立式水輪發(fā)電機推力軸承高壓油頂起裝置

肖先照

(哈爾濱電機廠有限責任公司， 黑龍江哈爾濱 150040)

立式水輪發(fā)電機推力軸承高壓油頂起裝置

肖先照

(哈爾濱電機廠有限責任公司， 黑龍江哈爾濱 150040)

介紹了立式水輪發(fā)電機推力軸承高壓油頂起裝置的結構及各主要部件的功能。介紹了高壓油頂起裝置的遠方自動啟動及現場手動方式、自動及手動退出運行方式，高壓油頂起裝置的控制邏輯。介紹了響水澗電站發(fā)電機高壓油頂起裝置在調試及試運行過程中出現的幾種故障情況及其解決辦法，可供其他電站在設計、安裝、調試高壓油頂起裝置時作為參考。

立式水輪發(fā)電機；推力軸承；高壓油頂起裝置；推力瓦；鏡板；油膜

0 引言

高壓油頂起裝置在機組起、停機時向推力頭及軸瓦表面之間注入高壓油，并且當機組發(fā)生蠕動時能自動啟動運行。高壓油頂起裝置的設置能滿足機組頻繁啟動和熱啟動的要求，為推力軸承的安全運行提供保障。筆者介紹了響水澗抽水蓄能電站的250 MW可逆式發(fā)電電動機組推力軸承的高壓油頂起裝置的結構、運行方式及常見問題的處理。

1 高壓油頂起裝置的結構

響水澗發(fā)電電動機推力軸承高壓油頂起裝置由液壓系統(tǒng)和管路系統(tǒng)兩個主要部分組成(如圖1)。液壓系統(tǒng)由交流泵組、直流泵組、節(jié)流閥、溢流閥、止回閥、壓力開關、過濾器、流量開關和管路閥門部件組成。管路系統(tǒng)是連接液壓系統(tǒng)和推力油槽的部件，由取油管路、溢油管路和高壓油管路組成。高壓油頂起裝置的工作過程是交流泵組或直流泵組通過取油管從推力油槽取油，將產生的高壓透平油通過高壓油管路由分配器注入到每一個推力瓦和鏡板間，形成承載油膜，將整個轉動部分頂起(如圖2)。

液壓系統(tǒng)中每一個元件直接影響到高壓油頂起裝置啟動的可靠性。掌握這些元件的結構特點及功能是分析和解決高壓油頂起裝置問題的關鍵。幾個重要元件的功能介紹如下：

1. 推力瓦;2. 單向閥;3. 推力油槽;4. 分配器;5. 高壓油管路;6. 溢油管路;7. 取油管路;8. 高壓球閥;9. 低壓球閥;10. 壓力表;11. 壓力開關;12. 流量開關;13. 高壓過濾器;14. 溢流閥;15. 節(jié)流閥;16. 止回閥;17. 交流電動泵組;18. 直流電動泵組;19. 低壓過濾器;20. 高壓油頂起柜

圖1 高壓油頂起裝置系統(tǒng)圖

1) 交流泵組和直流泵組

交流泵組由AC380V,30 kW電機驅動，直流泵組由DC220V,30 kW電機驅動。交流泵組為正常工作泵組，直流泵組為備用泵組。當交流泵組出現故障或斷電時，直流泵組能自動投入運行。

1. 推力頭鏡板； 2. 推力瓦； 3. 油槽蓋； 4. 下導軸承瓦； 5. 高壓油管路系統(tǒng)； 6. 高壓油頂起柜； 7. 下機架； 8. 推力支撐； 9. 下導擋油管

圖2 推力軸承裝配及高壓油頂起裝置

2) 節(jié)流閥

依靠節(jié)流閥內設置的彈簧來控制閥門的開啟與關閉讓電機啟動時負載較低，達到軟啟動的目的。

3) 溢流閥

為了保護液壓系統(tǒng)內部管路、閥門和元件而設置。當電機出現故障或其它原因導致管路內壓力超過溢流閥設定值時，溢流閥就開啟讓管路泄壓。由于高壓油頂起裝置的頂起壓力為16 MPa，故溢流閥的壓力設定值為17 MPa，管路內壓力超過此壓力就通過溢流閥泄壓。

4) 過濾器

液壓系統(tǒng)中有低壓過濾器和高壓過濾器。低壓過濾器也稱粗過濾器，能過濾到125 μm的顆粒；高壓過濾器也稱精過濾器，能過濾到25 μm的顆粒。設置它們的目的是防止油槽內雜物進入高壓管路內損壞泵和推力瓦。過濾器堵塞時能發(fā)出警報，需定時對其清理維護。

5) 壓力開關

液壓模塊上安裝有三個壓力開關。控制部分根據這三個壓力開關發(fā)出的信號來判斷高壓油頂起裝置啟動狀態(tài)，并將頂起成功的信號傳給監(jiān)控。

2 高壓油頂起裝置的啟動、退出運行及控制邏輯

高壓油頂起裝置的啟動和退出都具有自動和手動兩種功能。自動功能用于機組啟停走自動流程，屬重要功能，而手動功能在機組的盤車和高壓油頂起裝置的調試過程中才用到。高壓油頂起裝置的啟動主要是交流泵的自動啟動，啟動成功與否還受啟動時間和內部邏輯判斷條件限制。

2.1 高壓油頂起裝置的啟動運行

高壓油頂起裝置的啟動分為遠方自動啟動和現場手動啟動。當動力控制柜上高壓油頂起裝置的控制旋鈕處在“現場”控制位置，可直接按動力柜上交流泵或者直流泵的啟動按鈕就可以啟動。當控制旋鈕處在“遠方”控制位置機組處于備用狀態(tài)時，監(jiān)控給啟泵令或者機組蠕動即機組轉速n>0.01nN(額定轉速)時，交流泵也會自動啟動。另外，在機組運行的過程中控制系統(tǒng)收到停機啟泵令或者機組轉速n<0.95nN(額定轉速)也會自動啟動交流泵組。

2.2 高壓油頂起裝置的退出運行

高壓油頂起裝置的退出也分自動和手動退出。手動退出與啟動類似，都是在控制柜面板上操作按鈕來完成。而在停機的過程中，控制系統(tǒng)收到0.01nN信號后延時3 min退出。

2.3 高壓油頂起裝置運行邏輯判斷

機組靜止時高壓油頂起裝置的頂起成功過程實際上是建立油壓達到峰值16 MPa，而后泄壓達到穩(wěn)態(tài)值10 MPa的過程?？刂葡到y(tǒng)根據此特點，設置三個壓力開關來模擬高壓油頂起裝置油壓特性曲線(圖3)。1號壓力開關整定值為5 MPa， 2號壓力開關整定值為12 MPa， 3號壓力開關整定值為14 MPa(三個壓力開關的整定值均考慮了動作裕度)。而機組停機或者轉速n<0.95nN時投入高壓油頂起裝置則不一樣。機組轉速較高，推力負荷主要靠剛性油膜承載，高壓油頂起的過程是一個壓力上升到9 MPa后泄壓的過程。

圖3 響水澗高壓油頂起裝置油壓特性曲線

以下分兩種情況詳細介紹：

1) 啟機過程啟動高壓油頂起裝置。高壓油頂起裝置控制系統(tǒng)接收到啟動令開始走判斷流程，40 s內1號， 2號和3號壓力開關在壓力上升的過程中動作，2號和3號壓力開關在壓力下降的過程中斷開，最后只有1號壓力開關一直處于接通狀態(tài)，控制系統(tǒng)則認為高壓油頂起裝置頂起成功并將信號傳給監(jiān)控，監(jiān)控流程繼續(xù)。否則判定頂起失敗，監(jiān)控收不到頂起成功的信號，啟機流程終止，啟機失敗。

2) 停機過程中啟動高壓油頂起裝置。高壓油頂起裝置的控制系統(tǒng)接收到停機令或者收到機組轉速n<0.95nN信號開始走判別流程，10 s內1號壓力開關動作并且保持住，控制系統(tǒng)將高壓油頂起裝置頂起判定為頂起成功并將信號傳給監(jiān)控。否則判定頂起失敗，直流備用泵組自動投入運行。

3 高壓油頂起裝置常見問題分析和處理

響水澗4臺機組在調試和試運行的過程中，推力軸承高壓油頂起裝置出現過一些問題。經過對這些問題仔細分析并最終解決，具體如下：

1) 高壓油頂起裝置啟動運行過程中有異常響聲，異常響聲如同放鞭炮。此異常響聲來源于泵內發(fā)生在機組剛啟動階段，管路內的空氣循環(huán)到泵內空化而發(fā)出的聲響。此異常響聲不會對高壓油頂起裝置有危害，解決方法為：①讓機組在現場手動啟動幾次可以讓管路內空氣排盡。②將高壓油管路上的高壓閥關閉，將溢流閥松開啟動高壓油頂起裝置，讓油走溢油管路循環(huán)回到油槽，將管路內空氣排盡。③直接啟動高壓油頂起裝置，再啟動機組，這樣既能讓油槽內部氣泡排盡，又能讓高壓油頂起裝置內部管路的氣泡排盡。

2) 高壓油頂起裝置在40 s內沒完成建壓導致機組啟機失敗，在停機的過程中頻繁出現10 s內建壓不成功導致交流泵切換到直流泵。出現這樣的問題是節(jié)流閥出現了問題。節(jié)流閥專為泵組軟啟動而設置，在交流泵組或直流泵組啟動后通過節(jié)流閥泄壓。節(jié)流閥在泵組軟啟動后不能迅速關閉，這樣高壓油頂起裝置建壓時間會超時，會導致機組啟機失敗和交流泵切換到備用直流泵。解決此問題的最好方法是更換質量可靠的節(jié)流控制閥。

3) 4號機高壓油頂起裝置建壓過程完成，卻無頂起成功信號送到監(jiān)控導致啟動失敗。在壓力校驗平臺上對壓力表校驗得知2號壓力開關回差較大，壓力上升到12 MPa時發(fā)出閉合的動作信號，壓力下降到8 MPa時才斷開。然而高壓油頂起裝置的泄流壓力為10 MPa， 2號壓力開關不能斷開，控制系統(tǒng)邏輯判斷缺少條件，頂起失敗。解決辦法是更換壓力開關，壓力開關的回差需在±0.5 MPa以內。

4) 建壓最高為10 MPa，頂起過程無法完成，高壓油頂起裝置頂起失敗。對節(jié)流閥，溢油閥檢查發(fā)現溢流閥被雜質卡死，導致一部分油通過溢流閥走溢油管路，所以建壓無法完成。解決措施是將溢流閥上雜質清除或者更換新的溢流閥。

5) 高壓油頂起裝置停止后，壓力表顯示壓力為5 MPa，監(jiān)控有高壓油頂起裝置頂起的信號。正常情況下是停泵后壓力在幾分鐘內緩慢降為零，出現這種現象就是因為高壓管路中單向閥和止回閥損壞了，整個管路有壓力了。這個壓力來自推力瓦和鏡板間油膜的壓力。

4 結語

高壓油頂起裝置是重要的輔助設備，其運行的可靠性直接關系到推力瓦的安全運行。掌握高壓油頂起裝置的結構原理和控制邏輯是分析和處理問題的關鍵，有利于檢修和維護。對響水澗電站高壓油頂起裝置在調試及運行過程中出現問題的分析和處理能加深其結構原理和控制原理的理解，也能為其它電站類似的問題的解決提供參考。

肖先照，男，1981年生，工程師，長期從事水輪發(fā)電機的設計工作。