢，在工地只需必要的連接即可。外循環(huán)冷卻裝置安裝前作耐壓試驗(yàn)。系統(tǒng)中所有電纜走線有電纜橋架或電纜護(hù)套。整套裝置在最高處設(shè)置排氣閥，在最低處設(shè)置排空閥，如圖3所示。

圖2　油槽部分管路

圖3　外循環(huán)冷卻裝置布置

3　外循環(huán)系統(tǒng)控制設(shè)備設(shè)計(jì)

推力及下導(dǎo)軸承外循環(huán)冷卻系統(tǒng)控制部分主要指推力外循環(huán)啟動(dòng)柜。它主要由柜體、選擇開(kāi)關(guān)、按鈕、組合排燈、電壓表及電流表、斷路器、銅排、接觸器、軟啟動(dòng)器、恒溫控制器、雙電源轉(zhuǎn)換模塊、三相電源監(jiān)視繼電器、中間繼電器、安裝板及行線槽等附件組成，各個(gè)元件具體安裝位置如圖4所示。

圖4　推力外循環(huán)啟動(dòng)柜

其中選擇開(kāi)關(guān)（項(xiàng)2）有手動(dòng)、切除及自動(dòng)三個(gè)檔位；手動(dòng)位時(shí)，可現(xiàn)地啟動(dòng)或停止推力外循環(huán)油泵，自動(dòng)位時(shí)，可以接受來(lái)自推力外循環(huán)輔助控制柜的起泵命令或停泵命令，并在條件滿足時(shí)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的動(dòng)作，切除位時(shí)，無(wú)論手動(dòng)和自動(dòng)均不能進(jìn)行起停泵操作。按鈕（項(xiàng)3）設(shè)置了油泵起動(dòng)按鈕及油泵停止按鈕；組合排燈（項(xiàng)4）用于監(jiān)視各路電源及兩臺(tái)油泵工作情況。多個(gè)斷路器（項(xiàng)6）分別用于隔斷或提供2路AC380，2路AC220V作為電源轉(zhuǎn)換源，2路AC220V作為接觸器控制用，一路AC220V作為備用，一路AC220V作為柜內(nèi)照明，一路DC24V用于其他控制回路電源。接觸器（項(xiàng)8）含一個(gè)主接點(diǎn)，多個(gè)輔助接點(diǎn)，主接點(diǎn)用來(lái)開(kāi)閉系統(tǒng)主要回路，輔助接點(diǎn)用來(lái)執(zhí)行控制指令。軟啟動(dòng)器（項(xiàng)9）可以在啟動(dòng)過(guò)程中無(wú)沖擊而平滑的啟動(dòng)電機(jī)，而且可根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載特性調(diào)節(jié)啟動(dòng)過(guò)程中的各種參數(shù)，如限流值、啟動(dòng)時(shí)間等。恒溫控制器與加熱器（項(xiàng)10）聯(lián)合用于檢測(cè)推力外循環(huán)啟動(dòng)柜柜內(nèi)溫度過(guò)低或濕度過(guò)大時(shí)，啟動(dòng)加熱器，從而保證柜內(nèi)的溫度及濕度維持在一定范圍內(nèi)。雙電源切換模塊（項(xiàng)11）用于提供冗余的AC220V電源，可以手動(dòng)及自動(dòng)切換，大大提高了電源的可靠性及可控制性。中間繼電器（項(xiàng)13）用于增加接點(diǎn)數(shù)量，控制多個(gè)回路的通斷，從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的邏輯控制。

4　結(jié)束語(yǔ)

溧陽(yáng)發(fā)電電動(dòng)機(jī)推力及下導(dǎo)軸承外循環(huán)冷卻系統(tǒng)利用電機(jī)泵組產(chǎn)生循環(huán)動(dòng)力，可保證足夠的參與換熱的潤(rùn)滑流量。設(shè)計(jì)了備用電機(jī)泵組、備用換熱器和備用過(guò)濾器，配合自動(dòng)化控制系統(tǒng)，能夠充分保證推力及下導(dǎo)軸承的潤(rùn)滑冷卻需要，為機(jī)組整體安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠保證。

王書(shū)楓(1982-)，2009年畢業(yè)于哈爾濱理工大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化專業(yè)，碩士研究生，長(zhǎng)期從事水輪發(fā)電機(jī)的自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)工作，工程師。

審稿人：劉公直

External Circulation Cooling System Design of Thrust Bearing and Lower Guide Bearing for Liyang Pumped Storage Generator-motor

WANG Shufeng, WANG Yanwu
(Harbin Electric Machinery Company Limited, Harbin 150040, China)

Abstract:Rated capacity of Liyang generator is 277.8MVA, and rated output is 269MW for motor, rated speed is 300r/min. This article focuses on the design of generator-motor thrust and lower guide bearing external circulation cooling system.

Key words:pumped storage; generator-motor; thrust and lower guide bearings; external circulation; cooling system; control device

[作者簡(jiǎn)介]

[收稿日期]2015-04-03

[中圖分類號(hào)]TM32

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]1000-3983(2016)01-0013-03