二滩电厂 1#机推力 /下导油槽动油位波动分析

武丰林, 赵海英

(二滩水力发电厂,四川 攀枝花 617000)

1 概 述

2003年 6月,二滩电厂运行维护人员发现 1#发电机推力/下导轴承油槽动油位存在较大波动现象,经过观察现场油箱油位计并调取计算机监控系统动油位数据进行分析后发现,动油位波动范围约为 40 mm,并有一定的周期性。

为了查证现场油箱油位计及计算机监控系统动油位数据能否真实反映油槽动油位的实际状况及油槽内的动油位是否存在较大波动,在油槽盖+Y侧油位观察孔处安装了试验油位计,将油位计浮球放入油槽内与油面直接接触。机组投运后,再调取计算机监控系统动油位数据与现场油箱油位计和试验油位计显示的动油位数据进行比较,发现三者油位相近,由此证明现场油箱油位计数据、计算机监控系统采集的动油位数据能够正确反映油槽实际油位,油槽内动油位确实存在较大波动现象。

检查与 1#机组设计结构相同的其他机组的推力/下导轴承油槽动油位,没有发现类似的波动现象,动油位周期性波动为 1#发电机推力/下导轴承所独有。

2 油位变化情况

随机调取计算机监控系统中 2002年 12月19日至 21日共 60 h时段 1#发电机推力/下导轴承油槽动油位数据并进行分析后发现,运行稳定油位约为 120 mm,然后逐渐攀升至约 165 mm后快速下降,回落至约 120 mm,波动周期约为 12 h左右,其动油位波形图犹如锯齿状,如图 1所示。

图1 1#发电机推力/下导轴承油槽动油位波形图

为了详细了解 1#发电机推力/下导轴承油槽运行动油位的长周期变化情况,查明锯齿波产生的最初时刻,我们查阅了机组安装投运至 2010年1月下导油槽动油位数据,并得出以下结论:自2001年 1#机组大修改变油槽内部结构后,1#发电机推力/下导轴承油槽动油位就出现了周期性波动现象,直至今日。因为动油位波动范围未达到报警油位,所以该波动现象未被及时发现。

2001年 2月 9日至 6月 8日,1#机组进行了扩大性大修,期间对推力/下导轴承进行了甩油改造,在轴承油槽内挡油圈上加装了叶栅、改造了增高段并安装了抛油环。1#发电机推力/下导轴承油槽动油位锯齿波的产生可能与轴承的甩油改造有关。

3 原因分析

我厂发电机推力轴承与下导轴承为共油槽结构,采用内循环水冷的方式润滑冷却,推力/下导轴承结构见图 2。从图 2中可以看出,推力轴承与下导轴承的润滑油路互相连通但又相对独立,在旋转部件的粘滞泵效应作用下,冷热油流在设计的通道内循环往复的流动以实现对轴承的润滑与冷却。运行中,油槽动油位在油槽内部结构稳定、外部环境无变化的情况下,将会达到一个稳定的动态平衡油位并长期保持。而如果外部环境没有变化,运行动油位出现周期性波动可能产生的原因就是轴承内部结构发生了变化,这种变化导致了轴承循环油路发生变动,从而使循环油流发生异常,造成油槽动油位波动。

图2 推力/下导轴承结构图

3.1 推力/下导油槽运行中的循环油路

从我厂发电机推力/下导轴承的结构上可以看出,油槽内的润滑油分为推力轴承和下导轴承两个冷却润滑区,两者相互联系又相对独立,其中推力轴承润滑区空间密闭,润滑油压较高,为高压油区,即图 2中的 B区;下导轴承润滑区油流上部与大气相通,空间开放,为相对低压油区,即图2中的 A区;A、B区油流发生交汇的混合区为 C区,C区的油流对于下导轴承的润滑冷却至关重要。A、B区之间有 8个 φ3的小孔连接,该小孔的作用主要是用于加油时 B区的排气和运行中节流,B区通过该孔进入A区的油流较小,对于油槽油流循环的影响有限且稳定。

机组运行时,在旋转部件(推力头、镜板等)的粘滞泵效应下,油槽内的油在既定的通道内循环流动。推力轴承润滑区的循环油路为:经过冷却的润滑油进入推力瓦块间的径向通道①,在此,一部分顺周向进入推力瓦面,另一部分则沿径向进入转动裙环与镜板之间的腔隙②中,在推力头离心泵作用下,将油流输送到推力头与镜板间的通道③。此后,油分两路,一路直接从推力头下缘φ9.5径向油孔喷洒到 B区;另一路沿推力头内部轴向油孔上行,至推力头上部径向油孔④喷出,进入下导瓦水平油沟内,在推力头轴领粘滞泵的作用下,油分上、下两路行走:大部分油流经过下导瓦的下行油道进入下导主瓦面润滑冷却,然后汇入下导瓦的下行油道,在推力头下缘油孔喷出油流的带动下进入 B区;经冷却器冷却,有少部分油通过下导瓦上部 3个 φ20的径向油孔喷出,经下导瓦挡油板阻挡后,沿瓦背下流到下导瓦与支撑环之间的区域,再通过底部连接孔进入低压油区 A。低压油区的油在转动裙环泵的作用下,将A区的油向下抽吸,使之沿 8根 DN50mm的管道下行,管道的垂直段穿过推力油槽的冷油区,使得管内的油流冷却,然后穿过推力轴承内圈支撑环底部的通孔进入到挡油圈侧⑥,经转动裙环与推力瓦间隙吸入,与来自推力瓦块间的冷油混合,经推力头的油流通道泵出,进入新的循环。

3.2 1#机与其他机组推力/下导轴承结构的差异

从结构上看,1#发电机推力/下导轴承结构与其他五台机组总体设计相同,唯一不同的是下导轴承油流循环通道的结构型式。由于 1#发电机设备出厂时,油槽内推力轴承内圈支撑环底部的8个通油孔未开,导致下导瓦在机组试运行时烧毁。为了使机组尽快恢复运行,在油槽底部钻孔焊接 8根 U型管将内圈支撑环内外连通,从而保证了下导轴承的正常运行。因此,造成了 1#机下导轴承回油通道与其他机组存在差异,即 1#机组下导轴承润滑油回油通道存在 U型连接管,而其他机组为直通式。

3.3 1#机组推力/下导油槽动油位波动分析

从对油槽循环油路进行分析后可以看出,下导轴承润滑区(A区)的油流进入通道有两个,即下导瓦的排油孔出油和来自 8个 φ3小孔 B区的少量油。而 A区出油通道只有一条,即 8根DN50 mm的管道。正常运行中,进入 A区的油量、油压基本稳定,出油量也维持稳定,A区油位会稳定维持在一定的高度。由于推力/下导轴承油槽油位计与 A区相通,因此运行中的油位计显示的即为 A区的实际动油位。

机组运行中,在轴承部件、油槽结构、冷却水温、外部环境等因素不变的情况下,A区的实际动油位将会长期保持动态稳定,不会发生大幅波动。我厂 2～6#机组的推力/下导油槽动油位就是这种状态。

1#机组推力/下导油槽动油位出现周期性的波动,并表现出缓慢爬升又急速下降斜锯齿波现象,说明 A区进、出油的油量、油压、油流速度存在周期性的变化。由于运行中下导瓦的温度在正常范围内,检修中检查下导瓦面正常,说明进入下导瓦的油量变化较小,没有影响下导瓦的正常润滑及冷却需求,否则下导瓦将会因为润滑不充分而升温或烧瓦。那么,A区出油的油量、油速、油压的变化应该是影响油位变化的重要因素。

在与其他机组运行条件相同的情况下,从结构上看,油槽 C区的油会受到内挡油圈上叶栅、加高挡油圈反螺旋槽施加在油体上的下压力作用,在这种下压力作用下,直接降低了内挡油圈处动油面的高度,防止了油液爬升。但是,该压力通过油体传递到 A区后,增大了 A区的出油阻力,将会使得 A区油位抬升,造成动油位升高。但是,这种状况会维持在稳定水平。

但对于 1#发电机推力 /下导油槽 A、C区之间的 U型管连接方式,在叶栅、挡油圈反螺旋槽联合作用下将会加剧 A区出油的阻力,造成 C区进油量减少,使得进入下导瓦的油减少,下导瓦温会上升或出现烧瓦,但是,下导瓦却运行正常,说明进入下导瓦的油量没有明显减少。由于油槽容积一定,总油量不变,运行中,油槽油面应为抛物面,内外侧油面高而中间低,A区(即外侧)油面能够缓慢爬升,根据能量守恒定律,说明内圈油位在降低,而 A区(即外侧)油面迅速下降,同时,内侧油位将很快上升。由此可以看出,在叶栅、挡油圈反螺旋槽的下压作用和 U形管阻尼作用下,使得 A区的出油减慢,但在旋转裙环吸油效应下,将会把内挡油圈与推力头内侧之间的油吸入,经推力头油道进入下导瓦,以保证下导瓦的润滑冷却,从而造成了 A区的油位升高。旋转裙环不断地吸油,使得内挡油圈与推力头内侧的油面缓慢下降,同时使A区油位缓慢上升,C区的压力缓慢升高,当内侧油位降到叶栅以下时,叶栅对 C区油流的下压力消失,C区的压力会瞬间释放,A区的油很快流出,使得油位迅速下降,此时,内挡油圈侧的油位会很快升高,叶栅、挡油圈反螺旋槽的下压作用恢复,A区动油位将进入下一个波动周期。

4 结 语

通过以上分析,可以确定造成 1#发电机推力/下导轴承动油位出现周期性、锯齿状波动的原因是叶栅、挡油圈反螺旋槽和油槽底部 U形管的共同影响,从而导致轴承运行循环油路产生异常。1#发电机运行时,推力/下导轴承温度等指标在正常范围内,可以保证其长期安全运行。