發(fā)電電動機下部組合軸承油流量低原因分析及處理

嚴天豪，顏廣文，李垠鋼

（華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責任公司，浙江天臺317200）

發(fā)電電動機下部組合軸承油流量低原因分析及處理

嚴天豪，顏廣文，李垠鋼

（華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責任公司，浙江天臺317200）

通過分析發(fā)電電動機下部組合軸承結構設計和工作原理，進一步剖析了發(fā)電電動機下部組合軸承的結構和油循環(huán)系統(tǒng)及梳齒油密封磨損對機組各部件的影響。提出相應的改進梳齒密封的結構，升級改進后對機組運行起到了明顯的效果。

抽水蓄能機組；下部組合軸承；自油循環(huán)系統(tǒng)；鏡板泵；吸油環(huán)

1 引言

桐柏抽水蓄能電站位于浙江省天臺縣境內，電站裝機容量為1 200 MW，裝設4臺單機容量為300 MW的水輪發(fā)電機組。發(fā)電電動機型式為立軸、半傘式、空冷、可逆式同步電機。機組額定轉速為300 r/min、額定頻率為50 Hz。在華東電網(wǎng)中主要擔負調峰、填谷、調頻、調相和緊急事故備用等任務。

2 結構簡介

2.1.部組合軸承

推力軸承和下導軸承共用一個油槽，故稱為下部組合軸承，下部組合軸承油槽的油量為9.6 m3。下部組合軸承油系統(tǒng)采用自吸式鏡板泵自循環(huán)油系統(tǒng)，外過濾、水冷卻方式。下部組合軸承有四個腔室，分別為：下導軸承潤滑腔、推力軸承潤滑腔、正壓離心泵密封腔（這三個腔分布在油槽上部，簡稱上腔），組合軸承冷油腔（簡稱下腔）。推力軸承為自潤滑式，鏡板上設置了徑向鉆孔，當機組在高速旋轉時，鏡板上的徑向孔產(chǎn)生與離心泵類似的效果，將熱油壓入環(huán)形密封室。從環(huán)形密封室出來的油經(jīng)冷卻器冷卻和過濾后，流回下部組合軸承冷油腔和下導軸承潤滑腔，供下導軸承、推力軸承的潤滑用，然后回流至油槽上腔。下腔油通過吸油管噴入鏡板表面，機組旋轉時冷油從推力瓦進油邊進入推力瓦表面冷卻推力瓦面，噴嘴位于推力瓦兩邊低于鏡板5 mm左右處，像笛子一樣大徑變小徑的管子分布一周，冷卻的油通過旋轉在此形成油膜，從而冷卻與潤滑推力軸承。

（1）下部組合軸承油槽外油循環(huán)系統(tǒng)

下部組合軸承油槽外循環(huán)系統(tǒng)主要組成部件為：3只水冷式油冷卻器、2只多層濾芯油過濾器及相應管路。油槽外油循環(huán)原理：當熱油從機組內部由鏡板泵壓出，經(jīng)過下部組合軸承熱油總出油管，油流進入3只專用水冷式油冷卻器冷卻(正常情況下：2只投運，1只備用，冷卻水流量為9L/s)，再由多層濾芯油濾過器進行過濾（正常情況下：一主一備），然后由下部組合軸承冷油總進油管分別供給到推力油槽的推力軸承主進油回路及下導軸承進油回路，用于推力軸承、下導軸承及鏡板的冷卻和潤滑。為平衡油回路壓力及排除多余空氣，相應管路上都設置了排氣平壓管路連接至推力油槽內。

（2）下部組合軸承油槽內油循環(huán)系統(tǒng)

下部組合軸承油槽內油循環(huán)系統(tǒng)，主要包括兩個部分，推力軸承油循環(huán)系統(tǒng)及下導軸承油循環(huán)系統(tǒng)。

下部組合軸承內油循環(huán)系統(tǒng)的油路循環(huán)原理為：冷卻油從下部組合軸承冷油總進油管進入后，從油槽下腔，經(jīng)過推力瓦環(huán)形吸油管噴嘴回到鏡板、推力瓦（上腔），再經(jīng)鏡板泵將熱油壓出，而下導軸承油循環(huán)系統(tǒng)的油從下導軸承油總進油管進入后，經(jīng)過下導軸瓦，在大軸高速旋轉離心力的作用下，也由鏡板泵將熱油壓出，與推力循環(huán)油路的熱油一起混合，經(jīng)下部組合軸承熱油總出油管，進入推力油槽外油循環(huán)系統(tǒng)進行冷卻和過濾，從而完成下部組合軸承油系統(tǒng)的冷卻循環(huán)過程。下部組合軸承油循環(huán)系統(tǒng)布置圖及原理圖見圖1、圖2。

圖1.部組合軸承油循環(huán)系統(tǒng)布置圖

圖2.部組合軸承油循環(huán)系統(tǒng)原理圖

2.2.部組合軸承油密封環(huán)

下部組合軸承油密封環(huán)采用梳齒式密封，密封材料為銅齒鑲嵌在鋼環(huán)上面，由上密封和下密封組成。下部組合軸承梳齒式密封內徑為ф2 629.6 mm、外徑為ф2 725 mm、厚度為21 mm（+0，-0.1）、平行度（//0.05 mm）、平面度為（◇0.05 mm）。密封是由分瓣的鋼環(huán)和定位銷螺栓把合而成，上密封與推力頭表面接觸，下密封與鏡板下邊緣接觸，組合成密閉環(huán)形室，考慮到機組在運行過程中軸的徑向擺動，并防止梳齒磨損軸領，梳齒與軸領間按照圖紙要求接觸間隙為0.10 mm。油密封環(huán)結構見圖3。

油密封環(huán)是在密封座和密封蓋板之間有2個銷釘間隙配合，銷釘是ф10的，而密封環(huán)上的銷釘孔為ф15，密封蓋板與密封座用螺栓連接，則在工作時成浮動狀態(tài)。

圖3.密封環(huán)結構圖

3 存在的問題

通過監(jiān)控系統(tǒng)，對5月某一天的數(shù)據(jù)進行分析，如表1。

表1.部組合軸承油流量、油溫對比

4臺機組經(jīng)過近10年的運行，推力外循環(huán)油流量均出現(xiàn)不同程度的降低，油流量降低會造成推力瓦、鏡板及下導瓦溫冷卻效果的降低，嚴重時將會導致燒瓦事故。通過進一步對油循環(huán)系統(tǒng)原理進行分析，得出以下可能的原因及處理方法。

4 原因分析及處理過程

4.1.合軸承油過濾器濾芯堵塞

推力外循環(huán)油過濾器堵塞會導致推力外循環(huán)油流量降低。組合軸承油過濾器前后裝有差壓計，濾芯堵塞時監(jiān)控系統(tǒng)中會有差壓高報警信號，現(xiàn)場也有相應的報警指示。在檢修期間對推力或下導瓦面進行修刮處理后，瓦面磨合階段會產(chǎn)生較多的金屬屑造成過濾器濾芯堵塞，需多次對其進行清掃，方可將組合軸承內的油質過濾干凈。正常運行期間，很少會出現(xiàn)過濾器濾芯堵塞報警。發(fā)生報警后，可將備用的過濾器投入運行，并及時對堵塞的過濾器濾芯進行清掃。

對推力外循環(huán)過濾器濾芯進行清洗時，應嚴格按照作業(yè)指導書進行，每個推力外循環(huán)過濾器濾芯由4個雙層的濾芯嵌套在一起，嵌入濾網(wǎng)孔內的雜質不易清洗干凈，多次清洗后濾芯的通過能力會逐漸降低，造成油流量降低。必要時，應及時更換濾芯。

4.2.度對油流量的影響

油溫的變化會帶來潤滑油黏度的變化，進而影響油循環(huán)的流量。外油循環(huán)系統(tǒng)冷卻方式采用3只水冷式油冷卻器進行冷卻，正常情況下2只投運1只備用，當冷卻效果不夠時，可同時投入3只冷卻器提高冷卻效果。冷卻水流量受瓦溫自動控制，瓦溫高時冷卻水流量增大，提高冷卻水效果。出現(xiàn)油流量降低現(xiàn)象時應及時關注瓦溫、油溫及冷卻水流量，現(xiàn)場檢查冷卻水電動閥實際位置是否到位。值得注意的是，當3組冷卻器投入時，若有個別冷卻器的冷卻水進出水閥實際未打開，將會導致未經(jīng)冷卻的熱油和冷油一起進入冷油腔，降低冷卻效果。

4.3.管路上平壓管的閥門未打開

外循環(huán)冷卻器、油過濾器上設置有平壓管，可以平衡油回路壓力及排除多余空氣，平壓閥未開也會影響油循環(huán)流量。機組檢修、油冷卻器及過濾器清掃后均有可能未及時打開平壓閥，恢復操作時應注意檢查。

4.4.部組合軸承油密封損壞

下部組合軸承油密封損壞會使正壓離心泵密封腔內熱油直接進入推力軸承潤滑腔和下導軸承潤滑腔內，減少了進入外循環(huán)系統(tǒng)的油流量。

機組檢修時，發(fā)現(xiàn)推力油槽內部有許多金黃色金屬粉末和很細小的銅絲條，透平油顏色發(fā)暗，經(jīng)綜合分析，下部組合軸承內部僅有油密封是金屬銅材料制作的，其它沒有任何金屬銅材料。對油密封與軸領間隙進行測量，發(fā)現(xiàn)密封間隙變大，最大的接近1.5 mm，比理論數(shù)值大10陪多。

造成油密封損壞的原因主要有溫度因素和設備因素兩個：

1）溫度因素：物體由于溫度改變而有脹縮現(xiàn)象。由于在高速運轉時摩擦升溫、以及機組運行溫度升高引起熱脹冷縮現(xiàn)象，在20℃溫度下，銅（Cu）的線性熱膨脹系數(shù)是17.5，鐵（Fe）的線性熱膨脹系數(shù)是12.2。原銅齒密封條是由3條整根并排在鑲嵌而成的，當溫度改變時會使銅齒密封條其長度發(fā)生變化。鋼環(huán)和銅齒的線性熱膨脹系數(shù)不同，銅齒的導熱要比鋼環(huán)的大，在鋼環(huán)沒有變化時銅齒首先會發(fā)生變化，出現(xiàn)鼓包加劇，銅齒密封磨損嚴重時會脫落出槽，密封效果降低。

2）設備因素：在運輸和吊裝過程中難免出現(xiàn)微量彎曲變形，變形量大于設計要求時，有可能在發(fā)電/電動機方向（逆時針方向）、水泵/水輪機方向（順時針方向）高速運行過程中出現(xiàn)發(fā)卡現(xiàn)象，活動不靈敏，沒有起到浮動效果，這樣會使銅齒密封條磨損速度加快。

改進方案：

經(jīng)過多方分析討論，對銅齒密封條進行局部改進，原先是3條整根并排銅條鑲嵌在鋼環(huán)上，而現(xiàn)在則是以400 mm左右分段并用銷釘把3組并排固定在一起，這樣可以減少熱脹冷縮現(xiàn)象對銅齒密封條的影響，避免出現(xiàn)密封條脫落出槽。

5 效果檢查

自從發(fā)電/電動機更換投運以來，下部組合軸承油循環(huán)系統(tǒng)運行情況較穩(wěn)定，下面是一組5份機組在發(fā)電工況，有功300 MW下的實際運行數(shù)據(jù)：

1）下導瓦實際運行溫度

表2.導瓦溫度單位：℃

數(shù)據(jù)分析：下導瓦運行溫度的報警整定值為75℃，跳機整定值為78℃,從上表2可以看出，下導瓦實際運行溫度在52.7～61.3℃之間，由此可以看出，下導軸承運行情況良好。

2）推力瓦實際運行溫度

表3.力瓦溫度單位：℃

數(shù)據(jù)分析：推力瓦運行溫度的報警整定值為80℃，跳機整定值為83℃,從上表3可以看出，下導瓦實際運行溫度在52.1～66.5℃之間，可見，推力軸承運行情況非常穩(wěn)定。

3）下部組合軸承油循環(huán)系統(tǒng)流量以及油溫

由于下部組合軸承油密封環(huán)更換工作量大，檢修工藝、成本較高，目前僅對油流量降低較多的1、2號機組下部組合軸承油密封進行更換，經(jīng)熱穩(wěn)定試驗，油流量均已達到100 m3/h以上，效果明顯。

下部組合軸承油循環(huán)系統(tǒng)實際油流量達到100 m3/h以上，油溫由47℃降低至44℃左右，整個油循環(huán)系統(tǒng)運行狀況良好，效果明顯。

6 結束語

機組經(jīng)過多年的運行，一些平時未關注的設備部件均已出現(xiàn)磨損、老化等現(xiàn)象，應加強對設備運行趨勢的分析，及早發(fā)現(xiàn)設備部件的隱患、缺陷，做好相關設備檢修的策劃工作，避免設備事故的發(fā)生。設備運維人員應重點關注冷卻器進出口油溫、油槽油溫、瓦溫、油流量、冷卻水流量、冷卻水溫度等趨勢變化。

本文為發(fā)電電動機下部組合軸承油流量低的原因分析及處理提供了新的思路和方法，為機組的安全穩(wěn)定運行提供了重要保障。

[1]鄭建鋒，張園芒，蔣池劍.發(fā)電/電動機下部組合軸承的自循環(huán)油系統(tǒng)[J].華電技術，2008,30（10）：54-56.

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[4]梅祖彥.抽水蓄能發(fā)電技術[M].北京:機械工業(yè)出版社，2000.

TK730.3+22

B

1672-5387（2017）09-0016-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.09.007

2017-06-19

嚴天豪（1991-），男，助理工程師，從事水電機組運維檢修工作。