二灘電廠 1#機推力 /下導油槽動油位波動分析

武豐林, 趙海英

(二灘水力發電廠,四川 攀枝花 617000)

1 概 述

2003年 6月,二灘電廠運行維護人員發現 1#發電機推力/下導軸承油槽動油位存在較大波動現象,經過觀察現場油箱油位計并調取計算機監控系統動油位數據進行分析后發現,動油位波動范圍約為 40 mm,并有一定的周期性。

為了查證現場油箱油位計及計算機監控系統動油位數據能否真實反映油槽動油位的實際狀況及油槽內的動油位是否存在較大波動,在油槽蓋+Y側油位觀察孔處安裝了試驗油位計,將油位計浮球放入油槽內與油面直接接觸。機組投運后,再調取計算機監控系統動油位數據與現場油箱油位計和試驗油位計顯示的動油位數據進行比較,發現三者油位相近,由此證明現場油箱油位計數據、計算機監控系統采集的動油位數據能夠正確反映油槽實際油位,油槽內動油位確實存在較大波動現象。

檢查與 1#機組設計結構相同的其他機組的推力/下導軸承油槽動油位,沒有發現類似的波動現象,動油位周期性波動為 1#發電機推力/下導軸承所獨有。

2 油位變化情況

隨機調取計算機監控系統中 2002年 12月19日至 21日共 60 h時段 1#發電機推力/下導軸承油槽動油位數據并進行分析后發現,運行穩定油位約為 120 mm,然后逐漸攀升至約 165 mm后快速下降,回落至約 120 mm,波動周期約為 12 h左右,其動油位波形圖猶如鋸齒狀,如圖 1所示。

圖1 1#發電機推力/下導軸承油槽動油位波形圖

為了詳細了解 1#發電機推力/下導軸承油槽運行動油位的長周期變化情況,查明鋸齒波產生的最初時刻,我們查閱了機組安裝投運至 2010年1月下導油槽動油位數據,并得出以下結論:自2001年 1#機組大修改變油槽內部結構后,1#發電機推力/下導軸承油槽動油位就出現了周期性波動現象,直至今日。因為動油位波動范圍未達到報警油位,所以該波動現象未被及時發現。

2001年 2月 9日至 6月 8日,1#機組進行了擴大性大修,期間對推力/下導軸承進行了甩油改造,在軸承油槽內擋油圈上加裝了葉柵、改造了增高段并安裝了拋油環。1#發電機推力/下導軸承油槽動油位鋸齒波的產生可能與軸承的甩油改造有關。

3 原因分析

我廠發電機推力軸承與下導軸承為共油槽結構,采用內循環水冷的方式潤滑冷卻,推力/下導軸承結構見圖 2。從圖 2中可以看出,推力軸承與下導軸承的潤滑油路互相連通但又相對獨立,在旋轉部件的粘滯泵效應作用下,冷熱油流在設計的通道內循環往復的流動以實現對軸承的潤滑與冷卻。運行中,油槽動油位在油槽內部結構穩定、外部環境無變化的情況下,將會達到一個穩定的動態平衡油位并長期保持。而如果外部環境沒有變化,運行動油位出現周期性波動可能產生的原因就是軸承內部結構發生了變化,這種變化導致了軸承循環油路發生變動,從而使循環油流發生異常,造成油槽動油位波動。

圖2 推力/下導軸承結構圖

3.1 推力/下導油槽運行中的循環油路

從我廠發電機推力/下導軸承的結構上可以看出,油槽內的潤滑油分為推力軸承和下導軸承兩個冷卻潤滑區,兩者相互聯系又相對獨立,其中推力軸承潤滑區空間密閉,潤滑油壓較高,為高壓油區,即圖 2中的 B區;下導軸承潤滑區油流上部與大氣相通,空間開放,為相對低壓油區,即圖2中的 A區;A、B區油流發生交匯的混合區為 C區,C區的油流對于下導軸承的潤滑冷卻至關重要。A、B區之間有 8個 φ3的小孔連接,該小孔的作用主要是用于加油時 B區的排氣和運行中節流,B區通過該孔進入A區的油流較小,對于油槽油流循環的影響有限且穩定。

機組運行時,在旋轉部件(推力頭、鏡板等)的粘滯泵效應下,油槽內的油在既定的通道內循環流動。推力軸承潤滑區的循環油路為:經過冷卻的潤滑油進入推力瓦塊間的徑向通道①,在此,一部分順周向進入推力瓦面,另一部分則沿徑向進入轉動裙環與鏡板之間的腔隙②中,在推力頭離心泵作用下,將油流輸送到推力頭與鏡板間的通道③。此后,油分兩路,一路直接從推力頭下緣φ9.5徑向油孔噴灑到 B區;另一路沿推力頭內部軸向油孔上行,至推力頭上部徑向油孔④噴出,進入下導瓦水平油溝內,在推力頭軸領粘滯泵的作用下,油分上、下兩路行走:大部分油流經過下導瓦的下行油道進入下導主瓦面潤滑冷卻,然后匯入下導瓦的下行油道,在推力頭下緣油孔噴出油流的帶動下進入 B區;經冷卻器冷卻,有少部分油通過下導瓦上部 3個 φ20的徑向油孔噴出,經下導瓦擋油板阻擋后,沿瓦背下流到下導瓦與支撐環之間的區域,再通過底部連接孔進入低壓油區 A。低壓油區的油在轉動裙環泵的作用下,將A區的油向下抽吸,使之沿 8根 DN50mm的管道下行,管道的垂直段穿過推力油槽的冷油區,使得管內的油流冷卻,然后穿過推力軸承內圈支撐環底部的通孔進入到擋油圈側⑥,經轉動裙環與推力瓦間隙吸入,與來自推力瓦塊間的冷油混合,經推力頭的油流通道泵出,進入新的循環。

3.2 1#機與其他機組推力/下導軸承結構的差異

從結構上看,1#發電機推力/下導軸承結構與其他五臺機組總體設計相同,唯一不同的是下導軸承油流循環通道的結構型式。由于 1#發電機設備出廠時,油槽內推力軸承內圈支撐環底部的8個通油孔未開,導致下導瓦在機組試運行時燒毀。為了使機組盡快恢復運行,在油槽底部鉆孔焊接 8根 U型管將內圈支撐環內外連通,從而保證了下導軸承的正常運行。因此,造成了 1#機下導軸承回油通道與其他機組存在差異,即 1#機組下導軸承潤滑油回油通道存在 U型連接管,而其他機組為直通式。

3.3 1#機組推力/下導油槽動油位波動分析

從對油槽循環油路進行分析后可以看出,下導軸承潤滑區(A區)的油流進入通道有兩個,即下導瓦的排油孔出油和來自 8個 φ3小孔 B區的少量油。而 A區出油通道只有一條,即 8根DN50 mm的管道。正常運行中,進入 A區的油量、油壓基本穩定,出油量也維持穩定,A區油位會穩定維持在一定的高度。由于推力/下導軸承油槽油位計與 A區相通,因此運行中的油位計顯示的即為 A區的實際動油位。

機組運行中,在軸承部件、油槽結構、冷卻水溫、外部環境等因素不變的情況下,A區的實際動油位將會長期保持動態穩定,不會發生大幅波動。我廠 2～6#機組的推力/下導油槽動油位就是這種狀態。

1#機組推力/下導油槽動油位出現周期性的波動,并表現出緩慢爬升又急速下降斜鋸齒波現象,說明 A區進、出油的油量、油壓、油流速度存在周期性的變化。由于運行中下導瓦的溫度在正常范圍內,檢修中檢查下導瓦面正常,說明進入下導瓦的油量變化較小,沒有影響下導瓦的正常潤滑及冷卻需求,否則下導瓦將會因為潤滑不充分而升溫或燒瓦。那么,A區出油的油量、油速、油壓的變化應該是影響油位變化的重要因素。

在與其他機組運行條件相同的情況下,從結構上看,油槽 C區的油會受到內擋油圈上葉柵、加高擋油圈反螺旋槽施加在油體上的下壓力作用,在這種下壓力作用下,直接降低了內擋油圈處動油面的高度,防止了油液爬升。但是,該壓力通過油體傳遞到 A區后,增大了 A區的出油阻力,將會使得 A區油位抬升,造成動油位升高。但是,這種狀況會維持在穩定水平。

但對于 1#發電機推力 /下導油槽 A、C區之間的 U型管連接方式,在葉柵、擋油圈反螺旋槽聯合作用下將會加劇 A區出油的阻力,造成 C區進油量減少,使得進入下導瓦的油減少,下導瓦溫會上升或出現燒瓦,但是,下導瓦卻運行正常,說明進入下導瓦的油量沒有明顯減少。由于油槽容積一定,總油量不變,運行中,油槽油面應為拋物面,內外側油面高而中間低,A區(即外側)油面能夠緩慢爬升,根據能量守恒定律,說明內圈油位在降低,而 A區(即外側)油面迅速下降,同時,內側油位將很快上升。由此可以看出,在葉柵、擋油圈反螺旋槽的下壓作用和 U形管阻尼作用下,使得 A區的出油減慢,但在旋轉裙環吸油效應下,將會把內擋油圈與推力頭內側之間的油吸入,經推力頭油道進入下導瓦,以保證下導瓦的潤滑冷卻,從而造成了 A區的油位升高。旋轉裙環不斷地吸油,使得內擋油圈與推力頭內側的油面緩慢下降,同時使A區油位緩慢上升,C區的壓力緩慢升高,當內側油位降到葉柵以下時,葉柵對 C區油流的下壓力消失,C區的壓力會瞬間釋放,A區的油很快流出,使得油位迅速下降,此時,內擋油圈側的油位會很快升高,葉柵、擋油圈反螺旋槽的下壓作用恢復,A區動油位將進入下一個波動周期。

4 結 語

通過以上分析,可以確定造成 1#發電機推力/下導軸承動油位出現周期性、鋸齒狀波動的原因是葉柵、擋油圈反螺旋槽和油槽底部 U形管的共同影響,從而導致軸承運行循環油路產生異常。1#發電機運行時,推力/下導軸承溫度等指標在正常范圍內,可以保證其長期安全運行。