桐柏水轮机组轴承运行系统存在的问题及技术改造

(天台县桐柏电力工程管理局，浙江 天台 317200)

1 水电站基本概况

浙江省天台县桐柏水电站原装机容量2×4000kW， 1976年建成投产。2002年因桐柏抽水蓄能电站筹建，原发电水库置换到黄龙水库，并对原水电站进行报废电站重建，装机容量2×5000kW。

桐柏水电站水轮发电机组工作水头300m，转速1500r/min，采用混流卧式机组，前导径向轴承、后导推力径向轴承，冷却润滑油系统采用外循环系统。

2 轴承冷却润滑油循环系统工作原理

轴承具有对机组大轴轴向和径向移动的承载作用。它们的一动一静之间将产生极大的摩擦力。如果没有润滑油就会磨损大轴，瞬间释放大量的热量，甚至烧毁轴承。为减少大轴和轴承之间的摩擦力，在它们之间加入润滑油，在轴和瓦之间形成一层薄薄的油膜将它们分开，避免轴和轴瓦之间直接接触，热量由润滑油带走。不管在多大压力作用下，油都不会完全断开，而是会形成油膜，这样，只要循环润滑油，就能起润滑和冷却作用。

3 轴承冷却机理及润滑油循环工作过程

轴承冷却润滑油循环系统由3台交流油泵、1台直流油泵、1个回油箱、1个高位油箱、2台冷却器、若干阀门和管路系统组成，1号和2号水轮发电机组共用1套冷却润滑油循环系统(见图1)。

图1 冷却润滑油循环系统

回到油箱中的油通过3台交流油泵(1台直流油泵备用)抽至高位油箱中，使高位油箱油位回到正常水平。机组开机时，先开启油泵使冷油器工作正常。然后自动打开电磁阀(手动开启旁通阀备用)，高位油箱中的油在重力作用下流经冷油器后，经水轮机组轴承盖顶部进入轴承，在轴瓦和大轴的接触面上形成油膜，等达到一定的流量后，轴承底部出油管上的示流信号器动作发出信号，机组具备开机条件。机组运行中，冷却后的热油靠自身重力回流到回油箱中。构成了轴承冷却润滑油循环系统。

正常停机时，导叶关闭再延时一段时间后自动关闭电磁阀，中断油循环，等高位油箱油位足够高(停止位)，油泵停止工作。紧急停机时，高位油箱有足够的油靠重力继续为轴承供油，保证机组能够安全停机。

4 运行中存在的问题分析

经过多年的运行，笔者发现存在的问题如下：

第一类问题：示流信号器故障(信号中断，实际油循环正常)，导致机组不能正常开机，运行中的机组也会紧急停机。

示流信号器反映回油管中油流是否正常，如果回油管中没有油流经过，机组必须紧急停机。这个信号送至监控计算机，如果实际回油管中油流正常，但是示流信号器送到监控计算机的信号中断，机组同样会发出紧停信号。

第二类问题：由于水轮机剪断销剪断导致机组停机时间过长，使轴承油循环系统在机组没完全停止转动前电磁阀自动关闭而断油，正常停机变成紧急停机。

电磁阀关闭命令来自机组停机信号，但是当机组停机出现故障，不能在正常时间内停下来时，如果发出关闭电磁阀的信号，轴瓦也会烧坏。

第三类问题：由于轴承冷却润滑油循环系统的电磁阀或变送器故障自动关闭电磁阀，导致轴承断油，而发生紧急停机。

由于关闭电磁阀的信号需要通过变送器传输，如果变送器异常，错发信号关闭电磁阀，轴承就会断油而发生紧急停机。

第四类问题：由图1可以看出，只有1台机组运行的情况下，另一台机组也开通轴承油循环，增加了总轴承冷却油的使用量，使油泵的工作时间增加一倍，既浪费厂用电，又缩短油泵寿命。

可由电磁阀分别控制进油管，只要保持运行中电磁阀常开，并加上闭锁装置，就能保证机组运行中轴承冷却油稳定循环。开闭电磁阀由开停机控制，这样就能在1台运行、另1台待机的情况下减少一半的冷却油循环量，相应也就减少了一半油泵运行时间。

5 改造办法

5. 1 抬高冷却油回油管出口

把冷却油回油管出口抬高，使回油管的最高点和轴承的正常工作油位相当，这样可保持出油口在轴承底部，既能使轴承中的油正常交换，又可以始终保持油位正常，形成一种简单的内循环。在外循环中断的情况下也能有足够的时间关闭机组而使轴承温度保持在承受范围之内。

5.2 最高点安装一个呼吸器

如果没有呼吸器，由于回油管到油箱之间是密封的，会因倒虹吸作用把轴承中的油排完。安装了呼吸器后，就能保证轴承中低于正常油位的油不会被吸走。同时，呼吸器中装有干燥剂，也不会让空气中的水分进入油管中(见图2)。

图2 呼吸器位置示意

5.3 分开控制2台机组的进油管

给2台机组的进油管分别安装双稳台型常开电磁阀，分开控制。这里说双稳台型常开电磁阀，即给电开启电磁阀后立即断电，此时电磁阀保持开启状态，关闭需要再次给电才能完成。这样即使在控制回路出现断线、螺丝松动、变送器损坏等情况下，电磁阀也始终保持开通状态。保证油循环系统稳定可靠。同时，2台机组分别控制进油，在开1台的情况下，可以节省一半的用油量，减少了油泵的工作时间。

改造后，轴承中油温和油位监测系统保持不变。改造后的冷却润滑油循环系统见图3。

图3 改造后的冷却润滑油循环系统

6 改造效果与效益分析

天台县桐柏水电站技术改造后，提高了轴承冷却润滑油循环系统的可靠性，减少了没必要的事故停机；由于轴承中始终保持运行中的正常油位，极大减少了轴瓦烧坏的可能性，减少了检修费用和工作量。

桐柏水电站同时承担着为城区自来水厂提供原水的任务，一年中很大一部分时间都是运行1台机组。油泵的运行时间减少一半，初步估算，每年节约2万kW·h厂用电，同时， 也延长了油泵的使用寿命。

7 结 语

通过对天台县桐柏水电站运行中出现问题的分析，找出了问题存在的主要原因，在不做重大改动的前提下，提出了行之有效的办法，减少了运行和检修成本，提高了水电站运行稳定性及水电站发电的经济和社会效益。本文所述可为其他水电站遇到类似问题时提供处理经验。