鏡板泵外循環推力軸承冷卻系統故障的診斷及處理

龔在禮， 羅 成

(1.四川電力職業技術學院，四川 成都 610072;2.映秀灣水力發電總廠，四川 都江堰 611830)

鏡板泵外循環推力軸承冷卻系統是一種典型結構，在水力機組中廣泛應用，其基本結構和工作原理如圖1所示。當機組運轉時，與鏡板6在同一高度的熱油被鏡板泵離心力甩出到圈瓦(集油環)7內，經推力外循環熱油管12進入油冷卻器(圖中未畫出)，冷卻后經過濾器(圖中未畫出)冷油回油管11進入外循環回油環管10，回油環管內的冷油在油壓作用下進入冷油噴油管8后經噴油口噴出，對推力瓦9進行冷卻和潤滑，冷油經推力瓦和鏡板摩擦做功后變為熱油，并受后續噴射的冷油擠壓及本身熱比重降低而上升至鏡板位置，又被鏡板泵甩出進入圈瓦內，如此循環往復。

鏡板泵外循環推力軸承冷卻系統結構復雜，故障頻發且診斷困難，筆者根據實踐經驗和理論分析，對故障進行了歸類總結。在此基礎上，介紹了利用“排除法”診斷故障的實例，供同行參考。

1 鏡板泵外循環推力軸承冷卻系統常見故障

根據運行和檢修經驗，鏡板泵外循環推力軸承冷卻系統常見故障按其性質不同可分為表計及表計回路故障、水回路故障、油回路故障三類。

(1)表計及表計回路故障。

表計及表計回路故障是指軸承冷卻系統正常，而溫度計、壓力計、流量計、信號器等因其自身的故障以及它們的測量回路中的基礎自動化原件，如溫度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器觸點的拒動或誤動、電氣回路端子接觸不良等使表計讀數失真、造成冷卻系統故障的假像。

(2)水回路故障。

圖1 鏡板泵外循環推力軸承示意圖

水回路故障是指冷卻系統中提供冷卻水的回路中某一部件或環節故障，使得冷卻水量減少或中斷，被冷卻對象(油)溫度升高。常見故障有:在汛期，冷卻水質較差，冷卻水管路堵塞造成水量減少;運行中，當技術供水系統運行方式改變，造成冷卻水壓過低;運行人員對設備不熟悉或粗心，誤關水回路閥門使冷卻水中斷。

(3)油回路故障。

油回路故障是指冷卻系統中提供冷卻油的回路中某一部件或環節故障，使得冷卻油量減少或中斷，被冷卻對象(軸瓦)溫度升高。常見故障有:機組較長時間低速運行，鏡板泵的揚程減小，油循環動力不足;鏡板離心甩油孔與圈瓦(集油環)高程偏差過大，導致油流量減少;鏡板甩油孔開孔斜向角度加工不符合設計要求，鏡板泵運行時不能發揮設計循環功率;油中的雜質使油濾網堵塞，導致循環流量減小;圈瓦與管路之間的橡膠鼓膜破裂，油被部分短路，只有少量油參與了冷卻循環;油回路閥門開啟不到位或漏開啟，冷油被部分或完全切斷等。

運行經驗表明:當送入冷卻器的油量減少時，冷卻器的進出油溫差增大，此時，應對油回路進行檢查;當進入冷卻器的水量減少時，進出油溫差減少，此時，應對供水回路進行檢查;當進入冷卻器的油或水完全中斷，冷卻器失去冷卻效果，進出油沒有溫差且與環境溫度接近。

2 鏡板泵外循環冷卻推力軸承故障診斷實例

某水電廠3號機組擴大性大修結束后，一次性啟動成功，并完成啟動方案所規定的各項試驗及滿負荷發電，各項運行參數(含振動與擺度)穩定，但機組推力瓦溫指示值偏高。檢修人員利用“排除法”對3號機進行了故障診斷，成功地找出了故障原因。

(1)3號機組啟動前，已對該機組冷卻系統表計及表計回路進行了試驗檢查，確認表計及表計回路無異常，表計及表計回路故障可排除。

(2)檢查3號機組冷卻油出口溫度為24.2℃～26.6℃，進口溫度為 43.9℃ ～44.6℃，見表1，溫差達17.6℃ ～20.4℃，正常運行的1號機溫差為10℃ ～10.5℃，3號機冷卻油溫差明顯偏大，水回路故障可排除，重點檢查油回路故障。

表1 1、3號機推力運行參數及安裝數據比較表

(3)3號機在額定轉速下穩定運行，鏡板泵揚程未減小，油循環動力不足可排除。

(4)檢查3號機冷卻系統油回路閥門開啟正常，可排除油閥門開啟不到位或漏開油閥門現象。

(5)檢修人員對3號機冷卻系統油過濾器濾網進行了反復的清掃，推力瓦溫在高位逐漸穩定下來，但在較長的一段時間內仍有小幅上漲的趨勢。機組在運行近半個月的時間里，檢修人員繼續對推力瓦溫進行了不間斷的監測，且每天清掃一次濾網，濾網已很清潔，回裝后觀察，瓦溫仍然偏高，遂拆除濾網，經過全天近9 h的監測，發現推力瓦溫逐漸穩定，但3號機推力瓦溫仍較1號機高2.9℃ ～5.2℃(表1)，油濾網堵塞可排除。

(6)3號機和1號機油冷卻器是委托廠家重新制造的，其型號和冷卻功率相同，并經廠家進行嚴格的質量檢查，油冷卻器本體不會有堵塞;對冷卻器本體以外的進油管、回油管、環管、噴油管在檢修中進行了重點反復清掃，清除油垢，清掃泥沙，用清洗劑沖洗，最后用風管吹掃干燥，對于較長的管路進行了分解分段清掃。在機組回裝時，用面粉蘸干凈細微雜質，在對機組進行初次加油沖洗后，將油排掉，然后加清潔新油，在機組啟動、各項試驗完成后，對推力油槽中的熱油用新油更換，油循環管路堵塞可排除。

(7)各部管路回裝時，更換了所有的密封墊，并按標準工藝回裝，接口漏油可排除。

(8)檢查圈瓦與管路之間的橡膠鼓膜完好，無破裂現象，鼓膜破裂造成油被部分短路可排除。

(9)實測鏡板甩油孔開孔角度，鏡板與圈瓦高程對中性均符合制造廠設計要求。

通過上述常規檢查，已排除了常見油回路故障的全部可能性。但推力瓦溫仍然偏高，冷卻油進出油溫差仍然偏大，說明油回路故障仍未消除。

經對表1數據進一步分析，1號機推力冷卻器進油壓力為 0.2 ～0.25 MPa，3 號機為 0.02 ～0.025 MPa，3號機進油壓力明顯偏低，因此，可推測:故障原因極可能是鏡板與圈瓦的配合。經檢修人員測量，3號機鏡板與圈瓦之間的配合間隙值為2.5 mm，1號機為1.5 mm。3號機比1號機大1 mm。其漏油量計算如下:1號機鏡板及圈瓦沒有更換，直徑1 400 mm，加上1.5 mm的間隙，1號機圈瓦內徑應為1 400+1.5=1 401.5(mm)。3號機鏡板已更換，圈瓦沒有更換，3號機圈瓦內徑應為1 401.5 mm，3號機鏡板直徑應為1 401.5－2.5=1 399(mm)。3號機鏡板泵漏油面積比1號機大:3.14×(1 400/2)2～3.14×(1 399/2)2≈2 197(mm2)。由于鏡板與圈瓦上側間隙有一推力鋁合金密封圈18，可以認為該密封圈對于鏡板與圈瓦間漏油有較好的阻礙作用，漏油可忽略不計，故只計算鏡板與圈瓦間隙下部的漏油，即漏油面積為2 197 mm2。內徑為50 mm的外循環熱油管12截面積為3.14×(50/2)2≈1 962(mm2)，即3號機鏡板泵下部漏油面積至少比一根外循環熱油管12的面積還多一點。冷卻系統共有4根外循環熱油管12，3號機相當于只有3根在工作。因此，可以判斷:因鏡板與圈瓦間隙值過大，3號機推力油槽內的冷油流量不足是造成推力瓦溫度偏高的直接原因。因此，只需在下次機組大修時拆卸推力油槽，對圈瓦內徑作減小處理使其與鏡板配合間隙符合要求即可。

3 結論與建議

經綜合分析后得知，某廠3號機組推力瓦溫偏高的原因是新鏡板與舊圈瓦之間配合間隙過大，從而造成部分熱油未經冷卻器，使冷卻系統中的冷油量不足，導致推力油槽內油溫偏高，致使推力瓦溫偏高。建議在機組大修中，如遇零部件改造加工，須在回裝前，實測新老零部件的配合間隙及相關尺寸，并將其作為對改造后零部件加工質量的最后一道檢驗工序，防止因改造后零部件的不合格而導致整個機組檢修不合格。

[1]陳軼華，等.水輪發電機原理及運行[M].北京:中國水利電力出版社2009.