鏡板泵外循環(huán)推力軸承冷卻系統(tǒng)故障的診斷及處理

龔在禮， 羅 成

(1.四川電力職業(yè)技術學院，四川 成都 610072;2.映秀灣水力發(fā)電總廠，四川 都江堰 611830)

鏡板泵外循環(huán)推力軸承冷卻系統(tǒng)是一種典型結構，在水力機組中廣泛應用，其基本結構和工作原理如圖1所示。當機組運轉時，與鏡板6在同一高度的熱油被鏡板泵離心力甩出到圈瓦(集油環(huán))7內，經(jīng)推力外循環(huán)熱油管12進入油冷卻器(圖中未畫出)，冷卻后經(jīng)過濾器(圖中未畫出)冷油回油管11進入外循環(huán)回油環(huán)管10，回油環(huán)管內的冷油在油壓作用下進入冷油噴油管8后經(jīng)噴油口噴出，對推力瓦9進行冷卻和潤滑，冷油經(jīng)推力瓦和鏡板摩擦做功后變?yōu)闊嵊?，并受后續(xù)噴射的冷油擠壓及本身熱比重降低而上升至鏡板位置，又被鏡板泵甩出進入圈瓦內，如此循環(huán)往復。

鏡板泵外循環(huán)推力軸承冷卻系統(tǒng)結構復雜，故障頻發(fā)且診斷困難，筆者根據(jù)實踐經(jīng)驗和理論分析，對故障進行了歸類總結。在此基礎上，介紹了利用“排除法”診斷故障的實例，供同行參考。

1 鏡板泵外循環(huán)推力軸承冷卻系統(tǒng)常見故障

根據(jù)運行和檢修經(jīng)驗，鏡板泵外循環(huán)推力軸承冷卻系統(tǒng)常見故障按其性質不同可分為表計及表計回路故障、水回路故障、油回路故障三類。

(1)表計及表計回路故障。

表計及表計回路故障是指軸承冷卻系統(tǒng)正常，而溫度計、壓力計、流量計、信號器等因其自身的故障以及它們的測量回路中的基礎自動化原件，如溫度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器觸點的拒動或誤動、電氣回路端子接觸不良等使表計讀數(shù)失真、造成冷卻系統(tǒng)故障的假像。

(2)水回路故障。

圖1 鏡板泵外循環(huán)推力軸承示意圖

水回路故障是指冷卻系統(tǒng)中提供冷卻水的回路中某一部件或環(huán)節(jié)故障，使得冷卻水量減少或中斷，被冷卻對象(油)溫度升高。常見故障有:在汛期，冷卻水質較差，冷卻水管路堵塞造成水量減少;運行中，當技術供水系統(tǒng)運行方式改變，造成冷卻水壓過低;運行人員對設備不熟悉或粗心，誤關水回路閥門使冷卻水中斷。

(3)油回路故障。

油回路故障是指冷卻系統(tǒng)中提供冷卻油的回路中某一部件或環(huán)節(jié)故障，使得冷卻油量減少或中斷，被冷卻對象(軸瓦)溫度升高。常見故障有:機組較長時間低速運行，鏡板泵的揚程減小，油循環(huán)動力不足;鏡板離心甩油孔與圈瓦(集油環(huán))高程偏差過大，導致油流量減少;鏡板甩油孔開孔斜向角度加工不符合設計要求，鏡板泵運行時不能發(fā)揮設計循環(huán)功率;油中的雜質使油濾網(wǎng)堵塞，導致循環(huán)流量減小;圈瓦與管路之間的橡膠鼓膜破裂，油被部分短路，只有少量油參與了冷卻循環(huán);油回路閥門開啟不到位或漏開啟，冷油被部分或完全切斷等。

運行經(jīng)驗表明:當送入冷卻器的油量減少時，冷卻器的進出油溫差增大，此時，應對油回路進行檢查;當進入冷卻器的水量減少時，進出油溫差減少，此時，應對供水回路進行檢查;當進入冷卻器的油或水完全中斷，冷卻器失去冷卻效果，進出油沒有溫差且與環(huán)境溫度接近。

2 鏡板泵外循環(huán)冷卻推力軸承故障診斷實例

某水電廠3號機組擴大性大修結束后，一次性啟動成功，并完成啟動方案所規(guī)定的各項試驗及滿負荷發(fā)電，各項運行參數(shù)(含振動與擺度)穩(wěn)定，但機組推力瓦溫指示值偏高。檢修人員利用“排除法”對3號機進行了故障診斷，成功地找出了故障原因。

(1)3號機組啟動前，已對該機組冷卻系統(tǒng)表計及表計回路進行了試驗檢查，確認表計及表計回路無異常，表計及表計回路故障可排除。

(2)檢查3號機組冷卻油出口溫度為24.2℃～26.6℃，進口溫度為 43.9℃ ～44.6℃，見表1，溫差達17.6℃ ～20.4℃，正常運行的1號機溫差為10℃ ～10.5℃，3號機冷卻油溫差明顯偏大，水回路故障可排除，重點檢查油回路故障。

表1 1、3號機推力運行參數(shù)及安裝數(shù)據(jù)比較表

(3)3號機在額定轉速下穩(wěn)定運行，鏡板泵揚程未減小，油循環(huán)動力不足可排除。

(4)檢查3號機冷卻系統(tǒng)油回路閥門開啟正常，可排除油閥門開啟不到位或漏開油閥門現(xiàn)象。

(5)檢修人員對3號機冷卻系統(tǒng)油過濾器濾網(wǎng)進行了反復的清掃，推力瓦溫在高位逐漸穩(wěn)定下來，但在較長的一段時間內仍有小幅上漲的趨勢。機組在運行近半個月的時間里，檢修人員繼續(xù)對推力瓦溫進行了不間斷的監(jiān)測，且每天清掃一次濾網(wǎng)，濾網(wǎng)已很清潔，回裝后觀察，瓦溫仍然偏高，遂拆除濾網(wǎng)，經(jīng)過全天近9 h的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)推力瓦溫逐漸穩(wěn)定，但3號機推力瓦溫仍較1號機高2.9℃ ～5.2℃(表1)，油濾網(wǎng)堵塞可排除。

(6)3號機和1號機油冷卻器是委托廠家重新制造的，其型號和冷卻功率相同，并經(jīng)廠家進行嚴格的質量檢查，油冷卻器本體不會有堵塞;對冷卻器本體以外的進油管、回油管、環(huán)管、噴油管在檢修中進行了重點反復清掃，清除油垢，清掃泥沙，用清洗劑沖洗，最后用風管吹掃干燥，對于較長的管路進行了分解分段清掃。在機組回裝時，用面粉蘸干凈細微雜質，在對機組進行初次加油沖洗后，將油排掉，然后加清潔新油，在機組啟動、各項試驗完成后，對推力油槽中的熱油用新油更換，油循環(huán)管路堵塞可排除。

(7)各部管路回裝時，更換了所有的密封墊，并按標準工藝回裝，接口漏油可排除。

(8)檢查圈瓦與管路之間的橡膠鼓膜完好，無破裂現(xiàn)象，鼓膜破裂造成油被部分短路可排除。

(9)實測鏡板甩油孔開孔角度，鏡板與圈瓦高程對中性均符合制造廠設計要求。

通過上述常規(guī)檢查，已排除了常見油回路故障的全部可能性。但推力瓦溫仍然偏高，冷卻油進出油溫差仍然偏大，說明油回路故障仍未消除。

經(jīng)對表1數(shù)據(jù)進一步分析，1號機推力冷卻器進油壓力為 0.2 ～0.25 MPa，3 號機為 0.02 ～0.025 MPa，3號機進油壓力明顯偏低，因此，可推測:故障原因極可能是鏡板與圈瓦的配合。經(jīng)檢修人員測量，3號機鏡板與圈瓦之間的配合間隙值為2.5 mm，1號機為1.5 mm。3號機比1號機大1 mm。其漏油量計算如下:1號機鏡板及圈瓦沒有更換，直徑1 400 mm，加上1.5 mm的間隙，1號機圈瓦內徑應為1 400+1.5=1 401.5(mm)。3號機鏡板已更換，圈瓦沒有更換，3號機圈瓦內徑應為1 401.5 mm，3號機鏡板直徑應為1 401.5－2.5=1 399(mm)。3號機鏡板泵漏油面積比1號機大:3.14×(1 400/2)2～3.14×(1 399/2)2≈2 197(mm2)。由于鏡板與圈瓦上側間隙有一推力鋁合金密封圈18，可以認為該密封圈對于鏡板與圈瓦間漏油有較好的阻礙作用，漏油可忽略不計，故只計算鏡板與圈瓦間隙下部的漏油，即漏油面積為2 197 mm2。內徑為50 mm的外循環(huán)熱油管12截面積為3.14×(50/2)2≈1 962(mm2)，即3號機鏡板泵下部漏油面積至少比一根外循環(huán)熱油管12的面積還多一點。冷卻系統(tǒng)共有4根外循環(huán)熱油管12，3號機相當于只有3根在工作。因此，可以判斷:因鏡板與圈瓦間隙值過大，3號機推力油槽內的冷油流量不足是造成推力瓦溫度偏高的直接原因。因此，只需在下次機組大修時拆卸推力油槽，對圈瓦內徑作減小處理使其與鏡板配合間隙符合要求即可。

3 結論與建議

經(jīng)綜合分析后得知，某廠3號機組推力瓦溫偏高的原因是新鏡板與舊圈瓦之間配合間隙過大，從而造成部分熱油未經(jīng)冷卻器，使冷卻系統(tǒng)中的冷油量不足，導致推力油槽內油溫偏高，致使推力瓦溫偏高。建議在機組大修中，如遇零部件改造加工，須在回裝前，實測新老零部件的配合間隙及相關尺寸，并將其作為對改造后零部件加工質量的最后一道檢驗工序，防止因改造后零部件的不合格而導致整個機組檢修不合格。

[1]陳軼華，等.水輪發(fā)電機原理及運行[M].北京:中國水利電力出版社2009.