松江河公司石龙电站机组推力油槽甩油问题研究

2015-05-07魏玉国

机械工程师 2015年4期

魏玉国

（哈尔滨电机厂有限责任公司，哈尔滨 150040）

0 引言

松江河公司石龙水电站位于松花江流域松江河上游，是松江河公司梯级电站的第三级电站，石龙电站1、2号机组推力上导轴承自投产后一直存在甩油及上导、下导轴承间隙运行过程中逐渐增大并超标的问题。在机组大修中对其进行了处理，但效果不佳，并没有彻底解决，这影响机组的安全稳定运行，易造成定转子污染。广东长湖电厂［1］，广蓄电厂 6 号机［2］，二滩电站由加拿大 Hydro GE公司设计的6台550 MW水轮发电机［3］，云峰电厂1号水轮发电机［4］都曾受到过发电机油雾问题的困扰。目前国内没有成型的案例可供参考，需要研究推力轴承甩油的原因，并对其提出相应的解决方案。

1 组合轴承甩油原因分析

目前石龙电站推力及上导组合轴承循环油路见图1。石龙电站发电机为悬式半伞式机组，发电机设有上导轴承，下导轴承及推力轴承。上导轴承与推力轴承为组合轴承结构，共用一个油槽。组合轴承设置在上机架中心体中，通过油路循环将轴承损耗带走。油槽内设置有内循环油水冷却器，循环热油通过冷却器将轴承损耗传递给冷却水。

推力头与镜板为一体式结构，同时推力头还兼作为导轴承滑转子（轴领），在推力头导轴承位置加工有4个φ20导瓦润滑油泵孔，在镜板对着冷却器的位置加工有4个φ20镜板泵孔。在上导轴承支架上加工有16个φ30回油孔2。组合轴承油槽被分成3个相对独立的油腔，一个由导轴承支架分隔开的导瓦油室1，一个由冷却器及隔板分开的镜板泵压力油腔5及负压力油腔6。

润滑循环油路示意如图1所示，冷却后的润滑油通过导瓦润滑油泵孔3进入导瓦室，参与导轴承的润滑，润滑后的热油通过回油孔2进入镜板泵压力油腔，经过冷却器，再进入导瓦润滑油泵孔完成导瓦润滑油路循环。

图1 原机组组合轴承结构

冷却后的润滑油除部分进入导瓦油室外，还有部分进入镜板泵孔4及推力轴瓦之间，进入推力瓦之间的润滑油参与推力轴承的润滑后，在镜板离心力的作用下进入镜板泵压力油腔，经过冷却器进行热交换后，再次进入推力瓦间完成推力瓦的润滑油路循环。

导瓦润滑油量为67 L/min，导瓦润滑油泵孔油量为137 L/min，回油孔油流速度0.2 m/s，回油孔处局部压力损失为137 Pa。

推力瓦润滑油量为244 L/min，镜板泵孔油量为213 L/min，瓦间油流量按488 L/min估算，流经冷却器的油量为137+213+488=838 L/min，根据流经固定平行平板间隙的流量计算公式［5］

图2 翼片管冷却器

估算流经冷却器的压降。其中：b=6.8 m；δ=0.019 m；μ=0.043 Pa·s；l=0.14 m；估算压差p=3Pa。冷却器采用的是铜铝复合管，基管外径为φ16mm，翼片管外径为φ35mm，片距为3.2mm，片厚 0.33 mm。实际冷却阻力要大于上式计算压力。冷却器的照片见图2。实际冷却器的过流截面积要比模型计算小的多，按5倍系数估算该冷却器实际压降为15 Pa。

因此导瓦油室压力为137+15=152 Pa，估算导瓦液面会升高17.5 mm，同时油槽油量为5 m3，按油温度差20℃计算，油液体积从冷态到热态过程中，润滑油体积胀量为0.07 m3，导瓦油室液面升高为70 mm，油槽液位升高值为87.5 mm。从以上分析可以看出，引起导瓦液面上升的主要原因有：1）回油孔阻力，回油口越大，阻力越小，液位越低；2）导瓦油室截面积，面积越大，液位上升的高度越低；3）镜板泵压力油腔的背压，该处压力主要决定于冷却器的压差，压差越大背压越大，导瓦油室的液位也就相应增高，该冷却器为复合翅片管，比光管冷却器循环阻力要大。

综上分析，该机组甩油主要是以上原因，导致导瓦油室液面升高，飞溅的油液从推力头上的均压孔甩出，越过挡油管发生内甩油问题。

2 石龙电站轴承改造方案

2.1 局部小改造方案

预期目的：解决机组目前挡油管内甩油问题。

改造方案：增大上机架导轴承支撑板上方的上腔空间，增大存油、油雾空间，在支撑板上开孔，使向下回油方便，从而降低挡油管腔的油位；适当加高挡油管的高度，减少内甩；更换油冷却器，改善轴承冷却效果。

方案实施：1）加工推力头内径与轴配合段，为挡油管增高提供空间；2）加工一个支撑套，将加工后的推力头撑起，保证导轴承中心线不变，推力轴承支撑高度不变；3）将原油槽进行改造，重新加工油槽壁在原位置处后移增大油槽上部空间；4）在导轴承支架上重新加工多处回油孔，增大上腔存油向下流动的通道；5）重新加工一个油冷却器，改善冷却效果，对冷热油循环油路重新分割；6）重新加工一个短键置于推力头与轴之间，利用短键传递转轴到推力头的扭矩。

2.2 整体大改造方案

预期目的：1）解决机组目前挡油管内甩油问题；2）解决导轴承摆度不稳定问题；3）增大组合轴承的检修空间；4）提高上机架的径向及轴承刚度。

根据电厂反馈，目前现结构还存在如下一些问题：1）导轴承摆度不稳定，随着运行时间的增长，导轴承摆度不断增大，超过规定值，分析原因为导轴承支撑件加工精度不够，存在配合间隙。2）推力轴承检修空间太小，改造后增大了油槽，同时将中环板下移，增大了组合轴承的检修空间。3）将油槽整体下移，导轴承中心高程及推力支撑高程下移，增加了轴系的稳定性，同时可以降低液面，解决内甩油问题。4）上机架为负荷机架，承受机组的推力负荷，然而原上机架中心体与支臂采用大合缝板把和结构，径向及轴向刚度相对改造后的焊接结构较小，改造后的机架较原结构可以降低上机架振动。5）改造后的组合轴承油路更加合理，消除了原冷却器油流循环阻力过大，导致导瓦腔液面升高问题，从而避免了甩油的可能。同时冷却器采用落地安装方式，便于冷却器检修维护。6）导轴承支架与小改造一样，将导轴承支架上的油槽壁直径加大，同时开设多个回油孔，避免导瓦腔液面升高而出现的甩油现象。7）改造后的导轴承为楔板支撑结构，便于轴承间隙调整，同时增大了油槽，改善了油路。改造后增加了导瓦面积，降低了导瓦单位压力，可以降低导瓦温度。

实施方案：1）重新设计全新的上机架，取消原上机架大合缝板结构，改为工地焊接结构；2）组合轴承改为哈电机厂的传统结构。