張溢歡 陳紅權 巫俊杰

（富春江水力發(fā)電廠，杭州 311504）

推力軸承的溫度是反映推力軸承運行情況、受力情況以及水輪發(fā)電機組健康情況的重要指標。對于水輪發(fā)電機組，推力軸承的溫度包括軸承瓦溫和軸承內(nèi)潤滑油溫度等，主要由冷卻系統(tǒng)控制。冷卻系統(tǒng)能否有效控制推力軸承內(nèi)的溫度，對軸承運行情況有著直接的、重要的影響。推力軸承內(nèi)的熱量主要來源于推力頭、鏡板以及推力瓦之間的摩擦。富春江電廠4號水輪發(fā)電機組推力軸承軸瓦材料采用彈性塑料瓦，冷卻系統(tǒng)采用外強迫循環(huán)，外置循環(huán)油泵和冷卻裝置。根據(jù)推力軸承內(nèi)潤滑油的物理特性，溫度過高會導致潤滑油液面升高。當潤滑油液面高度達到預先設定的高油位報警值時，會導致水輪發(fā)電機組發(fā)生推力軸承高油位報警，嚴重時將造成事故停機[1]。

推力軸承內(nèi)潤滑油油位波動受多方面因素影響，包括人為調(diào)整油位、軸承附屬管路滲漏以及溫度變化等。富春江水力發(fā)電廠夏季廠房溫度達到31 ℃，機組油冷卻效果較差。機組推力軸承在高溫下運行，不僅影響自身性能，也會導致推力軸承油槽內(nèi)油位升高，對機組安全穩(wěn)定運行造成安全隱患。影響推力軸承內(nèi)溫度的因素包括推力軸承設計、結構、機組運行工況、運行時間和冷卻系統(tǒng)等。通過分析富春江電廠4號水輪發(fā)電機組推力軸承結構、運行情況、冷卻系統(tǒng)以及設備實際情況，結合外界環(huán)境因素，最終找到推力軸承油位波動的原因，并采取針對性方案解決推力軸承油位波動的問題，提升水輪發(fā)電機組安全平穩(wěn)運行的能力。

1 推力軸承油位波動情況介紹

水輪發(fā)電機組推力軸承是機組的重要部件，主要承受機組軸向載荷，維持機組運行穩(wěn)定性。推力軸承內(nèi)部充以汽輪機油進行潤滑和散熱。在機組非檢修期，正常情況下，推力軸承內(nèi)的汽輪機油處于穩(wěn)定循環(huán)，油位不應發(fā)生波動。富春江電廠4號水輪發(fā)電機組推力軸承油位波動較大，運行人員未對油位進行調(diào)整的情況下，機組數(shù)次發(fā)生油位過高報警。油位波動情況主要發(fā)生在夏季氣溫較高時，機組開機運行一段時間后油位緩慢升高，逐步達到高油位報警值，而機組停機后推力軸承內(nèi)油位有所回落。油位波動情況在夏季頻發(fā)，在冬季氣溫較低時并未發(fā)生，因此推斷油位波動可能是由溫度引起的，但需要進一步排查確切原因。

2 推力軸承油位波動原因分析

2.1 推力軸承油路循環(huán)介紹

目前，富春江水力發(fā)電廠4號水輪發(fā)電機組推力軸承的冷卻方式為外強迫循環(huán)冷卻，如圖1所示。推力軸承油槽分為內(nèi)油槽和外油槽。機組運行時，推力頭（旋轉部件）和推力軸承瓦（固定部件）摩擦產(chǎn)生熱量。

圖1 推力軸承冷卻結構圖

推力軸承瓦處于油槽內(nèi)，浸泡在汽輪機油中，利用汽輪機油對其進行潤滑和散熱。汽輪機油采用單獨的散熱系統(tǒng)進行散熱。富春江電廠4號水輪發(fā)電機組推力軸承的冷卻方式為外強迫循環(huán)冷卻，即外置循環(huán)油泵、管路系統(tǒng)和冷卻裝置，強迫潤滑油循環(huán)進出冷卻裝置和推力軸承，形成“冷卻—升溫—冷卻”的循環(huán)系統(tǒng)，達到降低推力軸承內(nèi)溫度的目的。在推力軸承中，外油槽中溫度較高的油，通過出油口（外接管路）經(jīng)外置循環(huán)油泵進入外置油冷卻器變?yōu)闇囟容^低的油，再通過內(nèi)油槽進油口進入內(nèi)油槽。而在機組開機運行期間，內(nèi)油槽的油以漫溢的形式經(jīng)過擋油板再到達外油槽形成油路循環(huán)，如圖2所示。通過上述循環(huán)冷卻方式可以保持機組推力軸承系統(tǒng)油位及溫度的穩(wěn)定，進而保障機組平穩(wěn)運行。油位波動的原因主要在于3個方面：一是推力油槽充、排油閥滲漏，導致油位波動；二是推力冷卻系統(tǒng)管路滲漏，造成油位變化；三是溫度變化導致油位波動[2]。

圖2 推力軸承油路循環(huán)（箭頭表示油路循環(huán)）

2.2 油位波動原因排查

機組檢修期間，細致檢查推力軸承、冷卻裝置以及附屬連接管路，檢查各部位密封件并進行滲漏試驗。各部位密封完好、無滲漏情況，即排除了推力軸承充和排油閥滲漏的可能。后續(xù)用同樣的方法排除推力冷卻系統(tǒng)管路滲漏的可能[3]。

油位過高報警集中發(fā)生在夏季氣溫較高時。推力軸承油槽屬于封閉空間，與外部不相通，溫度對油位的影響極大，因此推斷油位過高是推力軸承內(nèi)部溫度較高造成的。造成推力軸承內(nèi)部溫度較高的主要原因包括推力軸承結構設計不合理、機組運行工況異常、機組運行時間過長以及冷卻系統(tǒng)故障等。通過分析排查發(fā)現(xiàn)：除了冷卻系統(tǒng)之外，富春江電廠4號發(fā)電機推力軸承封閉結構再無其他散熱途徑；機組的運行工況正常，推力軸承振動擺度數(shù)值在允許范圍內(nèi)，并未發(fā)生高振動擺度情況；機組未發(fā)生長時間運行的情況；冷卻系統(tǒng)采取外強迫循環(huán)冷卻，冷卻水供給充足，系統(tǒng)設計合規(guī)合理，各部件運行情況正常。通過分析排查，逐步排除了機組工況異常、冷卻系統(tǒng)故障、運行時間長等原因，將原因確定為推力軸承結構不夠合理。

推力軸承屬于封閉結構，當夏季氣溫較高時，油槽內(nèi)溫度較高，僅通過外置冷卻裝置不足以將溫度控制在需求范圍內(nèi)。因此，當機組運行一段時間后，設備之間相互摩擦產(chǎn)生的熱量不斷累積，導致推力軸承內(nèi)的溫度逐步上升。正常情況下，冷卻系統(tǒng)可以消除這部分熱量，合理控制溫度。但是，當夏季氣溫較高時，推力軸承的封閉結構會導致內(nèi)部溫度上升到較高水平，此時冷卻系統(tǒng)將不足以消除全部熱量，會導致油槽內(nèi)溫度逐步升高。高溫將帶動油位緩慢上升，最終達到警報值。

通過分析可知，需要采取的方案應解決推力軸承油槽內(nèi)部封閉的問題，并應對冷卻系統(tǒng)的冷卻能力進行一定補充。經(jīng)過細致篩選，最終確定的方案是在推力軸承油槽蓋板上加裝呼吸閥。呼吸閥作為控制氣體通道啟閉的裝置，可以將推力軸承油槽內(nèi)部和外界連通，解決油槽內(nèi)部封閉的問題。同時，氣體流通又可以帶來熱量交換，起到一定的散熱作用，可以對現(xiàn)有冷卻系統(tǒng)的冷卻能力給予一定的補充[4]。

3 解決推力軸承油位波動的方案

3.1 呼吸閥的原理和作用

呼吸閥作為調(diào)節(jié)油槽內(nèi)溫度的重要附件，安裝于油槽蓋板，用于自動控制油槽內(nèi)外氣體通道的啟閉，維持油罐的壓力平衡，同時起到調(diào)節(jié)溫度的作用，結構如圖3所示。

圖3 呼吸閥結構

呼吸閥包括呼氣閥和吸氣閥，主要由閥體、閥盤、閥座、閥桿及導向套等組成。圖3呼吸閥呼氣端與吸氣端為同軸結構，也可為并列結構。呼吸閥的開啟壓力取決于閥盤的重量。呼吸閥可以自動控制推力油槽內(nèi)外氣體通道的啟閉，維持油槽的壓力及溫度平衡[5]。

3.2 方案實施過程

2021年，在進行機組檢修期間，在油槽蓋板上加裝2個特制呼吸閥。加裝呼吸閥的作用在于使油槽與外界相通，減小內(nèi)外部溫差，改善油槽內(nèi)部的高溫情況，減弱或消除油位因高溫受到的影響，進而解決油位過高報警的問題。具體實施時，在4號機推力油槽蓋板上對稱位置打兩個安裝孔，孔徑190 mm，孔距155 mm，內(nèi)徑16 mm，制作法蘭孔，準備與呼吸閥配套。將尺寸配套的2個呼吸閥安裝在法蘭上，調(diào)節(jié)閥門使呼吸閥的開啟壓力滿足要求。安裝完畢后，推力軸承油槽實現(xiàn)與大氣相通，解決了推力軸承油槽封閉的問題。呼吸閥可以自主啟閉推力軸承油槽的氣體通道，通過空氣流動調(diào)節(jié)油槽內(nèi)的溫度作為冷卻系統(tǒng)的輔助裝置，起到輔助調(diào)節(jié)溫度的作用。當呼吸閥開啟時，新鮮空氣通過閥門進入油槽內(nèi)部，避免產(chǎn)生油霧外泄的問題。

3.3 取得的效果和思考

方案實施后，經(jīng)過一個夏季高溫周期的跟蹤驗證，4號水輪發(fā)電機組推力軸承油位不再發(fā)生過高報警，較好地解決了高溫導致油位波動的問題。

引起推力軸承油位波動的原因較多，包括機組運行工況、推力軸承瓦受力情況、推力冷卻系統(tǒng)狀態(tài)以及機組運行時間等。對于封閉式推力軸承油槽來說，油槽內(nèi)空氣不流通，溫度容易升高，油位容易受到溫度影響而發(fā)生波動。因此，可采用呼吸閥或放氣閥等空氣交換形式，使得封閉的推力軸承油槽獲得空氣流通的條件，通過熱量交換調(diào)節(jié)油槽內(nèi)的溫度，同時作為油槽冷卻系統(tǒng)的補充裝置，共同對抗溫度對油位的影響。

4 結語

溫度變化導致發(fā)電機推力軸承油槽內(nèi)油位波動的情況比較常見。發(fā)電機推力軸承內(nèi)部的油溫主要依靠自帶的冷卻系統(tǒng)調(diào)節(jié)，但對于封閉式油槽來說，氣溫的影響也尤為重要。呼吸閥作為一個調(diào)節(jié)壓力及控制氣體交換的部件，也可以起到調(diào)節(jié)推力軸承油槽內(nèi)溫度的作用。它通過控制油槽內(nèi)外氣體通道的啟閉，使得封閉的推力油槽和外界產(chǎn)生氣體交換，使得推力軸承內(nèi)的溫度得到有效控制，進而控制發(fā)電機推力軸承內(nèi)油位的波動。

呼吸閥除了具有調(diào)節(jié)油槽內(nèi)部壓力和進行氣體交換的作用外，也可以作為發(fā)電機推力軸承冷卻系統(tǒng)的補充部件使用。呼吸閥改善了之前高溫影響油位的情況，較好地解決了水輪發(fā)電機組推力軸承油位過高報警的問題，極大地提升了機組運行的平穩(wěn)性和可靠性。