镜板泵外循环推力轴承冷却系统故障的诊断及处理

龚在礼， 罗 成

(1.四川电力职业技术学院，四川 成都 610072;2.映秀湾水力发电总厂，四川 都江堰 611830)

镜板泵外循环推力轴承冷却系统是一种典型结构，在水力机组中广泛应用，其基本结构和工作原理如图1所示。当机组运转时，与镜板6在同一高度的热油被镜板泵离心力甩出到圈瓦(集油环)7内，经推力外循环热油管12进入油冷却器(图中未画出)，冷却后经过滤器(图中未画出)冷油回油管11进入外循环回油环管10，回油环管内的冷油在油压作用下进入冷油喷油管8后经喷油口喷出，对推力瓦9进行冷却和润滑，冷油经推力瓦和镜板摩擦做功后变为热油，并受后续喷射的冷油挤压及本身热比重降低而上升至镜板位置，又被镜板泵甩出进入圈瓦内，如此循环往复。

镜板泵外循环推力轴承冷却系统结构复杂，故障频发且诊断困难，笔者根据实践经验和理论分析，对故障进行了归类总结。在此基础上，介绍了利用“排除法”诊断故障的实例，供同行参考。

1 镜板泵外循环推力轴承冷却系统常见故障

根据运行和检修经验，镜板泵外循环推力轴承冷却系统常见故障按其性质不同可分为表计及表计回路故障、水回路故障、油回路故障三类。

(1)表计及表计回路故障。

表计及表计回路故障是指轴承冷却系统正常，而温度计、压力计、流量计、信号器等因其自身的故障以及它们的测量回路中的基础自动化原件，如温度传感器、压力传感器、位移传感器触点的拒动或误动、电气回路端子接触不良等使表计读数失真、造成冷却系统故障的假像。

(2)水回路故障。

图1 镜板泵外循环推力轴承示意图

水回路故障是指冷却系统中提供冷却水的回路中某一部件或环节故障，使得冷却水量减少或中断，被冷却对象(油)温度升高。常见故障有:在汛期，冷却水质较差，冷却水管路堵塞造成水量减少;运行中，当技术供水系统运行方式改变，造成冷却水压过低;运行人员对设备不熟悉或粗心，误关水回路阀门使冷却水中断。

(3)油回路故障。

油回路故障是指冷却系统中提供冷却油的回路中某一部件或环节故障，使得冷却油量减少或中断，被冷却对象(轴瓦)温度升高。常见故障有:机组较长时间低速运行，镜板泵的扬程减小，油循环动力不足;镜板离心甩油孔与圈瓦(集油环)高程偏差过大，导致油流量减少;镜板甩油孔开孔斜向角度加工不符合设计要求，镜板泵运行时不能发挥设计循环功率;油中的杂质使油滤网堵塞，导致循环流量减小;圈瓦与管路之间的橡胶鼓膜破裂，油被部分短路，只有少量油参与了冷却循环;油回路阀门开启不到位或漏开启，冷油被部分或完全切断等。

运行经验表明:当送入冷却器的油量减少时，冷却器的进出油温差增大，此时，应对油回路进行检查;当进入冷却器的水量减少时，进出油温差减少，此时，应对供水回路进行检查;当进入冷却器的油或水完全中断，冷却器失去冷却效果，进出油没有温差且与环境温度接近。

2 镜板泵外循环冷却推力轴承故障诊断实例

某水电厂3号机组扩大性大修结束后，一次性启动成功，并完成启动方案所规定的各项试验及满负荷发电，各项运行参数(含振动与摆度)稳定，但机组推力瓦温指示值偏高。检修人员利用“排除法”对3号机进行了故障诊断，成功地找出了故障原因。

(1)3号机组启动前，已对该机组冷却系统表计及表计回路进行了试验检查，确认表计及表计回路无异常，表计及表计回路故障可排除。

(2)检查3号机组冷却油出口温度为24.2℃～26.6℃，进口温度为 43.9℃ ～44.6℃，见表1，温差达17.6℃ ～20.4℃，正常运行的1号机温差为10℃ ～10.5℃，3号机冷却油温差明显偏大，水回路故障可排除，重点检查油回路故障。

表1 1、3号机推力运行参数及安装数据比较表

(3)3号机在额定转速下稳定运行，镜板泵扬程未减小，油循环动力不足可排除。

(4)检查3号机冷却系统油回路阀门开启正常，可排除油阀门开启不到位或漏开油阀门现象。

(5)检修人员对3号机冷却系统油过滤器滤网进行了反复的清扫，推力瓦温在高位逐渐稳定下来，但在较长的一段时间内仍有小幅上涨的趋势。机组在运行近半个月的时间里，检修人员继续对推力瓦温进行了不间断的监测，且每天清扫一次滤网，滤网已很清洁，回装后观察，瓦温仍然偏高，遂拆除滤网，经过全天近9 h的监测，发现推力瓦温逐渐稳定，但3号机推力瓦温仍较1号机高2.9℃ ～5.2℃(表1)，油滤网堵塞可排除。

(6)3号机和1号机油冷却器是委托厂家重新制造的，其型号和冷却功率相同，并经厂家进行严格的质量检查，油冷却器本体不会有堵塞;对冷却器本体以外的进油管、回油管、环管、喷油管在检修中进行了重点反复清扫，清除油垢，清扫泥沙，用清洗剂冲洗，最后用风管吹扫干燥，对于较长的管路进行了分解分段清扫。在机组回装时，用面粉蘸干净细微杂质，在对机组进行初次加油冲洗后，将油排掉，然后加清洁新油，在机组启动、各项试验完成后，对推力油槽中的热油用新油更换，油循环管路堵塞可排除。

(7)各部管路回装时，更换了所有的密封垫，并按标准工艺回装，接口漏油可排除。

(8)检查圈瓦与管路之间的橡胶鼓膜完好，无破裂现象，鼓膜破裂造成油被部分短路可排除。

(9)实测镜板甩油孔开孔角度，镜板与圈瓦高程对中性均符合制造厂设计要求。

通过上述常规检查，已排除了常见油回路故障的全部可能性。但推力瓦温仍然偏高，冷却油进出油温差仍然偏大，说明油回路故障仍未消除。

经对表1数据进一步分析，1号机推力冷却器进油压力为 0.2 ～0.25 MPa，3 号机为 0.02 ～0.025 MPa，3号机进油压力明显偏低，因此，可推测:故障原因极可能是镜板与圈瓦的配合。经检修人员测量，3号机镜板与圈瓦之间的配合间隙值为2.5 mm，1号机为1.5 mm。3号机比1号机大1 mm。其漏油量计算如下:1号机镜板及圈瓦没有更换，直径1 400 mm，加上1.5 mm的间隙，1号机圈瓦内径应为1 400+1.5=1 401.5(mm)。3号机镜板已更换，圈瓦没有更换，3号机圈瓦内径应为1 401.5 mm，3号机镜板直径应为1 401.5－2.5=1 399(mm)。3号机镜板泵漏油面积比1号机大:3.14×(1 400/2)2～3.14×(1 399/2)2≈2 197(mm2)。由于镜板与圈瓦上侧间隙有一推力铝合金密封圈18，可以认为该密封圈对于镜板与圈瓦间漏油有较好的阻碍作用，漏油可忽略不计，故只计算镜板与圈瓦间隙下部的漏油，即漏油面积为2 197 mm2。内径为50 mm的外循环热油管12截面积为3.14×(50/2)2≈1 962(mm2)，即3号机镜板泵下部漏油面积至少比一根外循环热油管12的面积还多一点。冷却系统共有4根外循环热油管12，3号机相当于只有3根在工作。因此，可以判断:因镜板与圈瓦间隙值过大，3号机推力油槽内的冷油流量不足是造成推力瓦温度偏高的直接原因。因此，只需在下次机组大修时拆卸推力油槽，对圈瓦内径作减小处理使其与镜板配合间隙符合要求即可。

3 结论与建议

经综合分析后得知，某厂3号机组推力瓦温偏高的原因是新镜板与旧圈瓦之间配合间隙过大，从而造成部分热油未经冷却器，使冷却系统中的冷油量不足，导致推力油槽内油温偏高，致使推力瓦温偏高。建议在机组大修中，如遇零部件改造加工，须在回装前，实测新老零部件的配合间隙及相关尺寸，并将其作为对改造后零部件加工质量的最后一道检验工序，防止因改造后零部件的不合格而导致整个机组检修不合格。

[1]陈轶华，等.水轮发电机原理及运行[M].北京:中国水利电力出版社2009.