氟塑料瓦在二门山水电站的应用分析

张启海

(孙吴县二门山水库管理处，黑龙江孙吴 164200)

1 工程概况

黑龙江省孙吴县二门山水库复建工程开始于2003年，于2007年8月实现首台机组并网发电。电站为坝后式，安装有贯流轴伸卧式水轮发电机组两台，总装机2 100 kW，额定转速为500 r/min。电站设计水头15.1 m，单机流量为8.28 m3/s。机组形式为卧式三支点，即每台机除了装有发电机导轴瓦、双推轴承导轴瓦、水轮机导轴瓦以外，还设有一道双向推力轴承，用来支撑轴向水推力和事故关阀时产生的反向推力。本电站自2007年建成投运至2008年底仅一年半便发生巴氏合金瓦烧损事故2次，且均发生在主汛期。其中2008年7月的1次烧瓦事故，造成停机一周，溢洪道计划外弃水700万m3。从而造成电站检修成本过高，检修工期过长，增加了运行成本，严重影响了单位的经济效益和运转质量。

2 事故原因分析

经分析，烧瓦事故的原因有以下3方面:①由于本电站机组额定转速为500 r/min，相对来说偏高，这就对机组机械方面的安装质量要求很高，在生产运行中，由于瓦间隙不均或过大导致温升过快温度过，特别是夏季高温天气满负荷运行时，几乎接近报警温度值，导致机组常常不能满负荷运行。②贯流式机组转轮汽蚀比较严重，加上磨损等原因造成转动不平衡，机组振动过大，导致轴瓦烧损;③由于设计原因，轴伸式水轮机水导润滑油腔和主轴密封水之间只有一道毡封相隔。

在运行中，随着机组振动的增加或主轴密封水量的增大，都有可能使水和泥沙等进入到润滑油系统中，使油质发生改变。同时，二门山水电站机组润滑方式为重力油箱供油外循环直接浇油到瓦面上，劣化的润滑油极易引发烧瓦事故。巴氏合金瓦烧瓦事故在水电站较为普遍，在尽量提高检修质量的情况下，仍然达不到预期的效果。因此，二门山水电站决定将1号水轮发电机组的4道巴氏合金瓦全部用氟塑料瓦替换。

为了保证机组中心线不变，在拆吊前对各瓦的间隙进行了测量记录，拆吊后确保轴承支座不解体不位移，根据氟塑料瓦的膨胀系数重新确定轴瓦间隙，并进行了严格细致的加工和更换。我国从20世纪90年代开始，氟塑料瓦就被逐渐推广使用，至目前氟塑料瓦的实际应用效果已被各使用厂家广泛认可。其在各项性能上都表现出了比巴氏合金瓦优越的一方面。

3 更换氟塑瓦的工况

对1号机组进行更换后，在2008年试运行和2009年主汛期的实际运行中，机组满负荷长时间连续运转的情况下，取得了明显的效果，监测显示运行工况正常。具体表现为:1)大幅度降低了机组各轴瓦的温度。减小了润滑油冷却的工作压力。在更换前，机组满负荷时各道轴瓦瓦温的变化范围在52～57℃。更换氟塑料瓦以后，瓦温的变化范围降至40～44℃，详见表1。

表1 氟塑料瓦与巴氏合金瓦运行温度对照表(满负荷、环境温度35℃)

由表1可见，更换后的氟塑料瓦在相同的运行工况下，比巴氏合金瓦瓦温降低了12～13℃，极大程度地减少了烧瓦的几率。由于本厂润滑油系统为外循环浇油方式，瓦温的降低使润滑油冷却工作的压力大大减轻，既节约了能源，又减轻了工作量。而润滑油温的降低又促进了对轴瓦的冷却效果。二者形成了良性循环，相互促进，相得益彰。

2)二门山水电厂所采用的贯流式机组适用于设计水头不高的电站。机组的形式决定了对水能源的利用效果不是很好，单机流量为8.28 m3，耗水量约为29 m3/kW·h。通过以氟塑料瓦替代巴氏合金瓦的技术改造后，经对比发现在水头相同、所带有功无功负荷相同的前提下，机组的导叶开度比使用巴氏合金瓦时平均减小约4%。

经论证，是由于氟塑料瓦与推力盘及轴颈的摩擦系数仅为巴氏合金瓦的35%～40%，从而使其润滑性能提高而致。

经计算并在尾水渠测量相考证而得出结论:在相同的运行工况下，改造后使用氟塑料瓦的机组发电平均每1 kW·h节约用水约2.5 m3，每年按生产6个月计算，可节约水资源1 750万 m3，增加经济效益约9.25%。

3)提高了运行稳定性，延长了轴瓦的使用寿命。在技术改造后的试运行和2009年全年度生产周期内，我厂1号机四道瓦瓦温一直非常稳定，没有再次发生烧瓦事故，此次改造明显地提高了机组的运行稳定性。但同时应该说明的是，由于氟塑料瓦的材质的原因，瓦面刚度小，传热性差，瓦温的变化范围偏小。在运行中应注意观察巡视，如果瓦温超出正常范围即应密切关注，并查找原因，以防事故发生。氟塑料瓦的更换使盘车操作变得省事省力，而且降低了推力盘和各轴颈的磨损速度。

根据氟塑料瓦生产厂家提供的技术资料上显示，一套氟塑料瓦的使用寿命为50 a。俄罗斯同行根据多年的运行经验提出，在正常情况下的使用寿命为40 a。虽然每个水电站的运行条件不尽相同，但是氟塑料瓦与巴氏合金瓦相比较，使用寿命明显延长这一结论已成不争的事实。

4 结语

因1号机组技术改造后带来了明显的效果，二门山水电站决定将2号机也进行同样的技改，并于2009年底完成。至此，我厂两台机所有轴瓦全部完成了由氟塑料瓦替代巴氏合金瓦的技术改造。自改造完成至今已安全运行约2 a，氟塑料瓦充分发挥自身的优势性能，为电站创造了可观的经济效益，提高了单位安全运行的可靠程度。氟塑料瓦在二门山水电站的应用是一次比较成功的技术改造成果。

［1］王初铭.弹性金属塑料瓦运行与技术分析［J］.大电机技术，1996(3):89－90.

［2］王承鹤.塑料摩擦学［M］.北京:机械工业出版社，1994.

［3］马世明.弹性金属氟塑料瓦面的合理型线［J］.水力发电，2002(7):54－55.