卧式外循环冷却发电机组润滑系统的设计与调试

卧式外循环冷却发电机组润滑系统的设计与调试

与垂直管理系统相比，倾斜式多功能汽轮箱的润滑剂系统相对复杂，其控制方法也具有一定的特殊性。而机组润滑油系统及其自动控制系统设计的好坏,直接影响到机组的安全稳定运行。笔者通过对卧式机组轴承润滑油系统在设计、配置、调试中的故障分析处理,说明如何针对卧式机组的特点,设计出更安全可靠的轴承润滑油系统及其自动控制系统。1压油管及控制回路卧式外循环冷却水轮发电机组,其轴承润滑油系统由低位油箱润滑低压稀油泵站、高位油箱、油过滤器、轴承冷却器、流量开关、阀门(单向阀、溢流阀、截止阀)、相关管路、自动化元件等组成。1.1基于机组稀油泵站的控制系统机组润滑油系统有三大设计特点:一是稀油泵站中设有高位油箱和低位油箱;二是将油过滤器、机组轴承冷却器、单向阀、安全阀、压力、流量、温度和液位监视都集中在稀油泵站上;三是可配套提供机组稀油泵站集散自动控制系统,合理配置润滑油系统所需的压力、油温、油量和液位自动化元件,并将各自动化元件接线集中在泵站端子箱中,这样既方便现场安装,节省安装空间和时间,又有利于电站的日常运行维护和使用。同时,还可以根据用户要求,提供整个润滑油系统自动控制系统,可选择PLC控制方式或常规控制。推荐使用PLC控制方式,可避免复杂的接线。并且电站监控系统可以通过通讯来监测、控制整个润滑油系统。通过对电站机组润滑油系统作用和技术要求的充分了解和考虑,在进行自动控制设计方面,将各种工况都充分考虑,使其功能比较完善。1.2齿轮控制型卧式外循环冷却发电机组润滑油系统的油路,通常是由低位油箱的油泵打到高位油箱,靠自重流至轴承,然后回到低位油箱,这样组成一个循环系统。这类机组一般有两个轴承支撑的卧式机组,从高位油箱到两个轴承的润滑油管路上装设了电控阀门,这样在油管路上就可实现自动化控制。根据轴承油位或开机令来控制油的通断,一般只须在开机时打开油管路上的电控阀门,便可打开整台机组的润滑油系统。这样就缩短了开机准备时间,操作简单,又利于电站日常维护和使用。1.3油泵、冷却器润滑油系统主要设备有高低位油箱、油泵组、油冷却器、回油管路、空气过滤器、水气滤网、电加热器、信号温度计、液位信号控制器、油混水信号器等组成,这些设备需要根据机组相关参数进行计算后选择。高低位油箱体的容积,必须根据机组用油量及用户要求进行具体计算,通常需要考虑足够的容量来收集机组所有用油。润滑油泵组采用两台低压螺杆油泵、双滤油器、止回阀2套等组成。油泵的压力通常选为1.0MPa。根据机组轴承具体用油量来选择合理的油泵容量,通常一台泵的流量应该能满足轴承用油量。因为油泵容量如果大了,会造成能源损失;如果小了,会使得备用泵的频繁启动,引起电压冲击,缩短设备寿命。油冷却器是根据油泵流量换算出冷却器的冷却面积,然后选择机组冷却器。此部分计算由冷却器专业的设计人员来完成。由于冷却器并不容易损坏,从维护检修角度更合理的方案来说,一般每台机组配置2台(能满足冷却要求的)冷却器。高位油箱配置了电加热器,其作用是:由于冬天温度过低,造成润滑油粘稠度大,使润滑油的流速很慢,机组长时间停机后,由于油阀后端至轴承出口处均无润滑油。机组重新开机时,从打开油阀到轴承出口有润滑油,需用时间就会很长,当温度较低时,该时间会更长一些。一般润滑油的流量开关,安装在各个轴承的出口处,这样只当润滑油充满各个轴承的油槽并从其出口处流出,使安装在润滑油出口处的流量开关接点动作,机组才能正常开机。为了缩短开机时间,降低润滑油的粘稠度,提高润滑油的流速,在开机前,通过电加热器给高位油箱的油加热,当润滑油加热约30℃时,便停止加热。这样就可进入开机程序。2轴承油挤出系统的控制2.1机组控制方案设计润滑油系统设有高位油箱,油箱安装位置离机组中心线一般在20m以上位置,这取决于机组轴承增压所需压力要求。润滑油靠自重流入轴承,这样既保证供油可靠又能稳定油压。因此高位油箱油位的控制,对机组轴承润滑系统正常工作,防止机组各轴瓦(径向导瓦、导轴瓦、正反推力瓦)温度过高,保证机组安全正常运行起到极其关键的作用。高位油箱的油位控制,主要根据机组不同运行状态以及检测到的高位油箱油位,对两台油泵的启动停止自动控制,实现开机、停机状态下的高位油箱油位不同控制方式,保证机组开机状态润滑油供油量正常;机组停机备用时自动补充因渗漏而损失的润滑油,保证高位油箱维持油位正常,满足机组开机要求,减少开机等待时间,提高机组开机成功率。油箱最低液位必须能保证机组在两台润滑油泵失电时能安全停机,通常要求能供轴承10分钟用油(一般技术协议中在规定)。另外,对油泵启动停止自动控制的优化,能避免油泵的频繁启停,延长油泵寿命,减少机组事故的几率。下面通过对卧式外循环冷却发电机组设计方案,来详细介绍具体的控制方式。首先,在高位油箱设有三级油位报警信号接点,分别是油位正常、油位偏低和油位过低。在油位正常位置以上停备用油泵,在油位偏低以下且机组运行时投入备用油泵;在油位过低位置机组事故停机。其次,高位油箱设有溢流管道,溢流量要大于机组运行时单台油泵供油量与机组各处轴承润滑油总量之差;同时溢流量要小于机组运行时两台油泵供油量与机组各处轴承润滑油总量之差。溢流面高于油位正常位置。另外,在油泵出口还设有油压报警信号接点,用于判断主油泵是否正常工作,若主用油泵投入而油压过低,说明主用油泵有故障,须及时投入备用油泵,以保证机组润滑油供应正常,同时在油泵出口也有油压报警接点,若备用油泵投入而油压过低,说明备用油泵有故障,此时要及时报警并停机检查。在机组正常运行时,不间断运行主用油泵供油,使高位油箱油位控制在溢流面与正常油位之间;若主用油泵故障,启动备用油泵不间断运行,使高位油箱油位控制在正常油位与偏低油位之间;若油泵均正常,而由于其他“特殊”故障的原因,高位油箱油位低于偏低油位,启用备用油泵,并保持两台油泵同时工作,直到达到正常油位,才停备用油泵,而主油泵继续运行。在机组停机时,高位油箱油位低于偏低油位,启用备用油泵,直到油位达到正常油位,才停备用油泵,使高位油箱油位控制在偏低油位与正常油位之间。具体的高位油箱及油泵的控制流程可参见图1、图2。需要特别说明的是,两台油泵在每一轮油泵运行完毕后,均要自动切换主备用状态,可保证在上面提到的“特殊”故障情况下,备用油泵由两台油泵轮流充当,延长其启停间隔;机组停机复归时,切换两台油泵的主备用状态,保证机组正常运行(备用油泵未启动过)完毕后,下一轮能换一台油泵工作;机组停机状态,备用油泵启停一次,才切换两台油泵主备用状态。停机状态最多只有一台油泵工作。2.2润滑流量开关信号卧式外循环冷却发电机组由于其特殊结构,必须有一循环系统为径向导轴承、导轴轴承、正反推力轴承提供足够的润滑油,润滑油流量的正确控制至关重要。卧式外循环冷却发电机组润滑油供油管道上的油阀,离机组轴承较远,轴承的油槽都有一定容量,机组长时间停机后,油阀后端至轴承出口处均无润滑油。机组重新开机时,从打开油阀到轴承出口有润滑油,需用时间大约2min,当温度较低时,该时间会更长些。一般润滑油的流量开关,安装在各个轴承的出口处,这样只有当润滑油充满各个轴承的油槽,并从其出口处流出,才能使安装在润滑油出口处的流量开关接点动作。润滑油流量开关信号,参与机组开机回路和事故停机回路,以及事故报警回路。当机组有开机令油阀打开,该流量信号达到开机流量,在其他开机条件满足时,机组即可开机,不延时判断。机组开机前,该信号只指示,不报警、不动作事故停机回路;机组开机后直至机组停机复归前,当该流量信号低于报警流量且高于事故流量时,只报警但不动作事故停机回路;当该流量信号低于事故流量时,立即报警并且动作事故停机回路关机。在停机状态,油阀关闭,该流量信号只指示,不报警、不动作事故停机回路。从上面的润滑油流量监控方式可以看出,此种方式不存在人为的润滑油流量判断以及人为的延时,因此该方式还会以在无润滑油的情况下调速器开机,而且机组启动时间短;其次,机组转动后立即投入润滑油监控,由于机组设有高位油箱,使润滑油油稳定,供油流量恒定,且工作流量、报警流量、事故流量有很大的设计余量,因此能在润滑油流量降低时报警,在润滑油完全中断前及时事故停机。3在机组的调试中，故障和分析处理3.1机组转速较低,导致轴瓦面硬磨损,导致轴瓦面硬磨损,导致轴瓦温直转动轴和轴瓦之间硬磨损出现这种事故时,机组开机过程不能正常完成。经过多方面的检查分析,发现机组开机准备时,润滑油流量正常,当机组开始转动时,机组转速较低(50%额定转速以下),或是由于停机时间过长(72h以上),润滑油没能在轴瓦面形成一定厚度的油膜,造成转动轴和轴瓦之间形面硬磨擦,引起轴承瓦温突然过高。根据此现象,经过对轴承装配分析处理,在轴承的油箱体上加设了一个小型手摇油泵,每次在机组开机前,先人为手动摇动手摇油泵,使润滑油能在轴瓦面形成一定厚度的油膜,这样就能保证机组正常开机。3.2机组停机试验这种事故存在时,机组开机过程不能正常完成。经过多方面的检查分析,发现机组开机准备时,润滑油流量正常,当机组开始转动时,润滑油出口流量瞬间的波动较大,使流量信号输出瞬间小于停机流量,造成机组事故停机,而机组在50%额定转速以上运行时,润滑油流量稳定。根据此现象,在PLC控制流程中,对润滑油流量信号作特殊处理,当机组开始转动至80%额定转速的过程中,润滑油流量连续10s小于停机流量,才发事故停机令,而机组其他运行状,态润滑油流量瞬间小于停机流量,立即发停机令。如此,既能保证机组正常开机,又确保机组安全稳定运行。4确保各轴瓦安全通过对外循环冷却发电机组轴承润滑油系统构成和控制设计的介绍和分析,可以看出机组轴瓦的保护,对保证机组正常稳定的运行是很重要的,其设计也在不断的完善。在机组监控系统未完全失控时,能保证机组各轴瓦长时间正常工作,在润滑油完全中断前将机组及时停机,保证各轴瓦安全,是非常必要的。通过对机组调试运行中发现问题的分析和处理,改善优化设计轴承体,对机组的运行稳定品质有了很大的提升,这样在调试运行中发现设计中不易考虑到的特殊现象,对今后设计有相当大的指导意义。在对外循环冷却机组的自动化设计时,一定要适合其机组的特性,机组制动系统也都