水電站調速器油壓裝置進氣問題淺析

藺峰

摘 要：水電站調速器主要用于調節機組轉速、調整機組負荷和機組開、停機，其中油壓裝置系統是調速器的重要組成部分，用于提供機組調節所需高壓透平油，但如果油壓裝置系統設備及管路內部進入氣體，將會對調速系統正常運行產生不良影響。本文以向家壩電站調速系統所用設備為載體，著重分析氣體對油泵、過濾器、油泵加卸載閥運行的影響及相應解決措施，可供參考。

關鍵詞：油泵進氣；過濾器；故障現象

中圖分類號：TV734.4 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）11-0054-02

1 油泵進氣

1.1 調速系統油泵結構特點

油壓裝置所用油泵一般采用螺桿泵，向家壩電站所用油泵為三螺桿泵，螺桿泵為容積式轉子泵。其依靠由螺桿和襯套形成的密封腔的容積變化來吸入和排出液體的，優點主要包括結構緊湊、油泵效率高、油液流量大、壓力脈動小、維護方便等。油泵軸承采用自潤滑和自動冷卻形式，油泵卸載時要求油泵具有一定的卸載壓力，保證軸承的潤滑和冷卻效果。

1.2 油泵內氣體的危害

油泵檢修或新油泵安裝完成后，油泵內長期存在大量空氣，根據三螺桿泵的結構特點，氣體將使螺桿間無油液隔離，螺桿直接接觸，導致螺桿磨損并使油泵產生巨大噪音和振動。油泵端部軸承因無法及時獲得透平油的潤滑和冷卻，導致軸承磨損或燒毀，對油泵運行安全造成極大影響。

1.3 油泵內部氣體消除措施

（1）新油泵安裝完成或排油檢修后手動轉動油泵進行充油，排除泵內空氣；

（2）保證透平油液位高于油泵吸油口液位，防止油泵吸入空氣；

（3）保證油泵進口過濾器流量滿足要求，濾芯無堵塞；

（4）確保油泵卸載時出口壓力>0.3MPa，保證軸承潤滑和冷卻。

2 油泵出口過濾器進氣

向家壩電站油泵出口過濾器采用互為備用的雙筒過濾器，過濾器濾芯精度20μm，濾芯采用磷酸鹽脂材質的褶皺結構，表面分布直徑20μm左右的小孔。油泵運行過程中，透平油從濾芯外圍通過濾芯后流出過濾器，完成對透平油的過濾。

油泵出口濾芯在年度檢修中或過濾器發出差壓報警信號后會進行更換，更換后手動轉動油泵對過濾器進行充油排氣，過濾器內大部分空氣將被排除，然而盡管經過充分的排氣操作，在低壓情況下仍能聽見無規律的氣泡撞擊過濾器殼體的聲音，且聲音主要集中在過濾器中、上部分[1]。

經過對濾芯結構的分析，濾芯內存在許多過濾小孔，在新濾芯放入后，透平油將很快填滿整個濾芯，但在濾材表面及過濾孔周圍將會聚集部分氣泡，這些氣泡在濾芯首次運行中會隨著油液流動動而被帶走，但仍有極少量氣泡留在過濾器內。進出油管位于過濾器中下部，殘留的氣泡很容易聚集到過濾器頂部并在此區域內旋轉、撞擊，很難排出過濾器，因此這些殘留的氣泡需要較長的時間才能溶解在油液中被帶走。

為了更好地減小或消除氣泡導致的過濾器異響，在安將新濾芯時，檢查過濾器筒體內有無雜質殘留，將濾芯放入裝有透平油的過濾器中，來回搖晃濾芯，直至濾芯內無氣泡溢出為止，回裝過器濾端蓋并打開排氣孔，手動轉動油泵排除過濾器筒體內氣體，經過上述步驟，過濾器產生異響的可能性將大幅降低或消除。

3 油泵加卸載閥進氣

3.1 加卸載閥的作用

油泵頻繁啟停會降低油泵壽命，調速系統每分鐘用油量<油泵加載量，因此不需要油泵持續加載，為了在機組運行期間保持油泵持續運行，且又不會使系統超壓，調速系統設計采用油泵加卸載閥來控制油泵加載時機。

3.2 工作原理

向家壩電站調速器油泵加卸載閥采用插裝閥結構，如圖1所示，組合閥出油口與系統管路相聯，機組正常運行過程中，出油口壓力為系統正常工作壓力，加載活塞后端壓力和出油口壓力相同。油泵卸載時，卸載活塞后端無壓，透平油從進油口進入頂開卸載活塞并通過回油口回到集油槽；當油泵加載時，卸載活塞后端與進油口連通，由于活塞前后端存在面積差，使卸載活塞關閉，當進油口壓力足夠大時，加載活塞被頂開，透平油通過出油口進入系統管路，為系統補充壓力油。

3.3 故障現象

向家壩電站部分機組加卸載閥在長時間（約7d）停機后首次啟泵時，卸載狀態下進油口管路存在較大振動和有規律的異響，振動頻律約100次/min。油泵加載后，管路振動消失，油泵再次卸載時，管路同樣無振動和異響，故障現象消失。

3.4 原因分析

（1）經檢查，加卸載閥本體無明顯振動，內部無明顯異響，與進油管另一端相聯的油泵出口過濾器也無振動和異響，油泵無振動和異響；

（2）機組正常運行時，加載活塞后端壓力等于系統壓力（約6.1MPa），因此組合閥卸載狀態下，加載活塞不會來回往復動作；

（3）油泵卸載活塞與襯套之間采用多道減壓槽密封，在配合間隙過大的情況下存在卸載閥后端透平油泄漏過快的可能；

（4）油泵長時間停止運行，卸載閥后端活塞腔透平油已漏完，后端及控制管路內將全部充滿空氣。在油泵首次運行時，卸載閥后腔因油泵出口壓力過低（約為0.1MPa）導致空氣無法排出，透平油通過卸載閥時，卸載活塞被壓縮；當活塞開度增大，壓力減小后，活塞在空氣的作用力下回彈，撞擊活塞襯套。如此往復，使透平油壓力波動，導致管路產生振動和異響。在油泵加載時，壓力油進入卸載閥活塞后端，空氣被擠出活塞腔，當再次卸載時，活塞腔后端充滿壓力油。因此當油泵再次卸載時，由于活塞腔無空氣，卸載閥不會來回動作，管路異響消除[2]。

3.5 造成的影響

（1）卸載閥活塞反復撞擊襯套會造成活塞或襯套損壞，在油泵加載時，卸載閥封閉不嚴而導致油泵無法成功加載。

（2）加卸載閥進油管振動過大會損壞法蘭密封，導致法蘭漏油，同時長期振動會導致管路焊縫疲勞，容易產生裂紋，危及系統安全。

3.6 缺陷處理方法

（1）更換卸載閥活塞及襯套。卸載閥后端帶氣的根本原因是后端透平油泄漏，而泄漏途徑為卸載閥間隙密封處，因此更換為間隙更小的卸載閥組套，可以明顯延長透平油泄漏時間。

（2）控制啟泵間隙時間。根據卸載閥后端滲漏油速度合理確定油泵啟動間隙時間，確保卸載閥后端透平油不泄漏。

（3）油泵啟動運行后，直接進行加載，再卸載，反復2～3次，讓卸載閥后端充滿油，縮短油泵卸載時間，保護出口管路。

4 結束語

綜上所述，調速系統進氣對系統安全運行將造成許多不利影響，氣體的高壓縮特性將使系統各部件無法正常運行，在生產實踐中，需采取各種方法，盡可能避免系統帶氣運行。

參考文獻

[1]譚中美，楊維平，李士哲.水電廠調速器油壓裝置報警邏輯完善[J].自動化應用，2017（02）：75～76+89.

[2]郭 磊.水電站調速器油壓系統改造方案研究[J].南昌工程學院學報，2014，33（06）：34～37.

收稿日期：2018-3-13

作者簡介：藺 峰（1986-），男，四川樂山人，工程師，本科，從事檢修維護工作。