立式水轮发电机推力轴承高压油顶起装置

肖先照

(哈尔滨电机厂有限责任公司， 黑龙江哈尔滨 150040)

立式水轮发电机推力轴承高压油顶起装置

肖先照

(哈尔滨电机厂有限责任公司， 黑龙江哈尔滨 150040)

介绍了立式水轮发电机推力轴承高压油顶起装置的结构及各主要部件的功能。介绍了高压油顶起装置的远方自动启动及现场手动方式、自动及手动退出运行方式，高压油顶起装置的控制逻辑。介绍了响水涧电站发电机高压油顶起装置在调试及试运行过程中出现的几种故障情况及其解决办法，可供其他电站在设计、安装、调试高压油顶起装置时作为参考。

立式水轮发电机；推力轴承；高压油顶起装置；推力瓦；镜板；油膜

0 引言

高压油顶起装置在机组起、停机时向推力头及轴瓦表面之间注入高压油，并且当机组发生蠕动时能自动启动运行。高压油顶起装置的设置能满足机组频繁启动和热启动的要求，为推力轴承的安全运行提供保障。笔者介绍了响水涧抽水蓄能电站的250 MW可逆式发电电动机组推力轴承的高压油顶起装置的结构、运行方式及常见问题的处理。

1 高压油顶起装置的结构

响水涧发电电动机推力轴承高压油顶起装置由液压系统和管路系统两个主要部分组成(如图1)。液压系统由交流泵组、直流泵组、节流阀、溢流阀、止回阀、压力开关、过滤器、流量开关和管路阀门部件组成。管路系统是连接液压系统和推力油槽的部件，由取油管路、溢油管路和高压油管路组成。高压油顶起装置的工作过程是交流泵组或直流泵组通过取油管从推力油槽取油，将产生的高压透平油通过高压油管路由分配器注入到每一个推力瓦和镜板间，形成承载油膜，将整个转动部分顶起(如图2)。

液压系统中每一个元件直接影响到高压油顶起装置启动的可靠性。掌握这些元件的结构特点及功能是分析和解决高压油顶起装置问题的关键。几个重要元件的功能介绍如下：

1. 推力瓦;2. 单向阀;3. 推力油槽;4. 分配器;5. 高压油管路;6. 溢油管路;7. 取油管路;8. 高压球阀;9. 低压球阀;10. 压力表;11. 压力开关;12. 流量开关;13. 高压过滤器;14. 溢流阀;15. 节流阀;16. 止回阀;17. 交流电动泵组;18. 直流电动泵组;19. 低压过滤器;20. 高压油顶起柜

图1 高压油顶起装置系统图

1) 交流泵组和直流泵组

交流泵组由AC380V,30 kW电机驱动，直流泵组由DC220V,30 kW电机驱动。交流泵组为正常工作泵组，直流泵组为备用泵组。当交流泵组出现故障或断电时，直流泵组能自动投入运行。

1. 推力头镜板； 2. 推力瓦； 3. 油槽盖； 4. 下导轴承瓦； 5. 高压油管路系统； 6. 高压油顶起柜； 7. 下机架； 8. 推力支撑； 9. 下导挡油管

图2 推力轴承装配及高压油顶起装置

2) 节流阀

依靠节流阀内设置的弹簧来控制阀门的开启与关闭让电机启动时负载较低，达到软启动的目的。

3) 溢流阀

为了保护液压系统内部管路、阀门和元件而设置。当电机出现故障或其它原因导致管路内压力超过溢流阀设定值时，溢流阀就开启让管路泄压。由于高压油顶起装置的顶起压力为16 MPa，故溢流阀的压力设定值为17 MPa，管路内压力超过此压力就通过溢流阀泄压。

4) 过滤器

液压系统中有低压过滤器和高压过滤器。低压过滤器也称粗过滤器，能过滤到125 μm的颗粒；高压过滤器也称精过滤器，能过滤到25 μm的颗粒。设置它们的目的是防止油槽内杂物进入高压管路内损坏泵和推力瓦。过滤器堵塞时能发出警报，需定时对其清理维护。

5) 压力开关

液压模块上安装有三个压力开关。控制部分根据这三个压力开关发出的信号来判断高压油顶起装置启动状态，并将顶起成功的信号传给监控。

2 高压油顶起装置的启动、退出运行及控制逻辑

高压油顶起装置的启动和退出都具有自动和手动两种功能。自动功能用于机组启停走自动流程，属重要功能，而手动功能在机组的盘车和高压油顶起装置的调试过程中才用到。高压油顶起装置的启动主要是交流泵的自动启动，启动成功与否还受启动时间和内部逻辑判断条件限制。

2.1 高压油顶起装置的启动运行

高压油顶起装置的启动分为远方自动启动和现场手动启动。当动力控制柜上高压油顶起装置的控制旋钮处在“现场”控制位置，可直接按动力柜上交流泵或者直流泵的启动按钮就可以启动。当控制旋钮处在“远方”控制位置机组处于备用状态时，监控给启泵令或者机组蠕动即机组转速n>0.01nN(额定转速)时，交流泵也会自动启动。另外，在机组运行的过程中控制系统收到停机启泵令或者机组转速n<0.95nN(额定转速)也会自动启动交流泵组。

2.2 高压油顶起装置的退出运行

高压油顶起装置的退出也分自动和手动退出。手动退出与启动类似，都是在控制柜面板上操作按钮来完成。而在停机的过程中，控制系统收到0.01nN信号后延时3 min退出。

2.3 高压油顶起装置运行逻辑判断

机组静止时高压油顶起装置的顶起成功过程实际上是建立油压达到峰值16 MPa，而后泄压达到稳态值10 MPa的过程。控制系统根据此特点，设置三个压力开关来模拟高压油顶起装置油压特性曲线(图3)。1号压力开关整定值为5 MPa， 2号压力开关整定值为12 MPa， 3号压力开关整定值为14 MPa(三个压力开关的整定值均考虑了动作裕度)。而机组停机或者转速n<0.95nN时投入高压油顶起装置则不一样。机组转速较高，推力负荷主要靠刚性油膜承载，高压油顶起的过程是一个压力上升到9 MPa后泄压的过程。

图3 响水涧高压油顶起装置油压特性曲线

以下分两种情况详细介绍：

1) 启机过程启动高压油顶起装置。高压油顶起装置控制系统接收到启动令开始走判断流程，40 s内1号， 2号和3号压力开关在压力上升的过程中动作，2号和3号压力开关在压力下降的过程中断开，最后只有1号压力开关一直处于接通状态，控制系统则认为高压油顶起装置顶起成功并将信号传给监控，监控流程继续。否则判定顶起失败，监控收不到顶起成功的信号，启机流程终止，启机失败。

2) 停机过程中启动高压油顶起装置。高压油顶起装置的控制系统接收到停机令或者收到机组转速n<0.95nN信号开始走判别流程，10 s内1号压力开关动作并且保持住，控制系统将高压油顶起装置顶起判定为顶起成功并将信号传给监控。否则判定顶起失败，直流备用泵组自动投入运行。

3 高压油顶起装置常见问题分析和处理

响水涧4台机组在调试和试运行的过程中，推力轴承高压油顶起装置出现过一些问题。经过对这些问题仔细分析并最终解决，具体如下：

1) 高压油顶起装置启动运行过程中有异常响声，异常响声如同放鞭炮。此异常响声来源于泵内发生在机组刚启动阶段，管路内的空气循环到泵内空化而发出的声响。此异常响声不会对高压油顶起装置有危害，解决方法为：①让机组在现场手动启动几次可以让管路内空气排尽。②将高压油管路上的高压阀关闭，将溢流阀松开启动高压油顶起装置，让油走溢油管路循环回到油槽，将管路内空气排尽。③直接启动高压油顶起装置，再启动机组，这样既能让油槽内部气泡排尽，又能让高压油顶起装置内部管路的气泡排尽。

2) 高压油顶起装置在40 s内没完成建压导致机组启机失败，在停机的过程中频繁出现10 s内建压不成功导致交流泵切换到直流泵。出现这样的问题是节流阀出现了问题。节流阀专为泵组软启动而设置，在交流泵组或直流泵组启动后通过节流阀泄压。节流阀在泵组软启动后不能迅速关闭，这样高压油顶起装置建压时间会超时，会导致机组启机失败和交流泵切换到备用直流泵。解决此问题的最好方法是更换质量可靠的节流控制阀。

3) 4号机高压油顶起装置建压过程完成，却无顶起成功信号送到监控导致启动失败。在压力校验平台上对压力表校验得知2号压力开关回差较大，压力上升到12 MPa时发出闭合的动作信号，压力下降到8 MPa时才断开。然而高压油顶起装置的泄流压力为10 MPa， 2号压力开关不能断开，控制系统逻辑判断缺少条件，顶起失败。解决办法是更换压力开关，压力开关的回差需在±0.5 MPa以内。

4) 建压最高为10 MPa，顶起过程无法完成，高压油顶起装置顶起失败。对节流阀，溢油阀检查发现溢流阀被杂质卡死，导致一部分油通过溢流阀走溢油管路，所以建压无法完成。解决措施是将溢流阀上杂质清除或者更换新的溢流阀。

5) 高压油顶起装置停止后，压力表显示压力为5 MPa，监控有高压油顶起装置顶起的信号。正常情况下是停泵后压力在几分钟内缓慢降为零，出现这种现象就是因为高压管路中单向阀和止回阀损坏了，整个管路有压力了。这个压力来自推力瓦和镜板间油膜的压力。

4 结语

高压油顶起装置是重要的辅助设备，其运行的可靠性直接关系到推力瓦的安全运行。掌握高压油顶起装置的结构原理和控制逻辑是分析和处理问题的关键，有利于检修和维护。对响水涧电站高压油顶起装置在调试及运行过程中出现问题的分析和处理能加深其结构原理和控制原理的理解，也能为其它电站类似的问题的解决提供参考。

肖先照，男，1981年生，工程师，长期从事水轮发电机的设计工作。