一种水轮发电机组推力轴承冷却系统及方法与流程

1.本发明属于水轮发电机组设备技术领域，具体涉及一种水轮发电机组推力轴承冷却系统及方法。


背景技术：

2.水轮发电机组推力轴承是水轮发电机组最重要的部件之一，它承受着发电机组转子质量及轴向水推力等轴向负荷，其工作性能不仅影响机组的出力和效率，而且还直接关系到机组能否安全运行。推力轴承在复杂的工况下，容易出现推力轴承瓦温偏高的问题，推力轴承瓦温过高会发生跳机甚至烧瓦事件，因此需对通过对推力轴承的润滑油进行冷却及过滤，从而降低瓦温，改善推力轴承工作环境。
3.图1为常见水轮发电机组推力轴承冷却系统示意图。包括镜板泵1’、集油槽2’、密封3’、过滤器4’、温度传感器5’、压力传感器、压力表6’、以及冷却器7’和喷油管8’，构成了推力轴承冷却系统，镜板泵1’是利用轴承旋转部件加工数个径向孔形成，当机组在运行时，在旋转体的外侧设有集油槽2’，将泵打出的油汇集入系统油管，通过过滤器4’，再经温度传感器5’和压力传感器及压力表6’检测油温和压力后进入冷却器7’进行冷却，油经冷却后沿环管、喷油管8’再喷到瓦的进油边附近。
4.但是该冷却系统在工作时受油槽结构、润滑油粘性等影响，冷却效果欠佳，尤其在油温较高时，冷却效率不高，从而导致推力轴承瓦温偏高，影响了机组的安全稳定运行。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种水轮发电机组推力轴承冷却系统及方法，解决现有技术中轴承冷却系统在工作时受油槽结构、润滑油粘性等影响，冷却效果欠佳，尤其在油温较高时，冷却效率不高，从而导致推力轴承瓦温偏高，影响了机组的安全稳定运行的技术问题。
6.为实现解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案实现：
7.一种水轮发电机组推力轴承冷却系统，包括冷却回路ⅰ和多个冷却回路ⅱ；
8.所述冷却回路ⅰ包括镜板泵、集油槽、第一冷却器进油管、第一冷却器和第一冷却器出油管，镜板泵与集油槽密封连接，集油槽通过第一冷却器进油管与第一冷却器的入口连通，第一冷却器的出口通过第一冷却器出油管与推力轴承的喷油管连通；
9.所述冷却回路ⅱ包括第二冷却器进油管、第二冷却器和第二冷却器出油管；水轮发电机组推力轴承的瓦块之间刮油板，刮油板处设置有集油箱，集油箱通过第二冷却器进油管与第二冷却器的入口连通，第二冷却器进油管上安装有油泵；第二冷却器的出口通过第二冷却器出油管与第一冷却器出油管连通。
10.本发明通过设置却回路ⅰ和冷却回路ⅱ，在机组处于多种工况时，可以根据监测到的润滑油温度，设置温度临界值。机组在工作时，冷却回路ⅰ先动作，随着瓦块温和润滑油的温度升高，监测到的油温超过设置的临界值时，刮油板开始工作，冷却回路ⅱ也开始工作，
从而大大提交降温效率，提高了冷却润滑油的可靠性。在机组工作中时，这两条冷却回路也可以互为备用，从而可以适应机组不同工况。
11.由于润滑油在高温和离心力作用下容易发生劣化，为保证后续润滑油的润滑质量，在冷却回路中增加过滤器，从而提高了润滑质量。
12.进一步优化，所述第一油冷却器进油管上安装有过滤器、第一温度传感器和第一压力传感器。
13.进一步优化，所述第二冷却器进油管上安装有第二温度传感器和第二压力传感器。
14.进一步优化，所述第一冷却器进油管通过输油管与第二冷却器进油管连通，输油管上安装有第一截止阀，第二油冷却器出油管安装有第二截止阀；第一油冷却器进油管上安装有第三截止阀，且第三截止阀的安装位置位于第一冷却器和第一冷却器进油管与输油管的连通点之间。
15.进一步优化，所述过滤器内置卡扣拉板。
16.进一步优化，所述第一冷却器出油管为环管，所有的第二冷却器出油管均与环管连通。
17.进一步优化，所述换气扇机安装在机组推力轴承所在基坑中。将基坑内空气与外界的空气相交换，进一步提升了冷却效果。
18.进一步优化，所述冷却回路ⅰ和冷却回路ⅱ均为外循环回路，第一冷却器和第二冷却器安装在集油槽外。在对推力轴承进行检修时，拆卸推力瓦块的同时不需拆卸冷却器，便于检修。
19.基于水轮发电机组推力轴承冷却系统的冷却方法，所述第一截止阀、第二截止阀和第三截止阀均为电磁阀，第一温度传感器、第一压力传感器、第一冷却器、第二温度传感器、第二压力传感器、油泵、第二冷却器、第一截止阀、第二截止阀和第三截止阀均与控制器电连接；
20.在控制器中设定温度阈值；抽水蓄能机组开始运行时，冷却回路ⅰ开始工作，冷却回路ⅱ不工作，此时第一截止阀、第二截止阀均关闭，截止阀开启；
21.随着抽水蓄能机组运行时间增加，机组推力轴承瓦块和油温逐渐升高，当冷却回路ⅰ上的第一温度传感器测得油温高于阈值时，启动刮油板开始工作，则冷却回路ⅱ开始工作，此时第一截止阀、第二截止阀和第三截止阀均开启。
22.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
23.本发明通过设置却回路ⅰ和冷却回路ⅱ，在机组处于多种工况时，可以根据监测到的润滑油温度，设置温度临界值。机组在工作时，冷却回路ⅰ先动作，随着瓦块温和润滑油的温度升高，监测到的油温超过设置的临界值时，刮油板开始工作，冷却回路ⅱ也开始工作，从而大大提交降温效率，提高了冷却润滑油的可靠性。在机组工作中时，这两条冷却回路也可以互为备用，从而可以适应机组不同工况。
附图说明
24.图1为现有技术中水轮发电机组推力轴承冷却系统示意图；
25.图2为本发明所述水轮发电机组推力轴承冷却系统的示意图；
26.图3为本发明水轮发电机组推力轴承冷却系统的俯视布置示意图；
27.图4为推力轴承油膜表面温度数值模拟结果图；其中，图4(a)为只有冷却回路ⅰ工作时的轴承油膜表面温度数值模拟结果图；图4(b)为冷却回路ⅰ和冷却回路ⅱ共同工作时的轴承油膜表面温度数值模拟结果图；
28.图5为在两种冷却方式下推力轴承某一瓦块沿半径方向的温度对比图。
具体实施方式
29.下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
30.图2、3所示，一种水轮发电机组推力轴承冷却系统，包括冷却回路ⅰ和六个冷却回路ⅱ。
31.所述冷却回路ⅰ包括镜板泵1、集油槽2、第一冷却器进油管、第一冷却器7和第一冷却器出油管，所述冷却回路ⅰ中的镜板泵1为利用轴承旋转部件加工数个径向孔形成，用来给冷却回路ⅰ提供动力；镜板泵1与集油槽2通过密封结构3连接，集油槽3用于收集热油；集油槽通过第一冷却器进油管与第一冷却器7的入口连通，第一冷却器7的出口通过第一冷却器出油管与推力轴承的喷油管8连通；所述第一油冷却器进油管上安装有过滤器4、第一温度传感器5和第一压力传感器6，第一冷却器出油管为环管。
32.热油根据管路流经过滤器4，该过滤器采用内置卡扣拉板，便于及时的清理；热油经第一温度传感器5和第一压力传感器6监测后进入第一冷却器7，经第一冷却器7冷却后由环管、喷油管8再喷到推力轴承瓦块的进油边附近。
33.所述冷却回路ⅱ包括第二冷却器进油管、第二冷却器13和第二冷却器出油管；水轮发电机组推力轴承的瓦块之间刮油板，刮油板处设置有集油箱，集油箱通过第二冷却器进油管与第二冷却器13的入口连通，第二冷却器进油管上安装有油泵12；第二冷却器13的出口通过第二冷却器出油管与第一冷却器出油管连通。所述第二冷却器进油管上安装有第二温度传感器10和第二压力传感器11。所述第一冷却器进油管通过输油管与第二冷却器进油管连通，输油管上安装有第一截止阀14a，第二油冷却器出油管安装有第二截止阀14b；第一油冷却器进油管上安装有第三截止阀14c，且第三截止阀14c的安装位置位于第一冷却器7和第一冷却器进油管与输油管的连通点之间。
34.所述刮油板处用于收集刮油板刮下的热油，集油箱9与冷却回路ⅱ连接，经过第二温度传感器10和第二压力传感器11监测热油温度；油泵12为冷却回路ⅱ提供动力支持，并且连接第二冷却器13；所述第二冷却器13对该回路的热油进行冷却，再由环管、喷油管8喷到瓦的进油边附近。
35.在机组转速较高且瓦块温偏高时，为防止热油携带到相邻的块瓦，在两块瓦之间安装有刮油板。本装置采用每两块刮油板共用一个冷却回路ⅱ，如图3所示，本实施例中，共设有6个冷却回路ⅱ。
36.在本实施例中，所述换气扇机安装在机组推力轴承所在基坑中，将基坑内空气与外界的空气相交换，进一步提升了冷却效果。
37.在本实施例中，所述冷却回路ⅰ和冷却回路ⅱ均为外循环回路，第一冷却器7和第二冷却器13安装在集油槽外。在对推力轴承进行检修时，拆卸推力瓦块的同时不需拆卸冷却器，便于检修。
38.基于水轮发电机组推力轴承冷却装置的冷却方法，所述第一截止阀14a、第二截止阀和第三截止阀14c均为电磁阀，第一温度传感器5、第一压力传感器6、第一冷却器7、第二温度传感器10、第二压力传感器11、油泵12、第二冷却器13、第一截止阀14a、第二截止阀14b和第三截止阀14c均与控制器电连接。
39.在控制器中设定温度阈值；抽水蓄能机组开始运行时，冷却回路ⅰ开始工作，冷却回路ⅱ不工作，此时第一截止阀14a、第二截止阀14b均关闭，截止阀14c开启；
40.随着抽水蓄能机组运行时间增加，机组推力轴承瓦块和油温逐渐升高，当冷却回路ⅰ上的第一温度传感器5测得油温高于阈值时，启动刮油板开始工作，则冷却回路ⅱ开始工作，此时第一截止阀14a、第二截止阀和第三截止阀14c均开启。
41.当机组冷却回路ⅰ上的冷却设备需检修或更换冷却液时，冷却线路ⅱ也可临时充当备用，即同时开启第一截止阀14a、第二截止阀14b，关闭第三截止阀14c，热油经第二冷却器14冷却。因此冷却回路ⅰ和冷却回路ⅱ均可构成独立冷却单元，同时可满足推力轴承及其推力瓦的冷却要求，有利于提高水轮发电机组的运行稳定性和可靠性。
42.为验证该冷却系统的冷却效果，对推力轴承表面油膜进行数值模拟，分别得到在只有冷却回路ⅰ工作，以及冷却回路ⅰ和冷却回路ⅱ共同工作两种情况下的润滑油温度情况。通过icem对计算模型进行网格划分，计算模型分为油膜与非油膜区域两部分，其中鉴于前者区域厚度较小对其采用结构网格进行划分，同时将油膜部分的中间平面和两边斜面区域进行分块划分，并将各块区域相接部分采用交界面连接；后者区域结构相对简单且厚度较大采用非结构化网格进行划分，同样将其与油膜区域交接处采用交界面连接。对油膜和非油膜区域进行网格数量无关性检验后，最终确定油膜区域网格数目为20万，非油膜区域网格数目为25万；网格划分之后利用利用fluent流体分析软件对计算模型进行模拟，压力速度耦合方程采用simplec方法进行求解，另外对方程组中对流项、湍动能和耗散率皆采用二阶迎风格式差分。其中润滑油进口和出口分别位于模型内侧和外侧其边界条件相应设置为velocity-inlet条件和outflow条件，将镜板面设置为wall条件，将模型的左右两个侧面设置为周期性边界条件。如图4所示，其中，图4a为只有冷却回路ⅰ工作时的轴承油膜表面温度数值模拟结果图；图4b为冷却回路ⅰ和冷却回路ⅱ共同工作时的轴承油膜表面温度数值模拟结果图。
43.在两种冷却方式下测得推力轴承某一瓦块沿半径方向的温度数值如表1，对比文图如图5所示。
44.表1 两种冷却方式下测得推力轴承某一瓦块沿半径方向的温度值
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通过图4、5可见能够明显冷却回路ⅰ和冷却回路ⅱ共同工作时可加快油冷却速度，提高冷却效率。
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上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。