发电电动机下部组合轴承油流量低原因分析及处理

2017-09-26严天豪颜广文李垠钢

水电站机电技术 2017年9期

关键词：镜板油槽滤芯

严天豪，颜广文，李垠钢

（华东桐柏抽水蓄能发电有限责任公司，浙江天台317200）

发电电动机下部组合轴承油流量低原因分析及处理

严天豪，颜广文，李垠钢

（华东桐柏抽水蓄能发电有限责任公司，浙江天台317200）

通过分析发电电动机下部组合轴承结构设计和工作原理，进一步剖析了发电电动机下部组合轴承的结构和油循环系统及梳齿油密封磨损对机组各部件的影响。提出相应的改进梳齿密封的结构，升级改进后对机组运行起到了明显的效果。

抽水蓄能机组；下部组合轴承；自油循环系统；镜板泵；吸油环

1 引言

桐柏抽水蓄能电站位于浙江省天台县境内，电站装机容量为1 200 MW，装设4台单机容量为300 MW的水轮发电机组。发电电动机型式为立轴、半伞式、空冷、可逆式同步电机。机组额定转速为300 r/min、额定频率为50 Hz。在华东电网中主要担负调峰、填谷、调频、调相和紧急事故备用等任务。

2 结构简介

2.1.部组合轴承

推力轴承和下导轴承共用一个油槽，故称为下部组合轴承，下部组合轴承油槽的油量为9.6 m3。下部组合轴承油系统采用自吸式镜板泵自循环油系统，外过滤、水冷却方式。下部组合轴承有四个腔室，分别为：下导轴承润滑腔、推力轴承润滑腔、正压离心泵密封腔（这三个腔分布在油槽上部，简称上腔），组合轴承冷油腔（简称下腔）。推力轴承为自润滑式，镜板上设置了径向钻孔，当机组在高速旋转时，镜板上的径向孔产生与离心泵类似的效果，将热油压入环形密封室。从环形密封室出来的油经冷却器冷却和过滤后，流回下部组合轴承冷油腔和下导轴承润滑腔，供下导轴承、推力轴承的润滑用，然后回流至油槽上腔。下腔油通过吸油管喷入镜板表面，机组旋转时冷油从推力瓦进油边进入推力瓦表面冷却推力瓦面，喷嘴位于推力瓦两边低于镜板5 mm左右处，像笛子一样大径变小径的管子分布一周，冷却的油通过旋转在此形成油膜，从而冷却与润滑推力轴承。

（1）下部组合轴承油槽外油循环系统

下部组合轴承油槽外循环系统主要组成部件为：3只水冷式油冷却器、2只多层滤芯油过滤器及相应管路。油槽外油循环原理：当热油从机组内部由镜板泵压出，经过下部组合轴承热油总出油管，油流进入3只专用水冷式油冷却器冷却(正常情况下：2只投运，1只备用，冷却水流量为9L/s)，再由多层滤芯油滤过器进行过滤（正常情况下：一主一备），然后由下部组合轴承冷油总进油管分别供给到推力油槽的推力轴承主进油回路及下导轴承进油回路，用于推力轴承、下导轴承及镜板的冷却和润滑。为平衡油回路压力及排除多余空气，相应管路上都设置了排气平压管路连接至推力油槽内。

（2）下部组合轴承油槽内油循环系统

下部组合轴承油槽内油循环系统，主要包括两个部分，推力轴承油循环系统及下导轴承油循环系统。

下部组合轴承内油循环系统的油路循环原理为：冷却油从下部组合轴承冷油总进油管进入后，从油槽下腔，经过推力瓦环形吸油管喷嘴回到镜板、推力瓦（上腔），再经镜板泵将热油压出，而下导轴承油循环系统的油从下导轴承油总进油管进入后，经过下导轴瓦，在大轴高速旋转离心力的作用下，也由镜板泵将热油压出，与推力循环油路的热油一起混合，经下部组合轴承热油总出油管，进入推力油槽外油循环系统进行冷却和过滤，从而完成下部组合轴承油系统的冷却循环过程。下部组合轴承油循环系统布置图及原理图见图1、图2。

图1.部组合轴承油循环系统布置图

图2.部组合轴承油循环系统原理图

2.2.部组合轴承油密封环

下部组合轴承油密封环采用梳齿式密封，密封材料为铜齿镶嵌在钢环上面，由上密封和下密封组成。下部组合轴承梳齿式密封内径为ф2 629.6 mm、外径为ф2 725 mm、厚度为21 mm（+0，-0.1）、平行度（//0.05 mm）、平面度为（◇0.05 mm）。密封是由分瓣的钢环和定位销螺栓把合而成，上密封与推力头表面接触，下密封与镜板下边缘接触，组合成密闭环形室，考虑到机组在运行过程中轴的径向摆动，并防止梳齿磨损轴领，梳齿与轴领间按照图纸要求接触间隙为0.10 mm。油密封环结构见图3。

油密封环是在密封座和密封盖板之间有2个销钉间隙配合，销钉是ф10的，而密封环上的销钉孔为ф15，密封盖板与密封座用螺栓连接，则在工作时成浮动状态。

图3.密封环结构图

3 存在的问题

通过监控系统，对5月某一天的数据进行分析，如表1。

表1.部组合轴承油流量、油温对比

4台机组经过近10年的运行，推力外循环油流量均出现不同程度的降低，油流量降低会造成推力瓦、镜板及下导瓦温冷却效果的降低，严重时将会导致烧瓦事故。通过进一步对油循环系统原理进行分析，得出以下可能的原因及处理方法。

4 原因分析及处理过程

4.1.合轴承油过滤器滤芯堵塞

推力外循环油过滤器堵塞会导致推力外循环油流量降低。组合轴承油过滤器前后装有差压计，滤芯堵塞时监控系统中会有差压高报警信号，现场也有相应的报警指示。在检修期间对推力或下导瓦面进行修刮处理后，瓦面磨合阶段会产生较多的金属屑造成过滤器滤芯堵塞，需多次对其进行清扫，方可将组合轴承内的油质过滤干净。正常运行期间，很少会出现过滤器滤芯堵塞报警。发生报警后，可将备用的过滤器投入运行，并及时对堵塞的过滤器滤芯进行清扫。

对推力外循环过滤器滤芯进行清洗时，应严格按照作业指导书进行，每个推力外循环过滤器滤芯由4个双层的滤芯嵌套在一起，嵌入滤网孔内的杂质不易清洗干净，多次清洗后滤芯的通过能力会逐渐降低，造成油流量降低。必要时，应及时更换滤芯。

4.2.度对油流量的影响

油温的变化会带来润滑油黏度的变化，进而影响油循环的流量。外油循环系统冷却方式采用3只水冷式油冷却器进行冷却，正常情况下2只投运1只备用，当冷却效果不够时，可同时投入3只冷却器提高冷却效果。冷却水流量受瓦温自动控制，瓦温高时冷却水流量增大，提高冷却水效果。出现油流量降低现象时应及时关注瓦温、油温及冷却水流量，现场检查冷却水电动阀实际位置是否到位。值得注意的是，当3组冷却器投入时，若有个别冷却器的冷却水进出水阀实际未打开，将会导致未经冷却的热油和冷油一起进入冷油腔，降低冷却效果。

4.3.管路上平压管的阀门未打开

外循环冷却器、油过滤器上设置有平压管，可以平衡油回路压力及排除多余空气，平压阀未开也会影响油循环流量。机组检修、油冷却器及过滤器清扫后均有可能未及时打开平压阀，恢复操作时应注意检查。

4.4.部组合轴承油密封损坏

下部组合轴承油密封损坏会使正压离心泵密封腔内热油直接进入推力轴承润滑腔和下导轴承润滑腔内，减少了进入外循环系统的油流量。

机组检修时，发现推力油槽内部有许多金黄色金属粉末和很细小的铜丝条，透平油颜色发暗，经综合分析，下部组合轴承内部仅有油密封是金属铜材料制作的，其它没有任何金属铜材料。对油密封与轴领间隙进行测量，发现密封间隙变大，最大的接近1.5 mm，比理论数值大10陪多。

造成油密封损坏的原因主要有温度因素和设备因素两个：

1）温度因素：物体由于温度改变而有胀缩现象。由于在高速运转时摩擦升温、以及机组运行温度升高引起热胀冷缩现象，在20℃温度下，铜（Cu）的线性热膨胀系数是17.5，铁（Fe）的线性热膨胀系数是12.2。原铜齿密封条是由3条整根并排在镶嵌而成的，当温度改变时会使铜齿密封条其长度发生变化。钢环和铜齿的线性热膨胀系数不同，铜齿的导热要比钢环的大，在钢环没有变化时铜齿首先会发生变化，出现鼓包加剧，铜齿密封磨损严重时会脱落出槽，密封效果降低。

2）设备因素：在运输和吊装过程中难免出现微量弯曲变形，变形量大于设计要求时，有可能在发电/电动机方向（逆时针方向）、水泵/水轮机方向（顺时针方向）高速运行过程中出现发卡现象，活动不灵敏，没有起到浮动效果，这样会使铜齿密封条磨损速度加快。

改进方案：

经过多方分析讨论，对铜齿密封条进行局部改进，原先是3条整根并排铜条镶嵌在钢环上，而现在则是以400 mm左右分段并用销钉把3组并排固定在一起，这样可以减少热胀冷缩现象对铜齿密封条的影响，避免出现密封条脱落出槽。