嚴(yán)天豪，顏廣文，李垠鋼

（華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江天臺317200）

發(fā)電電動(dòng)機(jī)下部組合軸承油流量低原因分析及處理

嚴(yán)天豪，顏廣文，李垠鋼

（華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江天臺317200）

通過分析發(fā)電電動(dòng)機(jī)下部組合軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作原理，進(jìn)一步剖析了發(fā)電電動(dòng)機(jī)下部組合軸承的結(jié)構(gòu)和油循環(huán)系統(tǒng)及梳齒油密封磨損對機(jī)組各部件的影響。提出相應(yīng)的改進(jìn)梳齒密封的結(jié)構(gòu)，升級改進(jìn)后對機(jī)組運(yùn)行起到了明顯的效果。

抽水蓄能機(jī)組；下部組合軸承；自油循環(huán)系統(tǒng)；鏡板泵；吸油環(huán)

1 引言

桐柏抽水蓄能電站位于浙江省天臺縣境內(nèi)，電站裝機(jī)容量為1 200 MW，裝設(shè)4臺單機(jī)容量為300 MW的水輪發(fā)電機(jī)組。發(fā)電電動(dòng)機(jī)型式為立軸、半傘式、空冷、可逆式同步電機(jī)。機(jī)組額定轉(zhuǎn)速為300 r/min、額定頻率為50 Hz。在華東電網(wǎng)中主要擔(dān)負(fù)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相和緊急事故備用等任務(wù)。

2 結(jié)構(gòu)簡介

2.1.部組合軸承

推力軸承和下導(dǎo)軸承共用一個(gè)油槽，故稱為下部組合軸承，下部組合軸承油槽的油量為9.6 m3。下部組合軸承油系統(tǒng)采用自吸式鏡板泵自循環(huán)油系統(tǒng)，外過濾、水冷卻方式。下部組合軸承有四個(gè)腔室，分別為：下導(dǎo)軸承潤滑腔、推力軸承潤滑腔、正壓離心泵密封腔（這三個(gè)腔分布在油槽上部，簡稱上腔），組合軸承冷油腔（簡稱下腔）。推力軸承為自潤滑式，鏡板上設(shè)置了徑向鉆孔，當(dāng)機(jī)組在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，鏡板上的徑向孔產(chǎn)生與離心泵類似的效果，將熱油壓入環(huán)形密封室。從環(huán)形密封室出來的油經(jīng)冷卻器冷卻和過濾后，流回下部組合軸承冷油腔和下導(dǎo)軸承潤滑腔，供下導(dǎo)軸承、推力軸承的潤滑用，然后回流至油槽上腔。下腔油通過吸油管噴入鏡板表面，機(jī)組旋轉(zhuǎn)時(shí)冷油從推力瓦進(jìn)油邊進(jìn)入推力瓦表面冷卻推力瓦面，噴嘴位于推力瓦兩邊低于鏡板5 mm左右處，像笛子一樣大徑變小徑的管子分布一周，冷卻的油通過旋轉(zhuǎn)在此形成油膜，從而冷卻與潤滑推力軸承。

（1）下部組合軸承油槽外油循環(huán)系統(tǒng)

下部組合軸承油槽外循環(huán)系統(tǒng)主要組成部件為：3只水冷式油冷卻器、2只多層濾芯油過濾器及相應(yīng)管路。油槽外油循環(huán)原理：當(dāng)熱油從機(jī)組內(nèi)部由鏡板泵壓出，經(jīng)過下部組合軸承熱油總出油管，油流進(jìn)入3只專用水冷式油冷卻器冷卻(正常情況下：2只投運(yùn)，1只備用，冷卻水流量為9L/s)，再由多層濾芯油濾過器進(jìn)行過濾（正常情況下：一主一備），然后由下部組合軸承冷油總進(jìn)油管分別供給到推力油槽的推力軸承主進(jìn)油回路及下導(dǎo)軸承進(jìn)油回路，用于推力軸承、下導(dǎo)軸承及鏡板的冷卻和潤滑。為平衡油回路壓力及排除多余空氣，相應(yīng)管路上都設(shè)置了排氣平壓管路連接至推力油槽內(nèi)。

（2）下部組合軸承油槽內(nèi)油循環(huán)系統(tǒng)

下部組合軸承油槽內(nèi)油循環(huán)系統(tǒng)，主要包括兩個(gè)部分，推力軸承油循環(huán)系統(tǒng)及下導(dǎo)軸承油循環(huán)系統(tǒng)。

下部組合軸承內(nèi)油循環(huán)系統(tǒng)的油路循環(huán)原理為：冷卻油從下部組合軸承冷油總進(jìn)油管進(jìn)入后，從油槽下腔，經(jīng)過推力瓦環(huán)形吸油管噴嘴回到鏡板、推力瓦（上腔），再經(jīng)鏡板泵將熱油壓出，而下導(dǎo)軸承油循環(huán)系統(tǒng)的油從下導(dǎo)軸承油總進(jìn)油管進(jìn)入后，經(jīng)過下導(dǎo)軸瓦，在大軸高速旋轉(zhuǎn)離心力的作用下，也由鏡板泵將熱油壓出，與推力循環(huán)油路的熱油一起混合，經(jīng)下部組合軸承熱油總出油管，進(jìn)入推力油槽外油循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行冷卻和過濾，從而完成下部組合軸承油系統(tǒng)的冷卻循環(huán)過程。下部組合軸承油循環(huán)系統(tǒng)布置圖及原理圖見圖1、圖2。

圖1.部組合軸承油循環(huán)系統(tǒng)布置圖

圖2.部組合軸承油循環(huán)系統(tǒng)原理圖

2.2.部組合軸承油密封環(huán)

下部組合軸承油密封環(huán)采用梳齒式密封，密封材料為銅齒鑲嵌在鋼環(huán)上面，由上密封和下密封組成。下部組合軸承梳齒式密封內(nèi)徑為ф2 629.6 mm、外徑為ф2 725 mm、厚度為21 mm（+0，-0.1）、平行度（//0.05 mm）、平面度為（◇0.05 mm）。密封是由分瓣的鋼環(huán)和定位銷螺栓把合而成，上密封與推力頭表面接觸，下密封與鏡板下邊緣接觸，組合成密閉環(huán)形室，考慮到機(jī)組在運(yùn)行過程中軸的徑向擺動(dòng)，并防止梳齒磨損軸領(lǐng)，梳齒與軸領(lǐng)間按照圖紙要求接觸間隙為0.10 mm。油密封環(huán)結(jié)構(gòu)見圖3。

油密封環(huán)是在密封座和密封蓋板之間有2個(gè)銷釘間隙配合，銷釘是ф10的，而密封環(huán)上的銷釘孔為ф15，密封蓋板與密封座用螺栓連接，則在工作時(shí)成浮動(dòng)狀態(tài)。

圖3.密封環(huán)結(jié)構(gòu)圖

3 存在的問題

通過監(jiān)控系統(tǒng)，對5月某一天的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如表1。

表1.部組合軸承油流量、油溫對比

4臺機(jī)組經(jīng)過近10年的運(yùn)行，推力外循環(huán)油流量均出現(xiàn)不同程度的降低，油流量降低會造成推力瓦、鏡板及下導(dǎo)瓦溫冷卻效果的降低，嚴(yán)重時(shí)將會導(dǎo)致燒瓦事故。通過進(jìn)一步對油循環(huán)系統(tǒng)原理進(jìn)行分析，得出以下可能的原因及處理方法。

4 原因分析及處理過程

4.1.合軸承油過濾器濾芯堵塞

推力外循環(huán)油過濾器堵塞會導(dǎo)致推力外循環(huán)油流量降低。組合軸承油過濾器前后裝有差壓計(jì)，濾芯堵塞時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)中會有差壓高報(bào)警信號，現(xiàn)場也有相應(yīng)的報(bào)警指示。在檢修期間對推力或下導(dǎo)瓦面進(jìn)行修刮處理后，瓦面磨合階段會產(chǎn)生較多的金屬屑造成過濾器濾芯堵塞，需多次對其進(jìn)行清掃，方可將組合軸承內(nèi)的油質(zhì)過濾干凈。正常運(yùn)行期間，很少會出現(xiàn)過濾器濾芯堵塞報(bào)警。發(fā)生報(bào)警后，可將備用的過濾器投入運(yùn)行，并及時(shí)對堵塞的過濾器濾芯進(jìn)行清掃。

對推力外循環(huán)過濾器濾芯進(jìn)行清洗時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照作業(yè)指導(dǎo)書進(jìn)行，每個(gè)推力外循環(huán)過濾器濾芯由4個(gè)雙層的濾芯嵌套在一起，嵌入濾網(wǎng)孔內(nèi)的雜質(zhì)不易清洗干凈，多次清洗后濾芯的通過能力會逐漸降低，造成油流量降低。必要時(shí)，應(yīng)及時(shí)更換濾芯。

4.2.度對油流量的影響

油溫的變化會帶來潤滑油黏度的變化，進(jìn)而影響油循環(huán)的流量。外油循環(huán)系統(tǒng)冷卻方式采用3只水冷式油冷卻器進(jìn)行冷卻，正常情況下2只投運(yùn)1只備用，當(dāng)冷卻效果不夠時(shí)，可同時(shí)投入3只冷卻器提高冷卻效果。冷卻水流量受瓦溫自動(dòng)控制，瓦溫高時(shí)冷卻水流量增大，提高冷卻水效果。出現(xiàn)油流量降低現(xiàn)象時(shí)應(yīng)及時(shí)關(guān)注瓦溫、油溫及冷卻水流量，現(xiàn)場檢查冷卻水電動(dòng)閥實(shí)際位置是否到位。值得注意的是，當(dāng)3組冷卻器投入時(shí)，若有個(gè)別冷卻器的冷卻水進(jìn)出水閥實(shí)際未打開，將會導(dǎo)致未經(jīng)冷卻的熱油和冷油一起進(jìn)入冷油腔，降低冷卻效果。

4.3.管路上平壓管的閥門未打開

外循環(huán)冷卻器、油過濾器上設(shè)置有平壓管，可以平衡油回路壓力及排除多余空氣，平壓閥未開也會影響油循環(huán)流量。機(jī)組檢修、油冷卻器及過濾器清掃后均有可能未及時(shí)打開平壓閥，恢復(fù)操作時(shí)應(yīng)注意檢查。

4.4.部組合軸承油密封損壞

下部組合軸承油密封損壞會使正壓離心泵密封腔內(nèi)熱油直接進(jìn)入推力軸承潤滑腔和下導(dǎo)軸承潤滑腔內(nèi)，減少了進(jìn)入外循環(huán)系統(tǒng)的油流量。

機(jī)組檢修時(shí)，發(fā)現(xiàn)推力油槽內(nèi)部有許多金黃色金屬粉末和很細(xì)小的銅絲條，透平油顏色發(fā)暗，經(jīng)綜合分析，下部組合軸承內(nèi)部僅有油密封是金屬銅材料制作的，其它沒有任何金屬銅材料。對油密封與軸領(lǐng)間隙進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)密封間隙變大，最大的接近1.5 mm，比理論數(shù)值大10陪多。

造成油密封損壞的原因主要有溫度因素和設(shè)備因素兩個(gè)：

1）溫度因素：物體由于溫度改變而有脹縮現(xiàn)象。由于在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)摩擦升溫、以及機(jī)組運(yùn)行溫度升高引起熱脹冷縮現(xiàn)象，在20℃溫度下，銅（Cu）的線性熱膨脹系數(shù)是17.5，鐵（Fe）的線性熱膨脹系數(shù)是12.2。原銅齒密封條是由3條整根并排在鑲嵌而成的，當(dāng)溫度改變時(shí)會使銅齒密封條其長度發(fā)生變化。鋼環(huán)和銅齒的線性熱膨脹系數(shù)不同，銅齒的導(dǎo)熱要比鋼環(huán)的大，在鋼環(huán)沒有變化時(shí)銅齒首先會發(fā)生變化，出現(xiàn)鼓包加劇，銅齒密封磨損嚴(yán)重時(shí)會脫落出槽，密封效果降低。

2）設(shè)備因素：在運(yùn)輸和吊裝過程中難免出現(xiàn)微量彎曲變形，變形量大于設(shè)計(jì)要求時(shí)，有可能在發(fā)電/電動(dòng)機(jī)方向（逆時(shí)針方向）、水泵/水輪機(jī)方向（順時(shí)針方向）高速運(yùn)行過程中出現(xiàn)發(fā)卡現(xiàn)象，活動(dòng)不靈敏，沒有起到浮動(dòng)效果，這樣會使銅齒密封條磨損速度加快。

改進(jìn)方案：

經(jīng)過多方分析討論，對銅齒密封條進(jìn)行局部改進(jìn)，原先是3條整根并排銅條鑲嵌在鋼環(huán)上，而現(xiàn)在則是以400 mm左右分段并用銷釘把3組并排固定在一起，這樣可以減少熱脹冷縮現(xiàn)象對銅齒密封條的影響，避免出現(xiàn)密封條脫落出槽。

5 效果檢查

自從發(fā)電/電動(dòng)機(jī)更換投運(yùn)以來，下部組合軸承油循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行情況較穩(wěn)定，下面是一組5份機(jī)組在發(fā)電工況，有功300 MW下的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)：

1）下導(dǎo)瓦實(shí)際運(yùn)行溫度

表2.導(dǎo)瓦溫度單位：℃

數(shù)據(jù)分析：下導(dǎo)瓦運(yùn)行溫度的報(bào)警整定值為75℃，跳機(jī)整定值為78℃,從上表2可以看出，下導(dǎo)瓦實(shí)際運(yùn)行溫度在52.7～61.3℃之間，由此可以看出，下導(dǎo)軸承運(yùn)行情況良好。

2）推力瓦實(shí)際運(yùn)行溫度

表3.力瓦溫度單位：℃

數(shù)據(jù)分析：推力瓦運(yùn)行溫度的報(bào)警整定值為80℃，跳機(jī)整定值為83℃,從上表3可以看出，下導(dǎo)瓦實(shí)際運(yùn)行溫度在52.1～66.5℃之間，可見，推力軸承運(yùn)行情況非常穩(wěn)定。

3）下部組合軸承油循環(huán)系統(tǒng)流量以及油溫

由于下部組合軸承油密封環(huán)更換工作量大，檢修工藝、成本較高，目前僅對油流量降低較多的1、2號機(jī)組下部組合軸承油密封進(jìn)行更換，經(jīng)熱穩(wěn)定試驗(yàn)，油流量均已達(dá)到100 m3/h以上，效果明顯。

下部組合軸承油循環(huán)系統(tǒng)實(shí)際油流量達(dá)到100 m3/h以上，油溫由47℃降低至44℃左右，整個(gè)油循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行狀況良好，效果明顯。

6 結(jié)束語

機(jī)組經(jīng)過多年的運(yùn)行，一些平時(shí)未關(guān)注的設(shè)備部件均已出現(xiàn)磨損、老化等現(xiàn)象，應(yīng)加強(qiáng)對設(shè)備運(yùn)行趨勢的分析，及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備部件的隱患、缺陷，做好相關(guān)設(shè)備檢修的策劃工作，避免設(shè)備事故的發(fā)生。設(shè)備運(yùn)維人員應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注冷卻器進(jìn)出口油溫、油槽油溫、瓦溫、油流量、冷卻水流量、冷卻水溫度等趨勢變化。

本文為發(fā)電電動(dòng)機(jī)下部組合軸承油流量低的原因分析及處理提供了新的思路和方法，為機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了重要保障。

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TK730.3+22

B

1672-5387（2017）09-0016-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.09.007

2017-06-19

嚴(yán)天豪（1991-），男，助理工程師，從事水電機(jī)組運(yùn)維檢修工作。