1、1浅析弹性金属塑料轴瓦在西藏小型水电机组轴瓦改造中的应用以西藏满拉水电厂为例专 业 发电厂及电力系统 姓 名 普 珠 单 位 西藏满拉水电厂 指 导 员 张 云 宝 单 位 主 管 杨 军 日 期 2012 年 08 月 30 日 2目 录摘要01关键词011.概述011.1 我区水轮发电机组轴瓦使用现状.021.2 满拉电厂水轮发电机组存在的主要问题及原因 042.弹性金属塑料瓦在满拉水电厂水轮机组改造中的应用052.1 弹性金属塑料瓦的特点.062.2 弹性金属塑料瓦的应用.102.3 弹性金属塑料瓦的经济性和适用性.102.4 满拉水电厂 1#机组弹性金属塑料轴瓦改造后运行状况102.5
2、 轴瓦改造后效益分析.113.结论：.133浅析弹性金属塑料轴瓦在西藏小型水轮发电机组改造中的应用以满拉水电厂为例摘 要：关键词：弹性金属塑料瓦 水轮发电机组 轴瓦改造 满拉电厂1.概述西藏满拉水电厂，处于雅鲁藏布江支流年楚河的上游，厂址距下游日喀则市 118 公里，距江孜县城 28 公里。主厂房内安装四台 5Mw 水轮发电机组，总装机容量 20Mw，设计年平均发电量为 0.61 亿 KWh。水轮发电机导轴瓦在机组中起着重要的作用，直接承受着机组转动部分的径向机械不平衡力和电磁不平衡力，维持机组主轴在轴承间隙范围内稳定运行。机组在正常运行中，导轴瓦温度必须控制在规程规定范围内，轴瓦温度一旦过高
3、，将严重限制机组的出力，影响正常运行工况。如在恶劣情况下未得到及时的监控和处理，还会导致轴瓦烧坏，严重磨损轴颈等事故的发生，造成水轮发电机组的损坏，给发电企业带来经济损失，增加企业负担。1.1 我区水轮发电机组轴瓦使用现状目前我区水轮发电机组所使用的轴瓦大部分属传统的巴4氏合金瓦，由于其承载能力小，摩擦系数大，刮瓦程序繁杂，技术要求高，轴瓦之间的温差较大，使用寿命短等缺点，给水轮发电机组安全运行及检修带来很大影响和困难。我区部分轴流定浆式水轮机水导轴瓦使用橡胶瓦，但橡胶瓦属固定式分块瓦，不能调整轴瓦间隙，水导冷却水质要求又高，导致经常烧瓦，需要更换，造成经济损失，加大资金投入和增加劳动力。以西
4、藏满拉水电站水轮发电机组为例，西藏满拉水电厂为西藏藏中电网中的骨干水电厂，于 1999 年 12 月投产运行，装机 45000kW,满拉水电厂从 1999 年 12 月试运行至今已有近 13 年时间，由于水轮发电机组长期低负荷运行，机组各轴瓦有不同程度的磨损老化现象，机组轴瓦温度偏差较大，引起机组振动和摆动等现象，对水轮发电机组正常运行造成了很大的安全隐患。因此，为适应现代企业生产发展的需求，提高检修质量，减少检修周期及进度，我们于 2009 年试点开始将西藏满拉电厂的一号水轮发电机组使用的巴氏合金轴瓦改造成弹性金属塑料瓦。实现轴瓦全弹性金属塑料化,有效地解决了这一难题,提高了机组的安全可靠性
5、，减少工作量。1.2 西藏满拉电厂水轮发电机组存在的主要问题及原因我区水电站运行年限越久，出现设备老化、运行不稳定、安全隐患突出等一系列问题出现的次数越频繁，已经对水电5站的正常运行够成了严重威胁。因此，为了保证电厂设备安全可靠运行，解放生产力，为电厂可持续发展奠定良好的基础，目前满拉水电厂对调速器、励磁、保护及计算机监控系统全部改造完成，现主要是水轮发电机组运行中各部轴瓦温度不稳定，运行稳定性和可靠性都较差,造成机组巴氏合金轴瓦温度过高，轴瓦之间的温差较大,给安全生产带来极大危害，并且水轮发电机组大修工作中轴瓦的修刮、研磨、轴线调整等方面难度大，耗时多，增加大修工期和劳动力, 水轮发电机大修
6、要求也较高；主要表现在，检修时对刮瓦、研磨瓦工艺要求较高、耗时大；对运行过程中轴瓦温度要求也高，轴瓦之间的温度差较大，对透平油油质要求高，不允许油中含有任何杂质及水分，冷却水的要求也高；当电网负荷需求量不大时，满拉电厂必须每天对未并网机组进行空转，水资源浪费较大，停机超过 24 小时后必须顶转子，从而增加了运行人员的工作量。针对这一问题,满拉水电厂检修车间 2009 年年初开始了解弹性金属塑料瓦的相关信息，在网上查阅了关于弹性金属塑料瓦的生产厂家，他的优缺点，再联系生产厂家了解具体情况，了解巴氏合金轴瓦和弹性金属塑料瓦之间区别，根据满拉水电厂年度机组大修计划于 2009 年 3 月检修车间向电
7、厂提交了 1#水轮发电机组推力轴瓦、上导轴瓦、下导轴瓦及水导轴瓦改造方案。经过电厂领导、技术人员和各部门负责人讨论了改造方案，6最后研究，同意改造一台机组全套轴瓦，试运行一段时间，并于 2009 年 11 月 27 日开始对满拉水电厂 1#水轮发电机组大修同时进行了轴瓦改造，大修及改造工作在历经 20 天的紧张施工后，提前完成了大修及轴瓦改造工作。满拉电厂 1#水轮发电机组轴瓦改造于 2009 年 12 月 20 日完成，目前 1#水轮发电机组运行平稳，机组轴瓦最高温度保持在 370C 左右，至2012 年 8 月 31 日 1#机组安全运行 23664 小时。1.3满拉水电厂1 #机组弹性金
8、属塑料轴瓦改造后运行状况满拉电厂1 #水轮发电机组轴瓦改造于2009年12月20日完成，目前水轮发电机组运行平稳，至今运行23664小时，根据现场及运行记录分析1 #水轮发电机组在额定负荷下推力瓦最高温度35.8C 0，推力瓦最低温度30.5C 0，最大温差5.3 C0；上导瓦最高温度37.7C 0，上导瓦最低温度30.6C 0，最大温差7.1C 0；下导瓦最高温度35.7C 0，下导瓦最低温度30.6C0，最大温差5.1C 0；水导瓦最高温度31.1C 0，水导瓦最低温度29.2C 0，最大温差1.9C 0。改造后对巴氏合金瓦和弹性金属塑料瓦之间的瓦温进行了比较，详见表1、表2。7表1 1
9、#机组各部轴瓦温度比较状况表轴瓦 温度 2009年10月30日改造之前（巴氏合金瓦）机组功率5000KW2012年8月13日改造之后（弹性金属塑料瓦）机组功率5000KW推力瓦1 32.8C0 35.1C0推力瓦2 31.6C0 35.8C0推力瓦3 38.3 C0 35.1C0推力瓦4 38.9C0 31.2C0推力瓦5 42.5C0 31.7C0推力瓦6 43.2C0 34.9C0推力瓦7 40.1C0 30.5C0推力瓦8 40.0C0 34.1C0上导瓦1 38.5C0 37.7C0上导瓦2 37.9C0 37.4C0上导瓦3 39.2C0 35.7C0上导瓦4 36.1C0 30.6
10、C0下导瓦1 35.8C0 31.6C0下导瓦2 37.7C0 30.8C0下导瓦3 39.0C0 35.7C0下导瓦4 41.4C0 30.6C0水导瓦1 27.6C0 32.1C08水导瓦2 28.8C0 29.2C0其他三台机组运行状况，其他三台机组温差较大，2012年8月13日22点每台机组功率为5000KW，2 #、3 #、4 #机组现在温度状态表(巴氏合金瓦)。表2 其他三台使用巴氏合金瓦的运行温度轴瓦 温度 2号机组 3号机组 4号机组推力瓦1 48.1C0 39.0C0 42.5C0推力瓦2 40.9C0 42.3C0 41.7C0推力瓦3 38.0C0 38.2C0 56.5
11、C0推力瓦4 45.4C0 40.0C0 46.6C0推力瓦5 37.1C0 23.9C0 42.9C0推力瓦6 38.6C0 46.7C0 36.3C0推力瓦7 51.6C0 39.7C0 52.5C0推力瓦8 37.8C0 24.2C0 50.7C0上导瓦1 40.3C0 40.1C0 45.1C0上导瓦2 43.4C0 44.4C0 44.8C0上导瓦3 39.9C0 40.8C0 49.2C0上导瓦4 37.7C0 39.8C0 48.2C0下导瓦1 39.9C0 37.5C0 33.7C0下导瓦2 40.4C0 38.6C0 32.9C0下导瓦3 39.3C0 39.2C0 35.5
12、C0下导瓦4 44.4C0 38.3C0 32.3C0水导瓦1 34.2C0 32.5C0 30.9C0水导瓦2 34.9C0 32.7C0 31.2C0通过上述比较发现，利用弹性金属塑料瓦的 1#机组，2.弹性金属塑料瓦在满拉电厂水轮发电机组中的应用通过在 1#机组中的试点运用，发现弹性金属塑料瓦较巴氏合金瓦具有以下优点。2.1 弹性金属塑料瓦的特点9与巴氏合金瓦相比，弹性金属塑料瓦推力轴承的优点如下： 2.1.1 弹性金属塑料瓦在大负荷条件下比相同工况的巴氏合金瓦油膜厚度大，自润滑性极好，耐磨性高； 2.1.2 弹性金属塑料瓦省去了高压油顶起系统； 2.1.3 具有独特自调性能，可确保摩擦
13、表面的载荷呈均匀分布，使之运行更可靠，许用单位压力大，损耗相对小；2.1.4 弹性金属塑料瓦推力轴承允许频繁地启动或热启动； 2.1.5 在油槽内冷却器短时停水时，推力轴承可以正常运行； 2.1.6 弹性金属塑料瓦推力轴承吸收冲击的性能高，降低振动；2.1.7 不须刮瓦和研磨，减少检修，安装工作量，可缩短检修安装工期；2.1.8 不须大型推力轴承的高压油顶起装置，简化了设备和维护；2.1.9 使用温度高，可达 110。运行温度允许到 70；2.1.10 为机组小型化和增容创造了条件。10弹性金属塑料瓦推力轴承的优点和弹性金属复合层的物理和机械性能密切相关。推力轴承变形大小的最终体现还是瓦面（及
14、镜板面）变形对油的直接影响程度。油膜形状要更符合流体动压润滑要求，就得有适宜的瓦面变形。镜板在力载荷作用下，周向变形的高点处在瓦上，低点在瓦间，径向变形在外径侧上翘；镜板在温度载荷作用下，周向由于恒温而不产生变形，径向变形为下凸，镜板面的综合变形为径向下凸，外径侧上翘，沿周向为波浪形。塑料瓦的凹变形较大，这是由于其复合层的压缩模量较小所致，托瓦温度均匀，瓦的热变形的影响降低，而塑料瓦面的进、出油边均有楔形坡口，有利于启动时进油和调整瓦面形状。镜板面的径向倾斜几乎可以和瓦面的径向倾斜相适应，这是因为油膜上产生的压力与推力瓦支承产生的力矩为了达到平衡，推力瓦自动倾斜所造成的。另外，塑料瓦复合层的影
15、响，使瓦面产生凹变形，这种凹变形可以部分抵消瓦体的凸变形，还对应镜板面的径向凸变形，这是塑料瓦推力轴承承载能力大的主要方面之一。 2.2 弹性金属塑料瓦的经济性和适用性根据弹性金属塑料瓦推力轴承在国内数十个水电机组中的运行和西藏满拉水电厂 1 号水轮发电机组运行经验，总结出如下特点：112.2.1 运行可靠性高，弹性金属塑料瓦推力轴承在水电厂机组中基本没有发生过事故。如果其中的一块瓦发生磨损，不会影响其它瓦块。2.2.2 安装维护简单与巴氏合金瓦相比，弹性金属塑料瓦推力轴承在安装时不需刮瓦，机组盘车容易，整套瓦的负荷均匀性要求较低；2.2.3 运行性能优异弹性金属塑料瓦推力轴承的许用单位压力和
16、温升比巴氏合金瓦推力轴承的高，瓦体温度和损耗比巴氏合金瓦推力轴承的低。在每年累计运行 5000h 的运行和 1200 次起停机的条件下，弹性金属塑料瓦推力轴承的寿命可达 40 年； 2.2.4 运行条件限制较少允许频繁启动，并允许热启动。转速低于额定转速的 10情况下加闸制动。油槽内冷却器短时停水时，推力轴承仍可正常运行。2.2.5 无需高压油顶起系统弹性金属塑料瓦省去了高压油顶起系统，减少了运行人员的劳动力。2.3 改造后效益分析一台机组全套轴瓦改造投资 11.5 万元，正常使用年限不少于 40 年，改造前一台机组大修需要 30 至 45 天，改造后大修时间大大缩短，减少检修技术人员的劳动强
17、度，作为满拉水电厂，采用弹性金属塑料瓦按正常大修时间可缩短 10 天时间，节约了十天的技术人员劳动力和资金支出。12每人每天 150 元的补助加 50 元生活费加劳保用品 10 元等于每人每天的支出为 210 元乘以 15 人再乘以 10 天等于31500 元，一台机组每天发电量 12 万 KW.h，除去本厂每天损耗及厂用电 1.2 万 KW.h，一天一台机组发电量为108000100.14 元等于 151200 元，可以说明一台机组轴瓦改造后节省资金共计 182700 元。同样四台机组都改造成弹性金属塑料瓦，减少资金 730800 元和其他人力、物力的消耗。在正常调度负荷下，4 台机组允许满
18、负荷运行时间不少于 720 小时/年(满负荷运行时段 4 个月，每天 6 小时)，这样，每年可增发有功电量 86.4 万 kWh，按上网电价 0.14元/kWh，计年收 12.096 万元。改造后，机组大、小修时间可缩短，安装、维护简便，检修、运行费用可减少，至此可以认定，1#机组轴瓦改造成效显著,给发电厂（站）带来显著的经济效益。 表 3 一台机组轴瓦改造预算表 序号 项目名称 数量 单价 合计 备注1 推力轴瓦 1 套 2190.25 17522.002 上导瓦 1 套 2541.875 20335.003 下导瓦 1 套 3365.00 26920.004 水导轴瓦 25090 5018
19、0.005 设备总价 114957.00136 运杂费 设备价格均含税含运费2.4 弹性金属塑料瓦的主要特征FZF-3 弹性金属塑料瓦采用金属板为基体，改性聚四氟乙烯材料为表面摩擦材料，并在改性聚四氟乙烯材料中，加入一定的弹性金属丝，经特殊工艺制作而成。产品主要技术指标： 1、塑料推力瓦单位荷载 7MPa；塑料导轴瓦单位荷载3.5MPa；2、瓦面油膜温度90；3、年开停机1200 次，正常使用寿命20 年；4、作用于瓦面线速度30M/s；5、最大 PV 值 100MPa fM/s；产品有弹性金属塑料瓦面，弹性金属塑料推力瓦，弹性金属塑料导瓦。弹性金属塑料瓦（水工用轴瓦）磨性好、摩擦系数小、使用
20、寿命长；具有良好的绝缘性，减轻局部过热带来对瓦基的影响；具有自调的性能，载荷分布均匀；允许在 10额定转速下加闸制动停机，从而减轻了制动环和制动块的磨损；可缩短检修安装工期；取消了刮瓦、研瓦、大型推力轴承的高压油顶起装置，简化了设备和维护；简化了盘车手续，盘车轻便，只加透平油即可，可以连续盘车 10 周；在特殊情况下延长了中断冷却水时间达 45 分钟；意外情况下，油箱中混入水时不会使弹性金属瓦发生故障；弹性金属塑料瓦如一块瓦出现磨损时不会伤及镜板，而巴氏合金瓦只要一块磨损便导致全套瓦损坏，且危机镜板；瓦面需用温度可达 110，允许运行温度到 70；停机 30 天，允许不顶14转子，可直接启动；
21、由于其承载能力高和运行温度低，为机组小型化和增容创造了有利条件。3.结论： 本文在总结满拉水电厂一号机组轴瓦改造成功实例、在归纳众多用户需求及思考该领域技术发展的基础上，探讨了水电厂弹性金属塑料瓦的发展趋势。由于弹性金属塑料瓦的使用，明显地避免了一些大中型机组推力瓦的烧损事故，从而提高了机组的运行可靠性，取得了良好的经济效益。减少了机组的设备维修和检修周期；减少了制动板的磨损，不需刮瓦，减轻了检修和维护的工作量，使得机组的安装更方便，机组的运行条件简化，灵活性增强。能大幅度的调整负荷，保证电网的电能质量，满足事故备用的要求，保证了机组调频、调峰的需要，深受各用户的欢迎。总之，通过这次的实际工作经历和理论联系实际,我深刻体会到要做好一个完整的事情，需要有系统的思维方式和方法，对待要解决的问题，要耐心、要善于运用已有的资源来充实自己。同时我也深刻的认识到，在对待一个新事物时，一定要从整体考虑，完成一步之后再做下一步，这样才能更加有效，最后感谢各级领导的指导和同事们的大力支持下我的业务能力和技术水平有了很大的提高，本15论文中还有很多不足之处请各级领导、专家和同事们提出宝贵的意见和建议，本人虚心接受大家的批评和指点。轴瓦弹性金属塑料瓦（FZF-3）轴瓦弹性金属塑料瓦（FZF-3）
