松江河公司石龍電站機組推力油槽甩油問題研究

魏玉國

（哈爾濱電機廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150040）

0 引言

松江河公司石龍水電站位于松花江流域松江河上游，是松江河公司梯級電站的第三級電站，石龍電站1、2號機組推力上導(dǎo)軸承自投產(chǎn)后一直存在甩油及上導(dǎo)、下導(dǎo)軸承間隙運行過程中逐漸增大并超標的問題。在機組大修中對其進行了處理，但效果不佳，并沒有徹底解決，這影響機組的安全穩(wěn)定運行，易造成定轉(zhuǎn)子污染。廣東長湖電廠［1］，廣蓄電廠 6 號機［2］，二灘電站由加拿大 Hydro GE公司設(shè)計的6臺550 MW水輪發(fā)電機［3］，云峰電廠1號水輪發(fā)電機［4］都曾受到過發(fā)電機油霧問題的困擾。目前國內(nèi)沒有成型的案例可供參考，需要研究推力軸承甩油的原因，并對其提出相應(yīng)的解決方案。

1 組合軸承甩油原因分析

目前石龍電站推力及上導(dǎo)組合軸承循環(huán)油路見圖1。石龍電站發(fā)電機為懸式半傘式機組，發(fā)電機設(shè)有上導(dǎo)軸承，下導(dǎo)軸承及推力軸承。上導(dǎo)軸承與推力軸承為組合軸承結(jié)構(gòu)，共用一個油槽。組合軸承設(shè)置在上機架中心體中，通過油路循環(huán)將軸承損耗帶走。油槽內(nèi)設(shè)置有內(nèi)循環(huán)油水冷卻器，循環(huán)熱油通過冷卻器將軸承損耗傳遞給冷卻水。

推力頭與鏡板為一體式結(jié)構(gòu)，同時推力頭還兼作為導(dǎo)軸承滑轉(zhuǎn)子（軸領(lǐng)），在推力頭導(dǎo)軸承位置加工有4個φ20導(dǎo)瓦潤滑油泵孔，在鏡板對著冷卻器的位置加工有4個φ20鏡板泵孔。在上導(dǎo)軸承支架上加工有16個φ30回油孔2。組合軸承油槽被分成3個相對獨立的油腔，一個由導(dǎo)軸承支架分隔開的導(dǎo)瓦油室1，一個由冷卻器及隔板分開的鏡板泵壓力油腔5及負壓力油腔6。

潤滑循環(huán)油路示意如圖1所示，冷卻后的潤滑油通過導(dǎo)瓦潤滑油泵孔3進入導(dǎo)瓦室，參與導(dǎo)軸承的潤滑，潤滑后的熱油通過回油孔2進入鏡板泵壓力油腔，經(jīng)過冷卻器，再進入導(dǎo)瓦潤滑油泵孔完成導(dǎo)瓦潤滑油路循環(huán)。

圖1 原機組組合軸承結(jié)構(gòu)

冷卻后的潤滑油除部分進入導(dǎo)瓦油室外，還有部分進入鏡板泵孔4及推力軸瓦之間，進入推力瓦之間的潤滑油參與推力軸承的潤滑后，在鏡板離心力的作用下進入鏡板泵壓力油腔，經(jīng)過冷卻器進行熱交換后，再次進入推力瓦間完成推力瓦的潤滑油路循環(huán)。

導(dǎo)瓦潤滑油量為67 L/min，導(dǎo)瓦潤滑油泵孔油量為137 L/min，回油孔油流速度0.2 m/s，回油孔處局部壓力損失為137 Pa。

推力瓦潤滑油量為244 L/min，鏡板泵孔油量為213 L/min，瓦間油流量按488 L/min估算，流經(jīng)冷卻器的油量為137+213+488=838 L/min，根據(jù)流經(jīng)固定平行平板間隙的流量計算公式［5］

圖2 翼片管冷卻器

估算流經(jīng)冷卻器的壓降。其中：b=6.8 m；δ=0.019 m；μ=0.043 Pa·s；l=0.14 m；估算壓差p=3Pa。冷卻器采用的是銅鋁復(fù)合管，基管外徑為φ16mm，翼片管外徑為φ35mm，片距為3.2mm，片厚 0.33 mm。實際冷卻阻力要大于上式計算壓力。冷卻器的照片見圖2。實際冷卻器的過流截面積要比模型計算小的多，按5倍系數(shù)估算該冷卻器實際壓降為15 Pa。

因此導(dǎo)瓦油室壓力為137+15=152 Pa，估算導(dǎo)瓦液面會升高17.5 mm，同時油槽油量為5 m3，按油溫度差20℃計算，油液體積從冷態(tài)到熱態(tài)過程中，潤滑油體積脹量為0.07 m3，導(dǎo)瓦油室液面升高為70 mm，油槽液位升高值為87.5 mm。從以上分析可以看出，引起導(dǎo)瓦液面上升的主要原因有：1）回油孔阻力，回油口越大，阻力越小，液位越低；2）導(dǎo)瓦油室截面積，面積越大，液位上升的高度越低；3）鏡板泵壓力油腔的背壓，該處壓力主要決定于冷卻器的壓差，壓差越大背壓越大，導(dǎo)瓦油室的液位也就相應(yīng)增高，該冷卻器為復(fù)合翅片管，比光管冷卻器循環(huán)阻力要大。

綜上分析，該機組甩油主要是以上原因，導(dǎo)致導(dǎo)瓦油室液面升高，飛濺的油液從推力頭上的均壓孔甩出，越過擋油管發(fā)生內(nèi)甩油問題。

2 石龍電站軸承改造方案

2.1 局部小改造方案

預(yù)期目的：解決機組目前擋油管內(nèi)甩油問題。

改造方案：增大上機架導(dǎo)軸承支撐板上方的上腔空間，增大存油、油霧空間，在支撐板上開孔，使向下回油方便，從而降低擋油管腔的油位；適當(dāng)加高擋油管的高度，減少內(nèi)甩；更換油冷卻器，改善軸承冷卻效果。

方案實施：1）加工推力頭內(nèi)徑與軸配合段，為擋油管增高提供空間；2）加工一個支撐套，將加工后的推力頭撐起，保證導(dǎo)軸承中心線不變，推力軸承支撐高度不變；3）將原油槽進行改造，重新加工油槽壁在原位置處后移增大油槽上部空間；4）在導(dǎo)軸承支架上重新加工多處回油孔，增大上腔存油向下流動的通道；5）重新加工一個油冷卻器，改善冷卻效果，對冷熱油循環(huán)油路重新分割；6）重新加工一個短鍵置于推力頭與軸之間，利用短鍵傳遞轉(zhuǎn)軸到推力頭的扭矩。

2.2 整體大改造方案

預(yù)期目的：1）解決機組目前擋油管內(nèi)甩油問題；2）解決導(dǎo)軸承擺度不穩(wěn)定問題；3）增大組合軸承的檢修空間；4）提高上機架的徑向及軸承剛度。

根據(jù)電廠反饋，目前現(xiàn)結(jié)構(gòu)還存在如下一些問題：1）導(dǎo)軸承擺度不穩(wěn)定，隨著運行時間的增長，導(dǎo)軸承擺度不斷增大，超過規(guī)定值，分析原因為導(dǎo)軸承支撐件加工精度不夠，存在配合間隙。2）推力軸承檢修空間太小，改造后增大了油槽，同時將中環(huán)板下移，增大了組合軸承的檢修空間。3）將油槽整體下移，導(dǎo)軸承中心高程及推力支撐高程下移，增加了軸系的穩(wěn)定性，同時可以降低液面，解決內(nèi)甩油問題。4）上機架為負荷機架，承受機組的推力負荷，然而原上機架中心體與支臂采用大合縫板把和結(jié)構(gòu)，徑向及軸向剛度相對改造后的焊接結(jié)構(gòu)較小，改造后的機架較原結(jié)構(gòu)可以降低上機架振動。5）改造后的組合軸承油路更加合理，消除了原冷卻器油流循環(huán)阻力過大，導(dǎo)致導(dǎo)瓦腔液面升高問題，從而避免了甩油的可能。同時冷卻器采用落地安裝方式，便于冷卻器檢修維護。6）導(dǎo)軸承支架與小改造一樣，將導(dǎo)軸承支架上的油槽壁直徑加大，同時開設(shè)多個回油孔，避免導(dǎo)瓦腔液面升高而出現(xiàn)的甩油現(xiàn)象。7）改造后的導(dǎo)軸承為楔板支撐結(jié)構(gòu)，便于軸承間隙調(diào)整，同時增大了油槽，改善了油路。改造后增加了導(dǎo)瓦面積，降低了導(dǎo)瓦單位壓力，可以降低導(dǎo)瓦溫度。

實施方案：1）重新設(shè)計全新的上機架，取消原上機架大合縫板結(jié)構(gòu)，改為工地焊接結(jié)構(gòu)；2）組合軸承改為哈電機廠的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)論

本文分析了石龍電站甩油問題的原因，提出了解決方案，目前該方案已經(jīng)通過了國網(wǎng)新源公司的審批。石龍電站甩油原因具有普遍性，解決方案可供其它具有甩油問題的電站參考。

［1］ 何光超，王勝五，張俊江.廣東省長湖水電廠2號機組推力軸承油槽安裝油擋裝置的技術(shù)改造［J］.大電機技術(shù)，2002（增刊1）：45-46.

［2］ 黃曉東.廣州蓄能水電廠Ⅱ期機組軸承甩有問題處理及改進設(shè)想［J］.大電機技術(shù),2002（增刊 1）：35-38.

［3］ 賀蘊谷.立軸式水輪發(fā)電機軸承油槽甩油的治理［J］.大電機技術(shù),2002（增刊 1）：43.

［4］ 徐剛.云峰發(fā)電廠1號水輪發(fā)電機推力軸承甩油處理［J］.大電機技術(shù),2002（增刊 1）：44.

［5］ 周士昌.機械設(shè)計手冊：第4卷：液壓傳動與控制［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2004