二灘電廠 1#機(jī)推力 /下導(dǎo)油槽動(dòng)油位波動(dòng)分析

武豐林, 趙海英

(二灘水力發(fā)電廠,四川 攀枝花 617000)

1 概 述

2003年 6月,二灘電廠運(yùn)行維護(hù)人員發(fā)現(xiàn) 1#發(fā)電機(jī)推力/下導(dǎo)軸承油槽動(dòng)油位存在較大波動(dòng)現(xiàn)象,經(jīng)過(guò)觀察現(xiàn)場(chǎng)油箱油位計(jì)并調(diào)取計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)動(dòng)油位數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn),動(dòng)油位波動(dòng)范圍約為 40 mm,并有一定的周期性。

為了查證現(xiàn)場(chǎng)油箱油位計(jì)及計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)動(dòng)油位數(shù)據(jù)能否真實(shí)反映油槽動(dòng)油位的實(shí)際狀況及油槽內(nèi)的動(dòng)油位是否存在較大波動(dòng),在油槽蓋+Y側(cè)油位觀察孔處安裝了試驗(yàn)油位計(jì),將油位計(jì)浮球放入油槽內(nèi)與油面直接接觸。機(jī)組投運(yùn)后,再調(diào)取計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)動(dòng)油位數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)油箱油位計(jì)和試驗(yàn)油位計(jì)顯示的動(dòng)油位數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)三者油位相近,由此證明現(xiàn)場(chǎng)油箱油位計(jì)數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采集的動(dòng)油位數(shù)據(jù)能夠正確反映油槽實(shí)際油位,油槽內(nèi)動(dòng)油位確實(shí)存在較大波動(dòng)現(xiàn)象。

檢查與 1#機(jī)組設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)相同的其他機(jī)組的推力/下導(dǎo)軸承油槽動(dòng)油位,沒(méi)有發(fā)現(xiàn)類似的波動(dòng)現(xiàn)象,動(dòng)油位周期性波動(dòng)為 1#發(fā)電機(jī)推力/下導(dǎo)軸承所獨(dú)有。

2 油位變化情況

隨機(jī)調(diào)取計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中 2002年 12月19日至 21日共 60 h時(shí)段 1#發(fā)電機(jī)推力/下導(dǎo)軸承油槽動(dòng)油位數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn),運(yùn)行穩(wěn)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(dòng)周期約為 12 h左右,其動(dòng)油位波形圖猶如鋸齒狀,如圖 1所示。

圖1 1#發(fā)電機(jī)推力/下導(dǎo)軸承油槽動(dòng)油位波形圖

為了詳細(xì)了解 1#發(fā)電機(jī)推力/下導(dǎo)軸承油槽運(yùn)行動(dòng)油位的長(zhǎng)周期變化情況,查明鋸齒波產(chǎn)生的最初時(shí)刻,我們查閱了機(jī)組安裝投運(yùn)至 2010年1月下導(dǎo)油槽動(dòng)油位數(shù)據(jù),并得出以下結(jié)論:自2001年 1#機(jī)組大修改變油槽內(nèi)部結(jié)構(gòu)后,1#發(fā)電機(jī)推力/下導(dǎo)軸承油槽動(dòng)油位就出現(xiàn)了周期性波動(dòng)現(xiàn)象,直至今日。因?yàn)閯?dòng)油位波動(dòng)范圍未達(dá)到報(bào)警油位,所以該波動(dòng)現(xiàn)象未被及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

2001年 2月 9日至 6月 8日,1#機(jī)組進(jìn)行了擴(kuò)大性大修,期間對(duì)推力/下導(dǎo)軸承進(jìn)行了甩油改造,在軸承油槽內(nèi)擋油圈上加裝了葉柵、改造了增高段并安裝了拋油環(huán)。1#發(fā)電機(jī)推力/下導(dǎo)軸承油槽動(dòng)油位鋸齒波的產(chǎn)生可能與軸承的甩油改造有關(guān)。

3 原因分析

我廠發(fā)電機(jī)推力軸承與下導(dǎo)軸承為共油槽結(jié)構(gòu),采用內(nèi)循環(huán)水冷的方式潤(rùn)滑冷卻,推力/下導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 2。從圖 2中可以看出,推力軸承與下導(dǎo)軸承的潤(rùn)滑油路互相連通但又相對(duì)獨(dú)立,在旋轉(zhuǎn)部件的粘滯泵效應(yīng)作用下,冷熱油流在設(shè)計(jì)的通道內(nèi)循環(huán)往復(fù)的流動(dòng)以實(shí)現(xiàn)對(duì)軸承的潤(rùn)滑與冷卻。運(yùn)行中,油槽動(dòng)油位在油槽內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、外部環(huán)境無(wú)變化的情況下,將會(huì)達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)平衡油位并長(zhǎng)期保持。而如果外部環(huán)境沒(méi)有變化,運(yùn)行動(dòng)油位出現(xiàn)周期性波動(dòng)可能產(chǎn)生的原因就是軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化,這種變化導(dǎo)致了軸承循環(huán)油路發(fā)生變動(dòng),從而使循環(huán)油流發(fā)生異常,造成油槽動(dòng)油位波動(dòng)。

圖2 推力/下導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)圖

3.1 推力/下導(dǎo)油槽運(yùn)行中的循環(huán)油路

從我廠發(fā)電機(jī)推力/下導(dǎo)軸承的結(jié)構(gòu)上可以看出,油槽內(nèi)的潤(rùn)滑油分為推力軸承和下導(dǎo)軸承兩個(gè)冷卻潤(rùn)滑區(qū),兩者相互聯(lián)系又相對(duì)獨(dú)立,其中推力軸承潤(rùn)滑區(qū)空間密閉,潤(rùn)滑油壓較高,為高壓油區(qū),即圖 2中的 B區(qū);下導(dǎo)軸承潤(rùn)滑區(qū)油流上部與大氣相通,空間開(kāi)放,為相對(duì)低壓油區(qū),即圖2中的 A區(qū);A、B區(qū)油流發(fā)生交匯的混合區(qū)為 C區(qū),C區(qū)的油流對(duì)于下導(dǎo)軸承的潤(rùn)滑冷卻至關(guān)重要。A、B區(qū)之間有 8個(gè) φ3的小孔連接,該小孔的作用主要是用于加油時(shí) B區(qū)的排氣和運(yùn)行中節(jié)流,B區(qū)通過(guò)該孔進(jìn)入A區(qū)的油流較小,對(duì)于油槽油流循環(huán)的影響有限且穩(wěn)定。

機(jī)組運(yùn)行時(shí),在旋轉(zhuǎn)部件(推力頭、鏡板等)的粘滯泵效應(yīng)下,油槽內(nèi)的油在既定的通道內(nèi)循環(huán)流動(dòng)。推力軸承潤(rùn)滑區(qū)的循環(huán)油路為:經(jīng)過(guò)冷卻的潤(rùn)滑油進(jìn)入推力瓦塊間的徑向通道①,在此,一部分順周向進(jìn)入推力瓦面,另一部分則沿徑向進(jìn)入轉(zhuǎn)動(dòng)裙環(huán)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(qū);另一路沿推力頭內(nèi)部軸向油孔上行,至推力頭上部徑向油孔④噴出,進(jìn)入下導(dǎo)瓦水平油溝內(nèi),在推力頭軸領(lǐng)粘滯泵的作用下,油分上、下兩路行走:大部分油流經(jīng)過(guò)下導(dǎo)瓦的下行油道進(jìn)入下導(dǎo)主瓦面潤(rùn)滑冷卻,然后匯入下導(dǎo)瓦的下行油道,在推力頭下緣油孔噴出油流的帶動(dòng)下進(jìn)入 B區(qū);經(jīng)冷卻器冷卻,有少部分油通過(guò)下導(dǎo)瓦上部 3個(gè) φ20的徑向油孔噴出,經(jīng)下導(dǎo)瓦擋油板阻擋后,沿瓦背下流到下導(dǎo)瓦與支撐環(huán)之間的區(qū)域,再通過(guò)底部連接孔進(jìn)入低壓油區(qū) A。低壓油區(qū)的油在轉(zhuǎn)動(dòng)裙環(huán)泵的作用下,將A區(qū)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(guò)推力油槽的冷油區(qū),使得管內(nèi)的油流冷卻,然后穿過(guò)推力軸承內(nèi)圈支撐環(huán)底部的通孔進(jìn)入到擋油圈側(cè)⑥,經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng)裙環(huán)與推力瓦間隙吸入,與來(lái)自推力瓦塊間的冷油混合,經(jīng)推力頭的油流通道泵出,進(jìn)入新的循環(huán)。

3.2 1#機(jī)與其他機(jī)組推力/下導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)的差異

從結(jié)構(gòu)上看,1#發(fā)電機(jī)推力/下導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)與其他五臺(tái)機(jī)組總體設(shè)計(jì)相同,唯一不同的是下導(dǎo)軸承油流循環(huán)通道的結(jié)構(gòu)型式。由于 1#發(fā)電機(jī)設(shè)備出廠時(shí),油槽內(nèi)推力軸承內(nèi)圈支撐環(huán)底部的8個(gè)通油孔未開(kāi),導(dǎo)致下導(dǎo)瓦在機(jī)組試運(yùn)行時(shí)燒毀。為了使機(jī)組盡快恢復(fù)運(yùn)行,在油槽底部鉆孔焊接 8根 U型管將內(nèi)圈支撐環(huán)內(nèi)外連通,從而保證了下導(dǎo)軸承的正常運(yùn)行。因此,造成了 1#機(jī)下導(dǎo)軸承回油通道與其他機(jī)組存在差異,即 1#機(jī)組下導(dǎo)軸承潤(rùn)滑油回油通道存在 U型連接管,而其他機(jī)組為直通式。

3.3 1#機(jī)組推力/下導(dǎo)油槽動(dòng)油位波動(dòng)分析

從對(duì)油槽循環(huán)油路進(jìn)行分析后可以看出,下導(dǎo)軸承潤(rùn)滑區(qū)(A區(qū))的油流進(jìn)入通道有兩個(gè),即下導(dǎo)瓦的排油孔出油和來(lái)自 8個(gè) φ3小孔 B區(qū)的少量油。而 A區(qū)出油通道只有一條,即 8根DN50 mm的管道。正常運(yùn)行中,進(jìn)入 A區(qū)的油量、油壓基本穩(wěn)定,出油量也維持穩(wěn)定,A區(qū)油位會(huì)穩(wěn)定維持在一定的高度。由于推力/下導(dǎo)軸承油槽油位計(jì)與 A區(qū)相通,因此運(yùn)行中的油位計(jì)顯示的即為 A區(qū)的實(shí)際動(dòng)油位。

機(jī)組運(yùn)行中,在軸承部件、油槽結(jié)構(gòu)、冷卻水溫、外部環(huán)境等因素不變的情況下,A區(qū)的實(shí)際動(dòng)油位將會(huì)長(zhǎng)期保持動(dòng)態(tài)穩(wěn)定,不會(huì)發(fā)生大幅波動(dòng)。我廠 2～6#機(jī)組的推力/下導(dǎo)油槽動(dòng)油位就是這種狀態(tài)。

1#機(jī)組推力/下導(dǎo)油槽動(dòng)油位出現(xiàn)周期性的波動(dòng),并表現(xiàn)出緩慢爬升又急速下降斜鋸齒波現(xiàn)象,說(shuō)明 A區(qū)進(jìn)、出油的油量、油壓、油流速度存在周期性的變化。由于運(yùn)行中下導(dǎo)瓦的溫度在正常范圍內(nèi),檢修中檢查下導(dǎo)瓦面正常,說(shuō)明進(jìn)入下導(dǎo)瓦的油量變化較小,沒(méi)有影響下導(dǎo)瓦的正常潤(rùn)滑及冷卻需求,否則下導(dǎo)瓦將會(huì)因?yàn)闈?rùn)滑不充分而升溫或燒瓦。那么,A區(qū)出油的油量、油速、油壓的變化應(yīng)該是影響油位變化的重要因素。

在與其他機(jī)組運(yùn)行條件相同的情況下,從結(jié)構(gòu)上看,油槽 C區(qū)的油會(huì)受到內(nèi)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(nèi)擋油圈處動(dòng)油面的高度,防止了油液爬升。但是,該壓力通過(guò)油體傳遞到 A區(qū)后,增大了 A區(qū)的出油阻力,將會(huì)使得 A區(qū)油位抬升,造成動(dòng)油位升高。但是,這種狀況會(huì)維持在穩(wěn)定水平。

但對(duì)于 1#發(fā)電機(jī)推力 /下導(dǎo)油槽 A、C區(qū)之間的 U型管連接方式,在葉柵、擋油圈反螺旋槽聯(lián)合作用下將會(huì)加劇 A區(qū)出油的阻力,造成 C區(qū)進(jìn)油量減少,使得進(jìn)入下導(dǎo)瓦的油減少,下導(dǎo)瓦溫會(huì)上升或出現(xiàn)燒瓦,但是,下導(dǎo)瓦卻運(yùn)行正常,說(shuō)明進(jìn)入下導(dǎo)瓦的油量沒(méi)有明顯減少。由于油槽容積一定,總油量不變,運(yùn)行中,油槽油面應(yīng)為拋物面,內(nèi)外側(cè)油面高而中間低,A區(qū)(即外側(cè))油面能夠緩慢爬升,根據(jù)能量守恒定律,說(shuō)明內(nèi)圈油位在降低,而 A區(qū)(即外側(cè))油面迅速下降,同時(shí),內(nèi)側(cè)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(qū)的出油減慢,但在旋轉(zhuǎn)裙環(huán)吸油效應(yīng)下,將會(huì)把內(nèi)擋油圈與推力頭內(nèi)側(cè)之間的油吸入,經(jīng)推力頭油道進(jìn)入下導(dǎo)瓦,以保證下導(dǎo)瓦的潤(rùn)滑冷卻,從而造成了 A區(qū)的油位升高。旋轉(zhuǎn)裙環(huán)不斷地吸油,使得內(nèi)擋油圈與推力頭內(nèi)側(cè)的油面緩慢下降,同時(shí)使A區(qū)油位緩慢上升,C區(qū)的壓力緩慢升高,當(dāng)內(nèi)側(cè)油位降到葉柵以下時(shí),葉柵對(duì) C區(qū)油流的下壓力消失,C區(qū)的壓力會(huì)瞬間釋放,A區(qū)的油很快流出,使得油位迅速下降,此時(shí),內(nèi)擋油圈側(cè)的油位會(huì)很快升高,葉柵、擋油圈反螺旋槽的下壓作用恢復(fù),A區(qū)動(dòng)油位將進(jìn)入下一個(gè)波動(dòng)周期。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)以上分析,可以確定造成 1#發(fā)電機(jī)推力/下導(dǎo)軸承動(dòng)油位出現(xiàn)周期性、鋸齒狀波動(dòng)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(dǎo)致軸承運(yùn)行循環(huán)油路產(chǎn)生異常。1#發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí),推力/下導(dǎo)軸承溫度等指標(biāo)在正常范圍內(nèi),可以保證其長(zhǎng)期安全運(yùn)行。