張富春，楊 舉，王 濤

（中國(guó)長(zhǎng)江電力股份有限公司，湖北 宜昌443002）

1 概述

某電站機(jī)組為軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)組，經(jīng)過(guò)改造后，目前某電站機(jī)組裝機(jī)容量均為150 MW。該機(jī)組改造后的水導(dǎo)瓦結(jié)構(gòu)為斜楔支撐結(jié)構(gòu)形式。水導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)主要由軸領(lǐng)、軸承體、水導(dǎo)瓦、內(nèi)擋油筒、外油箱、水導(dǎo)瓦間隙調(diào)節(jié)裝置、軸承蓋等組成。水導(dǎo)軸承的設(shè)計(jì)冷卻方式為自循環(huán)水冷，在支持蓋圓周方向設(shè)置4個(gè)外油箱，通過(guò)與江水的接觸來(lái)冷卻在水導(dǎo)內(nèi)、外油箱循環(huán)流動(dòng)的透平油（圖1）。

圖1 水導(dǎo)軸承透平油流向圖

水輪發(fā)電機(jī)組的熱量一般都是由于機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部件與固定部件之間發(fā)生接觸摩擦產(chǎn)生的，這些熱量將會(huì)提高相關(guān)設(shè)備的溫度。而溫度過(guò)高，將會(huì)直接影響機(jī)組正常運(yùn)行，弱化部件功能，甚至?xí)s短機(jī)組相關(guān)設(shè)備的正常使用年限。為了使機(jī)組設(shè)備更好的運(yùn)轉(zhuǎn)，在機(jī)組設(shè)計(jì)過(guò)程中就會(huì)通過(guò)合理有效的方法將因機(jī)組部件接觸摩擦升高的溫度降低，控制在可允許的條件內(nèi)。某電站機(jī)組的水導(dǎo)油槽設(shè)計(jì)成內(nèi)油槽與外油箱，水導(dǎo)軸承等部件浸泡在內(nèi)油槽，而外油箱安裝在 支持蓋上，緊挨著江水。因此，水導(dǎo)軸承因摩擦產(chǎn)生的熱量通過(guò)內(nèi)油槽透平油與外油箱的循環(huán)流動(dòng)傳送至外油箱，而支持蓋外部的江水通過(guò)與外油箱的接觸最終將水導(dǎo)油槽的熱量吸收，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)水導(dǎo)油槽的自循環(huán)水冷，保障水導(dǎo)油槽各工件在合適的工作溫度下運(yùn)行。

2 油位波動(dòng)異常現(xiàn)象

某電站機(jī)組經(jīng)改造后水導(dǎo)軸承存在甩油過(guò)高的情況，部分機(jī)組在運(yùn)行時(shí)其油位較停機(jī)時(shí)的油位高出128 mm，導(dǎo)致水導(dǎo)軸承運(yùn)行時(shí)油位易超高限。對(duì)水導(dǎo)油位波動(dòng)情況較嚴(yán)重的機(jī)組進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如表1所示。

表1 水導(dǎo)油位波動(dòng)情況表

水導(dǎo)軸承油位出現(xiàn)異常時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)水導(dǎo)油槽內(nèi)油液流態(tài)紊亂，油液中摻雜有大量氣體，表層油液呈泡沫狀，在油槽上形成懸浮狀隨大軸旋轉(zhuǎn)方向環(huán)流。拆卸油位計(jì)進(jìn)行檢查，油位計(jì)浮筒能正常動(dòng)作，油位計(jì)顯示裝置未發(fā)現(xiàn)異常。

3 原因分析

為了更好的促進(jìn)潤(rùn)滑油在油槽里循環(huán)流動(dòng)，一般在水導(dǎo)軸承的結(jié)構(gòu)中，水導(dǎo)主軸軸領(lǐng)都會(huì)設(shè)計(jì)成軸領(lǐng)下部開(kāi)油孔，油孔形式有2種，一種油孔是徑向，另一種油孔是與徑向成一定角度的進(jìn)油孔。軸領(lǐng)下部油孔隨著主軸轉(zhuǎn)動(dòng)充當(dāng)著油泵的角色，將潤(rùn)滑油在軸瓦與軸領(lǐng)間的空隙內(nèi)流動(dòng)，并充滿水導(dǎo)油槽內(nèi)的軸瓦。在主軸帶動(dòng)下，油孔里的油呈高速狀態(tài)射向水導(dǎo)油槽內(nèi)部工件上，由于潤(rùn)滑油有黏性，這將導(dǎo)致射出的部分潤(rùn)滑油附著在工件上面。而另一部分潤(rùn)滑油，則會(huì)被反彈至油槽內(nèi)部空間，在高速射油狀態(tài)下分散成顆粒狀油珠。此時(shí)，再加上高速運(yùn)轉(zhuǎn)的水導(dǎo)主軸，將引起水導(dǎo)內(nèi)部油槽液面波動(dòng)跡象變大，因此加劇了水導(dǎo)油槽液面油泡的生成。油泡隨著液面轉(zhuǎn)動(dòng)，將會(huì)破裂成更細(xì)微的油霧狀態(tài)。

同時(shí)，由于水導(dǎo)軸承跟隨著大軸在轉(zhuǎn)動(dòng)，水導(dǎo)軸承溫度因旋轉(zhuǎn)摩擦升溫，這將引起水導(dǎo)油槽內(nèi)部的透平油及空氣因溫度升高而發(fā)生膨脹，根據(jù)熱力學(xué)原理，水導(dǎo)油槽內(nèi)部將形成一股內(nèi)壓。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，水導(dǎo)油槽內(nèi)部的透平油將呈現(xiàn)紊態(tài)，在主軸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)下溫度升高，使內(nèi)部存留的空氣發(fā)生膨脹，混入水導(dǎo)內(nèi)油箱使透平油夾帶氣體呈泡沫狀，因此內(nèi)油槽油比重減輕。這些透平油跟著主軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，繞著水導(dǎo)軸承流動(dòng)，導(dǎo)致部分透平油沒(méi)有參與到內(nèi)油箱與外油箱油液流動(dòng)循環(huán)中，以致外油箱的透平油油量減小，而內(nèi)油箱的透平油量增多。所以，機(jī)組在運(yùn)行時(shí)水導(dǎo)油槽的油位較停機(jī)時(shí)高。

另外，機(jī)組在運(yùn)行時(shí)，主軸在高速轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)水導(dǎo)油面圓周轉(zhuǎn)動(dòng)。由于楔子板抗壓塊結(jié)構(gòu)較原抗重螺栓結(jié)構(gòu)，對(duì)透平油在圓周方向流動(dòng)的阻礙大，導(dǎo)致產(chǎn)生較大的涌浪，因此機(jī)組運(yùn)行時(shí)油槽中油位有較大上升。

4 處理措施

通過(guò)對(duì)水導(dǎo)油槽油位異常原因分析，明確了水導(dǎo)油位波動(dòng)大主要是由油槽內(nèi)油液流態(tài)導(dǎo)致的，因此某電站對(duì)水導(dǎo)油位波動(dòng)較大的機(jī)組水導(dǎo)軸承加裝限流裝置。機(jī)組運(yùn)行時(shí)從大軸與瓦座間隙處甩出的油流受到限流裝置的阻擋，迫使油流改變流動(dòng)方向，由向上變?yōu)橄騼蛇吜鲃?dòng)，從而降低甩油高度，改善水導(dǎo)運(yùn)行時(shí)甩油過(guò)高的情況。

水導(dǎo)限流裝置由以下部件構(gòu)成：限流板（不銹鋼穿孔板），用于第一級(jí)限流；限流網(wǎng)（金屬編織網(wǎng)，120目），用于第二級(jí)限流，同時(shí)過(guò)濾油中的絮狀及絲狀物；Z型支架，用于將限流裝置固定在瓦座上，限流板和限流網(wǎng)安裝在支架上；壓框2個(gè)，將限流板和限流網(wǎng)固定在Z型支架上（圖2～5）。

圖2 限流裝置正視圖

圖3 限流裝置俯視圖

圖4 限流裝置側(cè)視圖

圖5 限流裝置仰視圖

水導(dǎo)限流裝置工作原理：將限流裝置安裝在兩塊水導(dǎo)瓦之間的瓦座上、靠近水輪機(jī)大軸處（最近點(diǎn)距離2～2.5 mm），機(jī)組運(yùn)行時(shí)從水輪機(jī)大軸與瓦座間隙處甩出的油流將受到限流裝置的阻擋（圖6）。從水輪機(jī)大軸與瓦座間隙甩出的油流經(jīng)過(guò)限流板的小孔時(shí)形成多股流束，流束穿過(guò)小孔進(jìn)入開(kāi)闊空間后相互摻雜，能量損耗，油流能量、流量被第一次削減；被減速的油流經(jīng)過(guò)限流網(wǎng)時(shí)，因限流網(wǎng)孔隙率<0.55，限流網(wǎng)網(wǎng)絲間會(huì)形成高密度油膜，產(chǎn)生很大的流阻，油流能量、流量被第二次削減。同時(shí)由于限流網(wǎng)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)有過(guò)濾作用，120目過(guò)濾精度122 μm規(guī)格濾網(wǎng)，可對(duì)水導(dǎo)軸承加排油及其他需打開(kāi)油槽蓋的作業(yè)過(guò)程中進(jìn)入的絮狀物、絲狀物等可能對(duì)水導(dǎo)軸承運(yùn)行產(chǎn)生影響的雜質(zhì)進(jìn)行過(guò)濾。

圖6 中間圓柱體為水輪機(jī)大軸，限流裝置兩邊為水導(dǎo)瓦

5 效果分析

2015～2016 年期間，某電站陸續(xù)對(duì) 3 F、5 F、6 F、16 F機(jī)組的水導(dǎo)軸承加裝限流裝置。目前已運(yùn)行了一段時(shí)間，具體情況如下所示。

從表2、圖7可以很明顯地看出，某電站機(jī)組水導(dǎo)軸承加裝限流裝置后，有效地限制了水導(dǎo)軸承運(yùn)行時(shí)甩油高度，減緩了機(jī)組水導(dǎo)油位異常波動(dòng)的現(xiàn)象，提供機(jī)組水導(dǎo)油槽內(nèi)各部件良好的運(yùn)行環(huán)境。

表2 加裝限流裝置前后水導(dǎo)油位波動(dòng)情況對(duì)比

圖7 水導(dǎo)軸承加裝限流裝置前后油位波動(dòng)情況對(duì)比圖

雖然水導(dǎo)軸承加裝限流裝置后，水導(dǎo)油位波動(dòng)情況得到明顯的改善，但是，水導(dǎo)軸承安裝限流裝置后，在一定程度上減緩了水導(dǎo)油槽內(nèi)部熱油冷油循環(huán)流動(dòng)的流速，因此降低了熱油與冷油之間的熱交換能力，在一定程度上使水導(dǎo)軸承內(nèi)油對(duì)水導(dǎo)瓦的冷卻效果變差。從表3、圖8可以看出，該電站3 F、5 F、6 F、16 F機(jī)組水導(dǎo)軸承加裝限流裝置后，水導(dǎo)瓦溫升高了0.1～1.0℃。

表3 加裝限流裝置前后水導(dǎo)瓦溫變化情況對(duì)比

圖8 水導(dǎo)軸承加裝限流裝置前后水導(dǎo)瓦溫變化情況對(duì)比圖

此外，目前使用的水導(dǎo)限流裝置增加了具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的限流網(wǎng)，在對(duì)水導(dǎo)油槽限流的同時(shí)增加了一項(xiàng)過(guò)濾功能，可以將由于加油或其他作業(yè)過(guò)程中掉入水導(dǎo)油槽的絮狀物進(jìn)行簡(jiǎn)單的過(guò)濾。

6 結(jié)語(yǔ)

本文主要針對(duì)某電站3 F、5 F、6 F、16 F機(jī)組水導(dǎo)軸承油位波動(dòng)過(guò)大的問(wèn)題進(jìn)行原因分析，探討機(jī)組加裝限流裝置后水導(dǎo)軸承運(yùn)行的效果，為后期機(jī)組水導(dǎo)軸承加裝限流裝置提供一定的依據(jù)。