摘要：喜河水电厂自投运发电以来，机组水导轴承冷却器因冷却铜管内径小，单路运行，换热效率差，易堵塞等的隐患，造成机组运行时水导轴承温度增高，严重影响了水轮机组的安全稳定运行。
关键词：水电机组；冷却器；优化设计；应用
Zeng Yifeng
（shaanxi hanjiang investment and development co.LTD，Shiquan county，shaanxi province Zip code725271）
Summary：Xihe hydropower station power since it was put into operation since the turbine guide bearing cooler for cooling tubes with small diameter，single operation，poor heat exchange efficiency，easy to plug the hidden danger caused by water guide bearing high temperature of the unit operation，seriously affects the safe and stable operation of turbine.
Keywords：hydropower unit； cooler； optimization design； application.
1概述
喜河水电厂位于陕西省石泉县喜河镇下游约10Km的汉江干流上，电站总装机容量180MW（3×60MW），2006年6月30日首台机组发电，2006年12月19日电站三台机组全部投产并网发电。水轮机为轴流转桨式，型号：ZZD394-LH-580，设计水头25m，设计出力61.5 MW。
喜河水电厂水导轴承为浸油式自循环润滑的分块瓦结构，轴承油箱底部设有环管式水冷却器，冷却器为两瓣结构，由两组带翅片铜管及底座组装而成，机组运行时，冷却器内通过0.2—0.5MP的冷却水，用以冷却轴承润滑油，保证水导轴承在许可温度内安全运行。为监视冷却器工作状况，在管路上装有压力表、温度计和自动控制报警的流量信号装置，当冷却水中断时能自动报警。水导轴承冷却器投运10年来，管路内部氧化日趋严重，冷却器管路堵塞时有发生，导致冷却水温升高，水导轴承温度增高，轴承温度最高达53℃，逼近报警温度55℃。
2 水导轴承基本参数和冷却器结构形式
2.1水导轴承基本参数（见表1）
表1 水导轴承技术参数表
2.2冷却器的结构形式
水导轴承冷却器为两瓣结构，由两组带翅片的环形铜管几底座组成，铜管直径为φ16χ1 mm。冷却器经组圆后安装于水导轴承油槽的底部，冷却器底座设有进出口焊接接口，与冷却水进排水管相连。正常工作时，水流经油槽底部的焊接接口进入冷却器两组铜管，各自循环一圈后由另一端排出，进排水管路上装有压力表、温度计和自动控制报警的流量信号装置，当冷却水中断时能自动报警。
（图一）
（图二）
（图三）
3 冷却器运行状况分析
水导轴承冷却器投运10年来，管路内部氧化日趋严重，冷却器管路堵塞时有发生，导致冷却性能降低，冷却水温升高，水导轴承温度偏高，轴承温度最高达53℃，逼近报警温度55℃。2010年首次大修时对水导冷却器进行全面分解，检查发现铜管内部已出现氧化现象，有些弯管处由于焊接工艺原因内径变细，过流量减小，易滞留和滋生水生物（主要为蚌壳），因受工期限制和改造方案的不成熟，故未对其进行改造。之后在运行过程中水导冷却器时有堵塞，且愈加频繁，甚至发生断流现象。当管路堵塞时，机组被迫停机，检修人员迅速对水导冷却器进出水管路进行分解，想方设法进行疏通清理，直至排水畅通，疏通出来的异物多为水生物和泥沙。经疏通处理后，冷却器能够恢复正常运行一段时间，但治标不治本，而且耗费大量的人力物力和时间，直接影响机组的安全经济效益。
水导冷却器冷却性能降低，瓦温升高的根本原因：一是结构不合理，冷却元件铜管管径偏小，弯管多，管路长，焊接工艺不合理；二是设计不合理，两组环管单路运行，增大了冷却水的流程；三是运用时间长，铜管内部氧化，结垢严重，加之检修时造成翅片变形。综上所述，水导轴承冷却器改造势在必行。
4 新冷却器结构形式和基本参数
针对目前喜河水电厂水导轴承冷却器运行的现状，对该水导冷却器进行改造如下：
4.1 优化结构
原冷却器进排水口为弯头焊接结构，单进单出。（见图一）
新冷却器采用水箱结构，双进双出，至冷却器座的供水钢管改为DN40高压橡胶管，该结构的改变，能有效降低水侧阻力，降低管损，保证进水量充盈，使进排水更加畅通。（见图二）
新冷却器主要冷却元件采用换热系数优越的紫铜管，管径由Φ16mm增加到Φ19mm，翅片尺寸也相应增大，并增加冷却管的数量，单组由6根增加到8根，使得冷却器的换热面积由原来的21.6m2增大至27.4m2，换热容量比原冷却器提高27%，由热量计算公式：
Q=KA△T/d，可知，导热系数K和热量传递距离d不变，热量Q与换热面积A成正比，冷却器的换热面积增大，那么冷却器获得的热量也将增加，这样就有效提高冷却器的换热性能。由吸热计算公式：
Q吸=cm•△t，可知，比热容C不变，温差△t一定时，单位时间内冷却器水吸收的热量Q与流过冷却器水的质量m成正比。新冷却器管径增大，进排水更加畅通，流量增大，流速加快，因此单位时间内流过冷却器水的质量就会增大，冷却水吸收的热量也将增加。同时管径变大，进排水更加畅通，管路也不易堵塞。
4.2 优化设计
原冷却器的冷却管采用单路运行，一进一出管路长，弯管多，这就增加了冷却水在冷却管内的流程，势必造成冷却管路后程的冷却水温越来越高，与轴承油温的温差就会变小，由热量计算公式：
Q=KA△T/d，可知，换热率K、换热面积A导热距离d一定，那么吸收的热量Q与温差△T成正比，冷却水与轴承油温的温差缩小，那么冷却器获取的热量也将减小。这样就降低了冷却器的换热性能。（见图三）
新冷却器的冷却管路由原来的单路运行改为双路运行，两进两出，冷却水流程缩短，减少了水侧阻力的影响，流速也会加快，温差稳定，从而提高了冷却器换热效率。（见图四）
4.3 新旧冷却器无损更换
在优化设计和优化结构的基础上，确保新水导油冷却器外形尺寸和安装尺寸与原冷却器保持一致，实现与原水导油冷却器直接替换。冷却器铜管接头及弯管等所有焊接部位采用银合金钎焊焊接，焊接技术要求符合《GB 10046-88 银基钎料》、《GBT 11363-2008 钎焊接头强度试验方法》的规定。
新冷却器安装时，在现场进行水压试验，试验压力为0.9MPa，时间60min不得有任何渗漏和异常现象。新冷却器与轴承油槽组装后，用煤油做渗漏试验，8小时内不得有任何渗漏。
5 结 论
喜河水电厂机组水导冷却器于2017年1月全部完成改型并应用，经过1年的运行检验，水导轴承冷却器运行平稳，平均水温降低3℃，平均瓦温降低5℃，冷却效率提升10%，在一年的运行周期内，水导冷却器未发生一次堵塞现象，未发生一次因瓦温升高造成的机组停机。实践证明，喜河水电厂机组水导冷却器改型及应用，有效提高了冷却器的冷却性能，消除了冷却器易堵塞的隐患，保证了机组安全可靠的运行，为喜河水电厂机组的安全经济运行作出应有的贡献。
论文作者:曾宜峰
论文发表刊物:《电力设备》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/17
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