歡迎來到浙江宇興傳動機械有限公司企業(yè)官網(wǎng)！
0572-6238529
13967273466@163.com
短信碼登錄
密碼登錄
獲取短信驗證碼
論大河家水電站燈泡貫流式機組軸承冷卻潤滑油系統(tǒng)的技術(shù)改造
2010-03-09
袁 鋒
（甘肅匯能新能源技術(shù)發(fā)展責(zé)任有限公司）
（甘肅匯能新能源技術(shù)發(fā)展責(zé)任有限公司）
摘 要： 燈泡貫流式機組的軸承潤滑油系統(tǒng)一般采用外循環(huán)冷卻供油方式。就黃河大河家水電站機組軸承油系統(tǒng)在設(shè)計、制造和安裝中存在的問題如何改進(jìn)作一介紹，并提出幾點建設(shè)性設(shè)想。
關(guān)鍵詞：燈泡貫流式機組；軸承潤滑油系統(tǒng)；技術(shù)改造；設(shè)想
1 概況
黃河大河家水電站位于甘肅積石山縣大河家鎮(zhèn)、甘青公路黃河大橋上游約100m處黃河右岸邊。該電站總裝機容量6 Mw(2×3Mw)，設(shè)計水頭7m，Z大水頭7.95 m，設(shè)計引用流量100.50m3/s。水輪機型號GZSIIIB-WP-275，發(fā)電機型號SFWG3000-40/2860。主機設(shè)備由重慶水輪發(fā)電機廠制造，設(shè)計單位甘肅省水電勘測設(shè)計研究院，安裝單位由甘肅省水電工程局承擔(dān)。在機組安裝過程中，發(fā)現(xiàn)了設(shè)計和制造上的諸多不合理之處，因各種原因?qū)ζ洳糠至悴考M(jìn)行了技術(shù)改造。
2 潤滑油系統(tǒng)供油方式
本電站采用外循環(huán)冷卻間接供油方式，即油泵→高位油箱→主供油電磁閥→軸承→低位油箱。電站油務(wù)系統(tǒng)包括潤滑油系統(tǒng)和調(diào)速器油系統(tǒng)，統(tǒng)一采用L-TSA46汽輪機油。
3 油系統(tǒng)中存在的問題
3.1 設(shè)備制造錯誤
3.1.1 發(fā)電機推力軸承和徑向軸承為組合軸承，布置在轉(zhuǎn)子上游側(cè)，設(shè)計采用單根油管（GN25 mm）供油進(jìn)行潤滑冷卻。分析設(shè)計原理：進(jìn)油管自機架＋X方向進(jìn)入（機架內(nèi)油管路制造廠已配置），部分油量流入徑向軸瓦間隙（筒式瓦）潤滑冷卻后流回推力油盆；部分油量直接流入推力軸承油盆。推力油盆－Y方向兩側(cè)45°方向上各開設(shè)一溢油孔，其高度在油盆正常油位線上，通過軸承后的熱油經(jīng)溢油孔流進(jìn)推力軸承下方的回油槽。由回油槽流入低位油箱（即回油箱），低位油箱內(nèi)設(shè)雙層過濾器和雙冷卻器。
徑向軸承座設(shè)計為水平套裝在機架內(nèi)，按設(shè)計原理：機架內(nèi)供油管出口與軸承座進(jìn)油孔（孔徑φ20mm）應(yīng)在同一方向、同一位置，潤滑冷卻油方能順利進(jìn)入徑向軸瓦間隙；同時主軸旋轉(zhuǎn)方向為順時針，潤滑冷卻油隨主軸旋轉(zhuǎn)沿徑向軸瓦進(jìn)油邊進(jìn)入主軸下半部，形成油膜而起到潤滑冷卻作用。
但是，在對徑向軸承座進(jìn)行解體、軸瓦刮研、組裝時發(fā)現(xiàn)，軸承座進(jìn)油孔雖然也開在＋X方向上，但與機架進(jìn)油管口水平錯位（偏向下游）達(dá)200mm，且機架與軸承座之間組裝配合間隙僅1mm。同時，在軸承座外圓上進(jìn)油孔與機架出油管口之間還設(shè)置了一道橡膠密封圈，要使?jié)櫥晚樌鬟M(jìn)徑向軸瓦內(nèi)，根本沒有可能，經(jīng)查制造廠設(shè)計圖與實物對照兩者完全一致，說明是制造廠設(shè)計錯誤。
3.1.2 轉(zhuǎn)輪槳葉操作壓力油泄漏問題。該電站水輪機轉(zhuǎn)輪為轉(zhuǎn)槳式，轉(zhuǎn)輪腔內(nèi)十字滑塊及槳葉樞軸潤滑油由高位油箱（即重力油箱）設(shè)置獨立管路供給（設(shè)計油壓0.18Mpa），而槳葉操作壓力油由調(diào)速器供給（設(shè)計油壓2.50Mpa）。因制造原因操作壓力油有泄漏現(xiàn)象，其泄漏量約為15L/h（數(shù)據(jù)由制造廠運行時提供）。由于潤滑油油壓低于操作油油壓，因而槳葉操作壓力油由高壓腔向低壓腔泄漏，壓力油經(jīng)泄漏進(jìn)入十字滑道內(nèi)經(jīng)潤滑油管路反竄到高位油箱。機組在運行時，調(diào)速器油壓裝置油槽內(nèi)的油量將逐漸減少，必須定時補充油量；而低位油箱內(nèi)（或回油箱）的油量則逐漸增加，必須定時排放，這將嚴(yán)重危害機組的正常運轉(zhuǎn)。
經(jīng)試驗，每班次需向壓力油槽內(nèi)補充約150～200公升汽輪機油，而低位油箱則需排放相應(yīng)的油量，給正常運行帶來了不便和隱患（因電站設(shè)計圖紙未設(shè)計調(diào)速器系統(tǒng)與潤滑冷卻油系統(tǒng)之間的聯(lián)絡(luò)管）。
3.2 設(shè)計缺陷
3.2.1 管路布置上的缺陷。重力油箱向機組軸承供油采用單管獨立供油方式，水導(dǎo)軸承供油管徑為GN25 mm鍍鋅管，發(fā)導(dǎo)與推力軸承供油管徑為GN32 mm鍍鋅管（在軸承附近變徑為GN25 mm）。重力油箱安裝高程為1782.50 m，機組安裝高程為1765.50m，其落差造成的油壓為0.17Mpa（設(shè)計要求油壓為0.18Mpa）。上游流道底板高程為1 763.32m。發(fā)導(dǎo)、水導(dǎo)供油管布置于管道電纜層上游側(cè)墻內(nèi)，發(fā)導(dǎo)與推力軸承供油管經(jīng)上游流道底板由燈泡頭下引入機組，管路為倒虹吸布置；水導(dǎo)軸承供油管沿管道電纜層底板由水輪機進(jìn)人孔引入。由于管路長、管徑小、彎頭多，管路沿程和局部損失造成軸承進(jìn)油口處實際油壓不足0.10Mpa。
3.2.2 油系統(tǒng)管網(wǎng)中的缺陷
?、儆蛶炫c低位油箱、調(diào)速器壓力油槽之間僅設(shè)計了凈油供油管路，而未設(shè)計低位油箱、高位油箱、壓力油槽向油庫回收污油管路及相應(yīng)的輔助設(shè)備。當(dāng)機組潤滑冷卻油、調(diào)速器油需要進(jìn)入油庫污油桶凈化時就十分麻煩。低位油箱布置在廊道層回油箱室，安裝高程為1 761.80m，而油庫地坪高程為1 769m，二者相差7.20m。當(dāng)運行油需凈化時要臨時架設(shè)油泵及相應(yīng)管路等輔助設(shè)施，無形中增加了檢修不必要的工作量。②針對槳葉操作壓力油泄漏問題，設(shè)計上沒有給予足夠的重視和采取相應(yīng)的措施，以彌補設(shè)備制造上的不足。
3.3 安裝中存在的問題 高位油箱安裝在主廠房頂部，各供油管從油箱底部引出，經(jīng)一懸空水平明管段后連接到管道電纜層上游側(cè)墻內(nèi)予埋管口，懸空高度為10.50m，安裝較為困難，結(jié)果安裝時將該段管路敷設(shè)成了逆坡降；另外，管路上設(shè)計選用的自動化元件有嚴(yán)重質(zhì)量問題，在2號機組試運行時，由于油管內(nèi)混入了空氣使供油中斷，造成了水導(dǎo)瓦嚴(yán)重?zé)齻黄韧C事件（自動化元件如電磁閥、流量信號器均未動作和發(fā)出信號）。
4 技術(shù)改造
4.1 針對推力徑向組合軸承進(jìn)油管口錯位問題，在充分領(lǐng)會設(shè)計原理和意圖的基礎(chǔ)上，將機架內(nèi)原管路取消（即封堵）。并設(shè)想在原管口向下游平移200mm的位置上重新開孔布設(shè)管路，經(jīng)查閱圖紙對照實物，分析認(rèn)為此方案行不通。原因是：機架是發(fā)電機的承重部件（機組為兩支點），同時還承擔(dān)著調(diào)節(jié)整臺機組的水平度和發(fā)電機定轉(zhuǎn)子空氣間隙的任務(wù)，所以機架在結(jié)構(gòu)上對強度和剛度要求很高，采用箱式結(jié)構(gòu)雙層鋼板焊接而成，鋼板厚度40mm。若在其上開孔（孔徑Z小在30mm以上）只有兩個途徑：一是鉆孔，二是氧氣割圓?，F(xiàn)場鉆孔不具備條件，返廠時間不允許；而現(xiàn)場割圓雖能完成，但無法保證機架局部受熱變形問題。
在對照實物時，發(fā)現(xiàn)徑向軸承座頂部（＋Y方向）有一加工通孔，孔徑為20mm，可否利用此孔作為潤滑冷卻油進(jìn)口？經(jīng)分析論證：機架上部布置有風(fēng)道（為不受力結(jié)構(gòu)），如果將管路由風(fēng)道進(jìn)入（筋板厚度20mm）連接到軸承頂部的加工通孔上，由于供油路徑的改變，潤滑冷卻油先進(jìn)入徑向軸承，然后流回推力油盆，這就充分保證了徑向軸承的潤滑冷卻油量，比原設(shè)計更為合理。認(rèn)為此方案可行，經(jīng)試驗改造后的軸承管路，供油效果良好。
4.2 針對槳葉操作壓力油泄漏問題，考慮到低位油箱內(nèi)的多余油量應(yīng)及時排出，同時應(yīng)將此部分“多余”油量及時補充到壓力油槽。改造時利用低位油箱的排油孔（制造時予留兩個排油孔），將兩臺油箱聯(lián)接后利用管路與漏油箱連接（低位油箱與漏油箱同高程）。由漏油箱上的油泵將“多余”油量直接送回壓力油槽。
另外將兩臺高位油箱也串聯(lián)起來，因為，兩臺機組在運行時，高、低位油箱的油位不可能在同一時間內(nèi)在同一刻度上，必定有差距，這樣兩臺機組可以互補盈虧，提高機組運行的可靠程度（在試運行期間，高、低位油箱內(nèi)的液位信號器因質(zhì)量問題，曾造成高位油箱內(nèi)的油量放空而未動作發(fā)信號，低位油箱內(nèi)的油量外溢而油泵未啟動而造成被迫停機事件）。經(jīng)改造后的廠內(nèi)油務(wù)系統(tǒng)聯(lián)成了一個整體循環(huán)管網(wǎng)，滿足了機組正常運行的需要。
5 幾點設(shè)想
?、僭诟呶挥拖渑c油庫之間增設(shè)一條聯(lián)絡(luò)管路；②在高位油箱與壓力油槽之間增設(shè)一條聯(lián)絡(luò)管路；③在低位油箱與壓力油槽之間增設(shè)一條聯(lián)絡(luò)管路；④在低位油箱與漏油箱之間增設(shè)一條聯(lián)絡(luò)管路；⑤在低位油箱與油庫之間增設(shè)一條聯(lián)絡(luò)管路；⑥建議在今后機組軸承潤滑供油管路設(shè)計時，從高位油箱到每臺機組應(yīng)盡可能采用獨立大口徑管道供油，到機組附近再分支管到軸承，這樣，一是減小管路的沿程和局部損失，保證供油壓力和油量；二是節(jié)省材料和減少安裝工作量；⑦建議制造廠在今后生產(chǎn)同型號機組時，把槳葉操作壓力油泄漏問題作為研究課題徹底解決。
增設(shè)以上管路及相應(yīng)附屬設(shè)備，即可將電站各自獨立的潤滑油系統(tǒng)和調(diào)速油系統(tǒng)改造成一個有機的整體的電站油務(wù)系統(tǒng)，將極大地提高電站運行的可靠程度，同時改善和減少了運行隱患及運行工作量。
關(guān)鍵詞：燈泡貫流式機組；軸承潤滑油系統(tǒng)；技術(shù)改造；設(shè)想
1 概況
黃河大河家水電站位于甘肅積石山縣大河家鎮(zhèn)、甘青公路黃河大橋上游約100m處黃河右岸邊。該電站總裝機容量6 Mw(2×3Mw)，設(shè)計水頭7m，Z大水頭7.95 m，設(shè)計引用流量100.50m3/s。水輪機型號GZSIIIB-WP-275，發(fā)電機型號SFWG3000-40/2860。主機設(shè)備由重慶水輪發(fā)電機廠制造，設(shè)計單位甘肅省水電勘測設(shè)計研究院，安裝單位由甘肅省水電工程局承擔(dān)。在機組安裝過程中，發(fā)現(xiàn)了設(shè)計和制造上的諸多不合理之處，因各種原因?qū)ζ洳糠至悴考M(jìn)行了技術(shù)改造。
2 潤滑油系統(tǒng)供油方式
本電站采用外循環(huán)冷卻間接供油方式，即油泵→高位油箱→主供油電磁閥→軸承→低位油箱。電站油務(wù)系統(tǒng)包括潤滑油系統(tǒng)和調(diào)速器油系統(tǒng)，統(tǒng)一采用L-TSA46汽輪機油。
3 油系統(tǒng)中存在的問題
3.1 設(shè)備制造錯誤
3.1.1 發(fā)電機推力軸承和徑向軸承為組合軸承，布置在轉(zhuǎn)子上游側(cè)，設(shè)計采用單根油管（GN25 mm）供油進(jìn)行潤滑冷卻。分析設(shè)計原理：進(jìn)油管自機架＋X方向進(jìn)入（機架內(nèi)油管路制造廠已配置），部分油量流入徑向軸瓦間隙（筒式瓦）潤滑冷卻后流回推力油盆；部分油量直接流入推力軸承油盆。推力油盆－Y方向兩側(cè)45°方向上各開設(shè)一溢油孔，其高度在油盆正常油位線上，通過軸承后的熱油經(jīng)溢油孔流進(jìn)推力軸承下方的回油槽。由回油槽流入低位油箱（即回油箱），低位油箱內(nèi)設(shè)雙層過濾器和雙冷卻器。
徑向軸承座設(shè)計為水平套裝在機架內(nèi)，按設(shè)計原理：機架內(nèi)供油管出口與軸承座進(jìn)油孔（孔徑φ20mm）應(yīng)在同一方向、同一位置，潤滑冷卻油方能順利進(jìn)入徑向軸瓦間隙；同時主軸旋轉(zhuǎn)方向為順時針，潤滑冷卻油隨主軸旋轉(zhuǎn)沿徑向軸瓦進(jìn)油邊進(jìn)入主軸下半部，形成油膜而起到潤滑冷卻作用。
但是，在對徑向軸承座進(jìn)行解體、軸瓦刮研、組裝時發(fā)現(xiàn)，軸承座進(jìn)油孔雖然也開在＋X方向上，但與機架進(jìn)油管口水平錯位（偏向下游）達(dá)200mm，且機架與軸承座之間組裝配合間隙僅1mm。同時，在軸承座外圓上進(jìn)油孔與機架出油管口之間還設(shè)置了一道橡膠密封圈，要使?jié)櫥晚樌鬟M(jìn)徑向軸瓦內(nèi)，根本沒有可能，經(jīng)查制造廠設(shè)計圖與實物對照兩者完全一致，說明是制造廠設(shè)計錯誤。
3.1.2 轉(zhuǎn)輪槳葉操作壓力油泄漏問題。該電站水輪機轉(zhuǎn)輪為轉(zhuǎn)槳式，轉(zhuǎn)輪腔內(nèi)十字滑塊及槳葉樞軸潤滑油由高位油箱（即重力油箱）設(shè)置獨立管路供給（設(shè)計油壓0.18Mpa），而槳葉操作壓力油由調(diào)速器供給（設(shè)計油壓2.50Mpa）。因制造原因操作壓力油有泄漏現(xiàn)象，其泄漏量約為15L/h（數(shù)據(jù)由制造廠運行時提供）。由于潤滑油油壓低于操作油油壓，因而槳葉操作壓力油由高壓腔向低壓腔泄漏，壓力油經(jīng)泄漏進(jìn)入十字滑道內(nèi)經(jīng)潤滑油管路反竄到高位油箱。機組在運行時，調(diào)速器油壓裝置油槽內(nèi)的油量將逐漸減少，必須定時補充油量；而低位油箱內(nèi)（或回油箱）的油量則逐漸增加，必須定時排放，這將嚴(yán)重危害機組的正常運轉(zhuǎn)。
經(jīng)試驗，每班次需向壓力油槽內(nèi)補充約150～200公升汽輪機油，而低位油箱則需排放相應(yīng)的油量，給正常運行帶來了不便和隱患（因電站設(shè)計圖紙未設(shè)計調(diào)速器系統(tǒng)與潤滑冷卻油系統(tǒng)之間的聯(lián)絡(luò)管）。
3.2 設(shè)計缺陷
3.2.1 管路布置上的缺陷。重力油箱向機組軸承供油采用單管獨立供油方式，水導(dǎo)軸承供油管徑為GN25 mm鍍鋅管，發(fā)導(dǎo)與推力軸承供油管徑為GN32 mm鍍鋅管（在軸承附近變徑為GN25 mm）。重力油箱安裝高程為1782.50 m，機組安裝高程為1765.50m，其落差造成的油壓為0.17Mpa（設(shè)計要求油壓為0.18Mpa）。上游流道底板高程為1 763.32m。發(fā)導(dǎo)、水導(dǎo)供油管布置于管道電纜層上游側(cè)墻內(nèi)，發(fā)導(dǎo)與推力軸承供油管經(jīng)上游流道底板由燈泡頭下引入機組，管路為倒虹吸布置；水導(dǎo)軸承供油管沿管道電纜層底板由水輪機進(jìn)人孔引入。由于管路長、管徑小、彎頭多，管路沿程和局部損失造成軸承進(jìn)油口處實際油壓不足0.10Mpa。
3.2.2 油系統(tǒng)管網(wǎng)中的缺陷
?、儆蛶炫c低位油箱、調(diào)速器壓力油槽之間僅設(shè)計了凈油供油管路，而未設(shè)計低位油箱、高位油箱、壓力油槽向油庫回收污油管路及相應(yīng)的輔助設(shè)備。當(dāng)機組潤滑冷卻油、調(diào)速器油需要進(jìn)入油庫污油桶凈化時就十分麻煩。低位油箱布置在廊道層回油箱室，安裝高程為1 761.80m，而油庫地坪高程為1 769m，二者相差7.20m。當(dāng)運行油需凈化時要臨時架設(shè)油泵及相應(yīng)管路等輔助設(shè)施，無形中增加了檢修不必要的工作量。②針對槳葉操作壓力油泄漏問題，設(shè)計上沒有給予足夠的重視和采取相應(yīng)的措施，以彌補設(shè)備制造上的不足。
3.3 安裝中存在的問題 高位油箱安裝在主廠房頂部，各供油管從油箱底部引出，經(jīng)一懸空水平明管段后連接到管道電纜層上游側(cè)墻內(nèi)予埋管口，懸空高度為10.50m，安裝較為困難，結(jié)果安裝時將該段管路敷設(shè)成了逆坡降；另外，管路上設(shè)計選用的自動化元件有嚴(yán)重質(zhì)量問題，在2號機組試運行時，由于油管內(nèi)混入了空氣使供油中斷，造成了水導(dǎo)瓦嚴(yán)重?zé)齻黄韧C事件（自動化元件如電磁閥、流量信號器均未動作和發(fā)出信號）。
4 技術(shù)改造
4.1 針對推力徑向組合軸承進(jìn)油管口錯位問題，在充分領(lǐng)會設(shè)計原理和意圖的基礎(chǔ)上，將機架內(nèi)原管路取消（即封堵）。并設(shè)想在原管口向下游平移200mm的位置上重新開孔布設(shè)管路，經(jīng)查閱圖紙對照實物，分析認(rèn)為此方案行不通。原因是：機架是發(fā)電機的承重部件（機組為兩支點），同時還承擔(dān)著調(diào)節(jié)整臺機組的水平度和發(fā)電機定轉(zhuǎn)子空氣間隙的任務(wù)，所以機架在結(jié)構(gòu)上對強度和剛度要求很高，采用箱式結(jié)構(gòu)雙層鋼板焊接而成，鋼板厚度40mm。若在其上開孔（孔徑Z小在30mm以上）只有兩個途徑：一是鉆孔，二是氧氣割圓?，F(xiàn)場鉆孔不具備條件，返廠時間不允許；而現(xiàn)場割圓雖能完成，但無法保證機架局部受熱變形問題。
在對照實物時，發(fā)現(xiàn)徑向軸承座頂部（＋Y方向）有一加工通孔，孔徑為20mm，可否利用此孔作為潤滑冷卻油進(jìn)口？經(jīng)分析論證：機架上部布置有風(fēng)道（為不受力結(jié)構(gòu)），如果將管路由風(fēng)道進(jìn)入（筋板厚度20mm）連接到軸承頂部的加工通孔上，由于供油路徑的改變，潤滑冷卻油先進(jìn)入徑向軸承，然后流回推力油盆，這就充分保證了徑向軸承的潤滑冷卻油量，比原設(shè)計更為合理。認(rèn)為此方案可行，經(jīng)試驗改造后的軸承管路，供油效果良好。
4.2 針對槳葉操作壓力油泄漏問題，考慮到低位油箱內(nèi)的多余油量應(yīng)及時排出，同時應(yīng)將此部分“多余”油量及時補充到壓力油槽。改造時利用低位油箱的排油孔（制造時予留兩個排油孔），將兩臺油箱聯(lián)接后利用管路與漏油箱連接（低位油箱與漏油箱同高程）。由漏油箱上的油泵將“多余”油量直接送回壓力油槽。
另外將兩臺高位油箱也串聯(lián)起來，因為，兩臺機組在運行時，高、低位油箱的油位不可能在同一時間內(nèi)在同一刻度上，必定有差距，這樣兩臺機組可以互補盈虧，提高機組運行的可靠程度（在試運行期間，高、低位油箱內(nèi)的液位信號器因質(zhì)量問題，曾造成高位油箱內(nèi)的油量放空而未動作發(fā)信號，低位油箱內(nèi)的油量外溢而油泵未啟動而造成被迫停機事件）。經(jīng)改造后的廠內(nèi)油務(wù)系統(tǒng)聯(lián)成了一個整體循環(huán)管網(wǎng)，滿足了機組正常運行的需要。
5 幾點設(shè)想
?、僭诟呶挥拖渑c油庫之間增設(shè)一條聯(lián)絡(luò)管路；②在高位油箱與壓力油槽之間增設(shè)一條聯(lián)絡(luò)管路；③在低位油箱與壓力油槽之間增設(shè)一條聯(lián)絡(luò)管路；④在低位油箱與漏油箱之間增設(shè)一條聯(lián)絡(luò)管路；⑤在低位油箱與油庫之間增設(shè)一條聯(lián)絡(luò)管路；⑥建議在今后機組軸承潤滑供油管路設(shè)計時，從高位油箱到每臺機組應(yīng)盡可能采用獨立大口徑管道供油，到機組附近再分支管到軸承，這樣，一是減小管路的沿程和局部損失，保證供油壓力和油量；二是節(jié)省材料和減少安裝工作量；⑦建議制造廠在今后生產(chǎn)同型號機組時，把槳葉操作壓力油泄漏問題作為研究課題徹底解決。
增設(shè)以上管路及相應(yīng)附屬設(shè)備，即可將電站各自獨立的潤滑油系統(tǒng)和調(diào)速油系統(tǒng)改造成一個有機的整體的電站油務(wù)系統(tǒng)，將極大地提高電站運行的可靠程度，同時改善和減少了運行隱患及運行工作量。
聯(lián)系我們
0572-6238529
地址：浙江省湖州市長興縣太湖 街道明珠路818號國際商務(wù)樓10 樓22室
13967273466@163.com
公眾號
小程序
?浙江宇興傳動機械有限公司 版權(quán)所有 浙ICP備2021002843號