滤油磁栅在调速器液压系统中的安装与应用

2016-03-17廖润，邵建林，陈杰

四川水力发电 2016年1期

关键词：液压系统磨损

廖　润，　邵建林，　陈　杰

(二滩水力发电厂，四川攀枝花　617000)

滤油磁栅在调速器液压系统中的安装与应用

廖润，邵建林，陈杰

(二滩水力发电厂，四川攀枝花617000)

摘要：调速器液压系统存在很多金属动静配合面，在运行中高频往复运动、磨损产生细小的金属颗粒，是透平油污染物的主要成分；同时，调速器液压系统内各部件间的高精度配合对油质要求高，透平油的污染度对系统工作的可靠性具有重大影响。通过在调速器回油箱中安装滤油磁栅，能有效吸附透平油中的细小金属杂质、净化油品，提高调速器系统的可靠性。

关键词：液压系统；磨损；滤油磁栅；金属颗粒；透平油；二滩水电站

1概述

二滩水电站位于攀枝花市境内的雅砻江下游，装有6台单机容量为550 MW的混流式水轮发电机组。调速器液压系统使用#46汽轮机油，系统工作压力为6 MPa，系统由油压装置、调速器、接力器、功能阀等组成。

油压装置由油泵、阀组、管路、压力油罐组成，3台主油泵及1台辅助油泵安装在回油箱上，均为立式三螺杆泵。油泵的卸载、加载通过泵出口阀组及其先导电磁阀控制。

机组调速器采用瑞士HYDRO VEVEY公司设计制造的双微机MIPREG600型，调速器三级伺服阀由电液转换器、辅助接力器、差动接力器以及主配压阀组成。其中电液转换器属于喷嘴挡板与滑阀结合式的伺服阀，其作用是将电流信号按比例转换为辅助接力器活塞的相对位移，从而使一体化的差动接力器活塞与主配压阀阀芯一起运动，最终控制导叶接力器动作。调速器三级伺服阀的控制压力油源取自油压装置压力罐，经油过滤器(PALL品牌HH8670C16KTSBM型)过滤后接入控制回路，滤芯精度为25 μm。

2调速器油系统污染引发的故障情况

调速器油系统的油质污染对整个调速器系统的工作可靠性具有重大影响，因油质污染引发的常见故障有卡涩、拒动、误动、报警，尤其是金属杂质还会引起主配、接力器等的密封面磨损，增大内漏。二滩水电站机组投运以来，曾发生类似事件，据分析，产生这种情况的原因有以下几种。

(1)由于机械杂质堵塞伺服阀喷嘴或节流孔而导致机组自行增、减负荷，如2002年2月2日，#1机因伺服阀节流孔被杂质堵塞而导致机组溜500 MW负荷，系统频率降低至49.76 Hz；2013年11月8日，#2机调速器伺服阀节流孔被杂质堵塞导致导叶开度不稳定，经检查发现油过滤器滤芯松脱；2015年1月6日#5机停机时，因伺服阀上喷嘴被一金属铁屑局部堵塞导致导叶在全关状态下出现调速接力器抽动现象。

(2)多次发生油过滤器滤芯被污染物堵塞导致压差高报警，从而被迫缩短维护周期，如2013年8月1日，#2机调速器油过滤器因滤芯被油污堵塞导致压差高报警；2014年10月4日，#3机调速器油过滤器因滤芯被油污堵塞导致压差高报警。

(3)由于压油泵出口电磁阀阀芯卡涩导致油泵无法加载，如2011年2月20日，#6机油压装置#1压油泵由于电磁阀阀芯卡涩导致运行不加载；2013年5月11日，#3机油压装置#3压油泵由于电磁阀阀芯卡涩导致运行不加载。

(4)由于透平油中污物楔入伺服阀间隙引发液压卡紧故障[1]，如2009年8月4日，#5机伺服阀液压卡紧故障，导致机组负荷调整时初期调节滞后，调整后期又超调与振荡。

3透平油污染物及其危害分析

3.1透平油污染物分析

经观察，调速器系统透平油中的污染物主要有两类：一类是附着在回油箱内壁上或沉积在回油箱底部形成油泥的黑色杂质，调速器伺服阀、辅助接力器上也附着有大量此类杂质；另一类是金属颗粒杂质，其直径在1 mm以下，沉积在回油箱和压力油罐底部，经分析其多数来自于压力油罐补气管路中的锈蚀物；其中前一类杂质占绝大多数。

2011年9月，电厂委托攀枝花市攀研科技产业有限责任公司对#5机调速器回油箱底部油样进行了检测分析，检验标准为《在用润滑油磨损颗粒试验法(分析式铁谱法)》(SH/T0573-93)，分析试验结果表明：

(1)油样中的磨粒绝大多数形态表面光滑，呈薄片状，颗粒细小均匀，其长轴尺寸范围主要为5～25 μm，部分为0.5～5 μm，少量为25～50 μm，其厚度为0.15～2.5 μm，长轴尺寸与厚度之比大约为1.5∶1～20∶1，磨粒的长轴方向按磁力线方向排列，常温下磨粒表面呈亮白色，判定为铸铁或钢磨粒。

(2)系统中存在许多金属磨粒嵌在透明非晶体的基体上，可以判定该物质为摩擦聚合物，是润滑剂在临界接触区受到超高应力作用而产生的。金属磨粒被摩擦聚合物包围，导致液压油粘度过高。

3.2透平油污染物危害分析

(1)根据上述检测结果得知，此类黑色杂质即金属磨粒是由运动副的磨损产生，整个调速系统可能产生此类金属磨粒的运动副有2个：一是调速接力器(用于活塞或活塞环与活塞缸之间)；二是主配压阀(用于阀芯与阀体之间)。接力器与主配压阀处于调速器系统主操作油回路中，而在油路中仅设有粗滤网，故无法对此类金属磨粒进行过滤。金属磨粒产生于运动副的磨损，同时，随系统油流循环至运动副又将加重磨损。

(2)金属磨粒长轴尺寸范围主要为5～25 μm，而三级伺服阀控制油路油过滤器所配用的型号为HC9600FKT8H的滤芯过滤精度为25 μm，不能对细小金属磨粒进行很好的过滤，虽然其尺寸不足以对伺服阀喷嘴和节流孔造成堵塞，但其可能淤积至伺服阀间隙而导致液压卡紧故障。

(3)透平油中污染物较多，可能导致滤芯被快速堵塞进而导致油过滤器压差高报警，缩短维护周期。

(4)金属磨粒可能淤积至压油泵出口阀组电磁阀阀芯处，导致电磁阀卡涩拒动、油泵无法加载。

(5)第二类较大的金属颗粒杂质在正常情况下能被伺服阀控制油路中的过滤器所过滤，但由于滤芯依靠预紧力安装，若预紧力较小则可能导致滤芯松脱，控制油流未经过滤直接进入伺服阀，将造成喷嘴或节流孔堵塞。

4滤油磁栅的设计及安装

由于透平油中的污染物成分主要为金属颗粒杂质以及由铸铁或钢磨粒被摩擦聚合物包围组成的杂质，均具有受磁性吸附的特性，故考虑在调速器回油箱中安装滤油磁栅，采用磁性吸附对污染物进行去除。

回油箱总体尺寸为3 200 mm×2 100 mm×1 200 mm，回油箱进人孔位于顶部，尺寸为610 mm×410 mm。回油箱内部分为回油区和吸油区，两区域之间装有滤网。压油泵布置于吸油区；回油区设有两块高度为400 mm的隔板，形成一条迂回流道，以引导机组调速系统回油均匀通过滤网进入吸油区(图1)。

图1　调速器回油箱结构示意图

针对回油箱内回油区被隔板分隔成迂回流道的结构，拟定了以下解决方案：

(1)设计、制作3个立方体滤油磁栅，其外部为不锈钢框架，设置把手以便于搬运及安装；内部垂直于油流方向错列分布3排磁棒，磁棒由不锈钢管内填充永磁性材料制成。

(2)滤油磁栅的安装位置考虑2个因素：①让所有从回油区进入吸油区的透平油都能经过滤油磁栅的吸附过滤；②回油箱内布置有油泵回油管，进人孔上安装有插入式油位传感器，滤油磁栅的安装位置需在现有空间条件下选择。最终确定将滤油磁栅安装于进人孔右侧与#3油泵回油管之间。

(3)滤油磁栅的尺寸需考虑3个因素：①被隔板分隔成的迂回流道宽度不同，各滤油磁栅宽度需与流道宽度一一对应；②滤油磁栅的整体长度需结合现场实际，满足插入式油位计与#3油泵之间的空间限制；③回油箱正常运行油位为450 mm，最高运行油位为550 mm，滤油磁栅高度应与最高运行油位相适应。

(4)安装方法：将3个磁栅并列放置在回油箱内的迂回流道中，在框架把手同一高度钻φ10通孔，用螺栓将磁栅两两把合并用金属管箍将磁栅与#3油泵回油管绑扎固定，使磁栅在回油箱工作油流中能保持稳固(图2)。

图2　滤油磁栅在回油箱中的安装与固定

2013年机组检修工作中，在#6机调速器回油箱中首次安装了滤油磁栅，3个滤油磁栅尺寸(长×宽×高)分别为320 mm×250 mm×550 mm、320 mm×380 mm×550 mm、320 mm×320 mm×550 mm。其中磁栅长度确定为320 mm，以使3排磁棒间距适宜，根据流道宽度确定磁栅宽度、根据回油箱最高工作油位确定磁栅高度为550 mm。

5滤油磁栅的使用效果

(1)滤油磁栅能大量吸附杂质。2014年，在#6机检修工作中，发现滤油磁栅有效吸附了透平油中的大量机械杂质(图3)，淤积在回油箱底部以及附着在回油箱内壁上的油泥均大大减少；同时，油泥被吸附固定，不再随油流循环进入调速器液压系统，从而减小了设备运动副的磨损。

(2)安装滤油磁栅后油样颗粒度数据改善。统计分析，#6机回油箱安装前后2 a的回油箱定期油样化验结果显示：安装滤油磁栅前，#6机回油箱油样颗粒度均值为15.9/12，安装后均值为14.6/10.7，回油箱内透平油污染度有明显改善(表1)。