廖　潤，　邵 建 林，　陳　杰

(二灘水力發(fā)電廠，四川 攀枝花　617000)

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濾油磁柵在調(diào)速器液壓系統(tǒng)中的安裝與應(yīng)用

廖潤，邵 建 林，陳杰

(二灘水力發(fā)電廠，四川 攀枝花617000)

摘要：調(diào)速器液壓系統(tǒng)存在很多金屬動(dòng)靜配合面，在運(yùn)行中高頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)、磨損產(chǎn)生細(xì)小的金屬顆粒，是透平油污染物的主要成分；同時(shí)，調(diào)速器液壓系統(tǒng)內(nèi)各部件間的高精度配合對油質(zhì)要求高，透平油的污染度對系統(tǒng)工作的可靠性具有重大影響。通過在調(diào)速器回油箱中安裝濾油磁柵，能有效吸附透平油中的細(xì)小金屬雜質(zhì)、凈化油品，提高調(diào)速器系統(tǒng)的可靠性。

關(guān)鍵詞：液壓系統(tǒng)；磨損；濾油磁柵；金屬顆粒；透平油；二灘水電站

1概述

二灘水電站位于攀枝花市境內(nèi)的雅礱江下游，裝有6臺(tái)單機(jī)容量為550 MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組。調(diào)速器液壓系統(tǒng)使用#46汽輪機(jī)油，系統(tǒng)工作壓力為6 MPa，系統(tǒng)由油壓裝置、調(diào)速器、接力器、功能閥等組成。

油壓裝置由油泵、閥組、管路、壓力油罐組成，3臺(tái)主油泵及1臺(tái)輔助油泵安裝在回油箱上，均為立式三螺桿泵。油泵的卸載、加載通過泵出口閥組及其先導(dǎo)電磁閥控制。

機(jī)組調(diào)速器采用瑞士HYDRO VEVEY公司設(shè)計(jì)制造的雙微機(jī)MIPREG600型，調(diào)速器三級伺服閥由電液轉(zhuǎn)換器、輔助接力器、差動(dòng)接力器以及主配壓閥組成。其中電液轉(zhuǎn)換器屬于噴嘴擋板與滑閥結(jié)合式的伺服閥，其作用是將電流信號按比例轉(zhuǎn)換為輔助接力器活塞的相對位移，從而使一體化的差動(dòng)接力器活塞與主配壓閥閥芯一起運(yùn)動(dòng)，最終控制導(dǎo)葉接力器動(dòng)作。調(diào)速器三級伺服閥的控制壓力油源取自油壓裝置壓力罐，經(jīng)油過濾器(PALL品牌HH8670C16KTSBM型)過濾后接入控制回路，濾芯精度為25 μm。

2調(diào)速器油系統(tǒng)污染引發(fā)的故障情況

調(diào)速器油系統(tǒng)的油質(zhì)污染對整個(gè)調(diào)速器系統(tǒng)的工作可靠性具有重大影響，因油質(zhì)污染引發(fā)的常見故障有卡澀、拒動(dòng)、誤動(dòng)、報(bào)警，尤其是金屬雜質(zhì)還會(huì)引起主配、接力器等的密封面磨損，增大內(nèi)漏。二灘水電站機(jī)組投運(yùn)以來，曾發(fā)生類似事件，據(jù)分析，產(chǎn)生這種情況的原因有以下幾種。

(1)由于機(jī)械雜質(zhì)堵塞伺服閥噴嘴或節(jié)流孔而導(dǎo)致機(jī)組自行增、減負(fù)荷，如2002年2月2日，#1機(jī)因伺服閥節(jié)流孔被雜質(zhì)堵塞而導(dǎo)致機(jī)組溜500 MW負(fù)荷，系統(tǒng)頻率降低至49.76 Hz；2013年11月8日，#2機(jī)調(diào)速器伺服閥節(jié)流孔被雜質(zhì)堵塞導(dǎo)致導(dǎo)葉開度不穩(wěn)定，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)油過濾器濾芯松脫；2015年1月6日#5機(jī)停機(jī)時(shí)，因伺服閥上噴嘴被一金屬鐵屑局部堵塞導(dǎo)致導(dǎo)葉在全關(guān)狀態(tài)下出現(xiàn)調(diào)速接力器抽動(dòng)現(xiàn)象。

(2)多次發(fā)生油過濾器濾芯被污染物堵塞導(dǎo)致壓差高報(bào)警，從而被迫縮短維護(hù)周期，如2013年8月1日，#2機(jī)調(diào)速器油過濾器因?yàn)V芯被油污堵塞導(dǎo)致壓差高報(bào)警；2014年10月4日，#3機(jī)調(diào)速器油過濾器因?yàn)V芯被油污堵塞導(dǎo)致壓差高報(bào)警。

(3)由于壓油泵出口電磁閥閥芯卡澀導(dǎo)致油泵無法加載，如2011年2月20日，#6機(jī)油壓裝置#1壓油泵由于電磁閥閥芯卡澀導(dǎo)致運(yùn)行不加載；2013年5月11日，#3機(jī)油壓裝置#3壓油泵由于電磁閥閥芯卡澀導(dǎo)致運(yùn)行不加載。

(4)由于透平油中污物楔入伺服閥間隙引發(fā)液壓卡緊故障[1]，如2009年8月4日，#5機(jī)伺服閥液壓卡緊故障，導(dǎo)致機(jī)組負(fù)荷調(diào)整時(shí)初期調(diào)節(jié)滯后，調(diào)整后期又超調(diào)與振蕩。

3透平油污染物及其危害分析

3.1透平油污染物分析

經(jīng)觀察，調(diào)速器系統(tǒng)透平油中的污染物主要有兩類：一類是附著在回油箱內(nèi)壁上或沉積在回油箱底部形成油泥的黑色雜質(zhì)，調(diào)速器伺服閥、輔助接力器上也附著有大量此類雜質(zhì)；另一類是金屬顆粒雜質(zhì)，其直徑在1 mm以下，沉積在回油箱和壓力油罐底部，經(jīng)分析其多數(shù)來自于壓力油罐補(bǔ)氣管路中的銹蝕物；其中前一類雜質(zhì)占絕大多數(shù)。

2011年9月，電廠委托攀枝花市攀研科技產(chǎn)業(yè)有限責(zé)任公司對#5機(jī)調(diào)速器回油箱底部油樣進(jìn)行了檢測分析，檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為《在用潤滑油磨損顆粒試驗(yàn)法(分析式鐵譜法)》(SH/T0573-93)，分析試驗(yàn)結(jié)果表明：

(1)油樣中的磨粒絕大多數(shù)形態(tài)表面光滑，呈薄片狀，顆粒細(xì)小均勻，其長軸尺寸范圍主要為5～25 μm，部分為0.5～5 μm，少量為25～50 μm，其厚度為0.15～2.5 μm，長軸尺寸與厚度之比大約為1.5∶1～20∶1，磨粒的長軸方向按磁力線方向排列，常溫下磨粒表面呈亮白色，判定為鑄鐵或鋼磨粒。

(2)系統(tǒng)中存在許多金屬磨粒嵌在透明非晶體的基體上，可以判定該物質(zhì)為摩擦聚合物，是潤滑劑在臨界接觸區(qū)受到超高應(yīng)力作用而產(chǎn)生的。金屬磨粒被摩擦聚合物包圍，導(dǎo)致液壓油粘度過高。

3.2透平油污染物危害分析

(1)根據(jù)上述檢測結(jié)果得知，此類黑色雜質(zhì)即金屬磨粒是由運(yùn)動(dòng)副的磨損產(chǎn)生，整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)可能產(chǎn)生此類金屬磨粒的運(yùn)動(dòng)副有2個(gè)：一是調(diào)速接力器(用于活塞或活塞環(huán)與活塞缸之間)；二是主配壓閥(用于閥芯與閥體之間)。接力器與主配壓閥處于調(diào)速器系統(tǒng)主操作油回路中，而在油路中僅設(shè)有粗濾網(wǎng)，故無法對此類金屬磨粒進(jìn)行過濾。金屬磨粒產(chǎn)生于運(yùn)動(dòng)副的磨損，同時(shí)，隨系統(tǒng)油流循環(huán)至運(yùn)動(dòng)副又將加重磨損。

(2)金屬磨粒長軸尺寸范圍主要為5～25 μm，而三級伺服閥控制油路油過濾器所配用的型號為HC9600FKT8H的濾芯過濾精度為25 μm，不能對細(xì)小金屬磨粒進(jìn)行很好的過濾，雖然其尺寸不足以對伺服閥噴嘴和節(jié)流孔造成堵塞，但其可能淤積至伺服閥間隙而導(dǎo)致液壓卡緊故障。

(3)透平油中污染物較多，可能導(dǎo)致濾芯被快速堵塞進(jìn)而導(dǎo)致油過濾器壓差高報(bào)警，縮短維護(hù)周期。

(4)金屬磨?？赡苡俜e至壓油泵出口閥組電磁閥閥芯處，導(dǎo)致電磁閥卡澀拒動(dòng)、油泵無法加載。

(5)第二類較大的金屬顆粒雜質(zhì)在正常情況下能被伺服閥控制油路中的過濾器所過濾，但由于濾芯依靠預(yù)緊力安裝，若預(yù)緊力較小則可能導(dǎo)致濾芯松脫，控制油流未經(jīng)過濾直接進(jìn)入伺服閥，將造成噴嘴或節(jié)流孔堵塞。

4濾油磁柵的設(shè)計(jì)及安裝

由于透平油中的污染物成分主要為金屬顆粒雜質(zhì)以及由鑄鐵或鋼磨粒被摩擦聚合物包圍組成的雜質(zhì)，均具有受磁性吸附的特性，故考慮在調(diào)速器回油箱中安裝濾油磁柵，采用磁性吸附對污染物進(jìn)行去除。

回油箱總體尺寸為3 200 mm×2 100 mm×1 200 mm，回油箱進(jìn)人孔位于頂部，尺寸為610 mm×410 mm?；赜拖鋬?nèi)部分為回油區(qū)和吸油區(qū)，兩區(qū)域之間裝有濾網(wǎng)。壓油泵布置于吸油區(qū)；回油區(qū)設(shè)有兩塊高度為400 mm的隔板，形成一條迂回流道，以引導(dǎo)機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)回油均勻通過濾網(wǎng)進(jìn)入吸油區(qū)(圖1)。

圖1　調(diào)速器回油箱結(jié)構(gòu)示意圖

針對回油箱內(nèi)回油區(qū)被隔板分隔成迂回流道的結(jié)構(gòu)，擬定了以下解決方案：

(1)設(shè)計(jì)、制作3個(gè)立方體濾油磁柵，其外部為不銹鋼框架，設(shè)置把手以便于搬運(yùn)及安裝；內(nèi)部垂直于油流方向錯(cuò)列分布3排磁棒，磁棒由不銹鋼管內(nèi)填充永磁性材料制成。

(2)濾油磁柵的安裝位置考慮2個(gè)因素：①讓所有從回油區(qū)進(jìn)入吸油區(qū)的透平油都能經(jīng)過濾油磁柵的吸附過濾；②回油箱內(nèi)布置有油泵回油管，進(jìn)人孔上安裝有插入式油位傳感器，濾油磁柵的安裝位置需在現(xiàn)有空間條件下選擇。最終確定將濾油磁柵安裝于進(jìn)人孔右側(cè)與#3油泵回油管之間。

(3)濾油磁柵的尺寸需考慮3個(gè)因素：①被隔板分隔成的迂回流道寬度不同，各濾油磁柵寬度需與流道寬度一一對應(yīng)；②濾油磁柵的整體長度需結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，滿足插入式油位計(jì)與#3油泵之間的空間限制；③回油箱正常運(yùn)行油位為450 mm，最高運(yùn)行油位為550 mm，濾油磁柵高度應(yīng)與最高運(yùn)行油位相適應(yīng)。

(4)安裝方法：將3個(gè)磁柵并列放置在回油箱內(nèi)的迂回流道中，在框架把手同一高度鉆φ10通孔，用螺栓將磁柵兩兩把合并用金屬管箍將磁柵與#3油泵回油管綁扎固定，使磁柵在回油箱工作油流中能保持穩(wěn)固(圖2)。

圖2　濾油磁柵在回油箱中的安裝與固定

2013年機(jī)組檢修工作中，在#6機(jī)調(diào)速器回油箱中首次安裝了濾油磁柵，3個(gè)濾油磁柵尺寸(長×寬×高)分別為320 mm×250 mm×550 mm、320 mm×380 mm×550 mm、320 mm×320 mm×550 mm。其中磁柵長度確定為320 mm，以使3排磁棒間距適宜，根據(jù)流道寬度確定磁柵寬度、根據(jù)回油箱最高工作油位確定磁柵高度為550 mm。

5濾油磁柵的使用效果

(1)濾油磁柵能大量吸附雜質(zhì)。2014年，在#6機(jī)檢修工作中，發(fā)現(xiàn)濾油磁柵有效吸附了透平油中的大量機(jī)械雜質(zhì)(圖3)，淤積在回油箱底部以及附著在回油箱內(nèi)壁上的油泥均大大減少；同時(shí)，油泥被吸附固定，不再隨油流循環(huán)進(jìn)入調(diào)速器液壓系統(tǒng)，從而減小了設(shè)備運(yùn)動(dòng)副的磨損。

(2)安裝濾油磁柵后油樣顆粒度數(shù)據(jù)改善。統(tǒng)計(jì)分析，#6機(jī)回油箱安裝前后2 a的回油箱定期油樣化驗(yàn)結(jié)果顯示：安裝濾油磁柵前，#6機(jī)回油箱油樣顆粒度均值為15.9/12，安裝后均值為14.6/10.7，回油箱內(nèi)透平油污染度有明顯改善(表1)。

圖3　濾油磁柵對雜質(zhì)的吸附效果

(3)自2013年#6機(jī)回油箱安裝濾油磁柵至今，#6機(jī)調(diào)速器系統(tǒng)未發(fā)生因透平油污染物造成的故障。

表1　#6機(jī)回油箱油樣定期化驗(yàn)結(jié)果表

6結(jié)語

在機(jī)組調(diào)速器回油箱中增裝濾油磁柵后，利用磁體的強(qiáng)磁性，能有效吸附透平油中的鐵磁性雜質(zhì)，改善透平油品質(zhì)，進(jìn)而大大減少壓油系統(tǒng)故障，提高調(diào)速器系統(tǒng)的工作可靠性。二灘水電站經(jīng)過首臺(tái)機(jī)組的使用評估，改造投資少，安裝簡便，收效顯著，目前6臺(tái)機(jī)組均已增設(shè)了濾油磁柵。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙海英.二灘水電站調(diào)速器三級伺服閥典型液壓故障分析[J].中國農(nóng)村水利水電,2012,53(4):115-117.

廖潤(1987-)，男，四川自貢人，助理工程師，學(xué)士，從事水電廠檢修維護(hù)工作；

邵建林(1984-)，男，浙江蘭溪人，工程師，學(xué)士，從事水電廠檢修維護(hù)工作；

陳杰(1972-)，男，四川仁壽人，副主任，高級工程師，學(xué)士，從事水電廠設(shè)備的檢修維護(hù)與管理工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

作者簡介:

收稿日期:2015-07-18

文章編號:1001-2184(2016)01-0094-03

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

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