軸承油流低導致冷天開機時間過長分析

何亞文 文德合

（五凌電力公司近尾洲水電廠 衡陽市 421127）

1 概 述

近尾洲水電廠為燈泡貫流式機組，軸承油系統(tǒng)主要包括軸承低位油箱1 個，軸承高位油箱（事故油箱）1 個，軸承油泵2 臺，交流、直流高壓軸承油泵1 臺，軸承油冷卻器2 套，正推軸承油流計、反推軸承油流計、水導軸承油流計、發(fā)導軸承油流計各1個，機組軸承油系統(tǒng)于2000年投入運行。軸承油系統(tǒng)部分截圖如附圖所示。

附圖 軸承油路圖

2 存在的問題分析

在多年的運行中發(fā)現(xiàn)在冬天天氣較冷的情況下，特別是廠房外氣溫在0℃左右時，由于軸承油溫低，軸承油流滿足不了開機條件（采集點如附圖油流計），導致機組開機時間過長。根據(jù)2008年元月份極端天氣條件下所測得的室內(nèi)溫度約5.86℃，機組軸承油泵及機組軸承主供油閥需要運行15 min 后，反推油流才能滿足開機要求。

3 關(guān)鍵性設(shè)備技術(shù)參數(shù)

3.1 軸承油箱

（1）軸承低位油箱。長：2 140 mm，寬：1 190 mm，高：1 600 mm，容量：4 000 L，油位高報警浮子高度1 280 mm，油位正常浮子高度1 140 mm，油位低報警浮子高度440 mm，油位低跳閘浮子高度360 mm。

（2）軸承高位油箱（事故油箱）。長：1 620 mm，寬：940 mm，高：1 070 mm，容量：1 600 L，油位高報警浮子高度1 030 mm, 油位正常浮子高度930 mm，油位低報警浮子高度820 mm，油位低跳閘浮子高度740 mm，在事故情況軸承油泵不供油下，可確保軸承供油307 s（以220 L/min 計算），機組事故停機確保不燒軸承瓦必須供油120 s（轉(zhuǎn)速≤1%）。

3.2 軸承油

（1）機組軸承油泵2 臺，參數(shù)：5.5 kW 出口油壓力0.35 MPa，出口油管徑ф60 mm。軸承低位油箱基座高層41.4 m，油箱頂部高層43.0 m，軸承高位油箱底部高層64.07 m，頂部高層65.14 m。

（2）軸承油加熱器，低位油箱2×3.0 kW，4.5 A，高位油箱1×3.0 kW，4.5 A，調(diào)整定值均為35℃，每個加熱器各有2 個溫控串聯(lián)接入控制回路； 軸承油箱加熱器為德國Herbst 牌D10772 特殊設(shè)計的加熱器（20014150 型）帶3 個管形加熱元件ф8.5 mm，，浸入深度1 500 mm，230/400 V 直流，3 000 W,1.2 W/cm2； 在距離安裝螺釘頭200 mm 的地方開始加熱，溫度控制器安裝在（0～200）mm 之間的地方,溫控可調(diào)范圍為（0～80）℃，保護等級為IP54。

（3）軸承油參數(shù)。運行粘度在40℃時為66 cSt（66 mm2/s）。

3.3 軸承油流計

正推油流計。型號：S2-FA50，（60～120）L/min，設(shè)計定值為：68 L/min 滿足開機條件。

反推油流計。型號：S2-FA50，（60～120）L/min，設(shè)計定值為：60 L/min 滿足開機條件。

水導油流計。型號：S2-FA25，（16～32）L/min，設(shè)計定值為：18 L/min 滿足開機條件。

發(fā)導油流計。型號：S2-FA25，（10～20）L/min，設(shè)計定值為：11 L/min 滿足開機條件。

4 低溫狀態(tài)開機時間過長分析

（1）潤滑油通過油管散熱計算。

已知碳鋼導熱系數(shù)λ1=36.7 w/m·℃，潤滑油導熱系數(shù)λ2=0.1 w/m·℃，潤滑油總量V2=3.5 m3潤滑油密度ρ2=879 kg/m3潤滑油比熱C2=1.95 kJ/kg·℃

Re=Vd/ν=0.25/（60×0.03×0.03×3.14）×0.1/68×10-6=1 301（層流）

根據(jù)層流，管壁溫度定型后，壁面上熱流量基本恒定，則努謝爾特數(shù)為常數(shù)Nu=4.36，潤滑油對流換熱系數(shù)：

（2）軸承油箱散熱計算。

對于軸承油箱潤滑油也可以近似認為為層流，則

（3）循環(huán)潤滑油總散熱計算。

（4）加熱器給潤滑油提供的凈熱量。

15 min 內(nèi)加熱器給潤滑油總共提高油溫：

可以得出結(jié)論，機組在啟動過程中，加熱器及油箱、管道的散熱對潤滑油溫影響很少。

（5）管路及油溫分析。

根據(jù)機組狀態(tài)診斷系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)，高低位軸承油箱內(nèi)油溫在停機狀態(tài)下油溫約35℃。低溫狀態(tài)下開機過程中，最后軸承油流量滿足時高低位軸承油箱內(nèi)油溫所顯示的油溫約17.5℃。

在高位油箱與電動閥之間管道長度約為25 m，管徑為125 mm，在高位油箱與低位油箱之間管道長度約為50 m，管徑為60 mm，不考慮散熱損失及開機過程中加熱器提供的熱量，根據(jù)熱量平衡原理可以估算高低位軸承油箱內(nèi)平均油溫約（0.062 52×3.14×25＋0.032×3.14×50）×(17.5-5.86)/3.5+17.5＝19.0℃。

在高位油箱與電動閥之間管道長度為25 m，流動需要時間0.062 5×0.062 5×3.14×25/0.22＝1.5 min（實際開機過程中油流量低于220 L/s，應(yīng)在2 min左右）。

5 結(jié) 語

影響開機時間過長的主要原因是高位油箱與電動閥之間管道內(nèi)潤滑油油溫低，且流動時間超過2 min，導致不能達到正常開機流程條件。解決方式可采取： 一是對機組軸承主供油電動閥以上管路進行改造增設(shè)加溫裝置，根據(jù)油溫設(shè)定投退條件；二是在機組軸承供油油流計以下部位增設(shè)油流調(diào)節(jié)裝置，根據(jù)開機條件和時間設(shè)定投退條件，使達到機組開機條件，滿足調(diào)度快速反應(yīng)的要求。