灯泡贯流式机组油系统流量计应用探索

张周伟，李 伟

(湖北省汉江兴隆水利枢纽管理局，湖北 武汉 430062)

1 概述

电站单机容量为10.42MW，在灯泡贯流式机组中属中小型，机组中心高程为EL22.3m，低位油箱布置于EL13.7m层，高位油箱布置于EL44.7m层，玻璃转子流量计布置于EL30.0m层。机组试运行及投运期间，玻璃转子流量计多次发生连接法兰渗油、玻璃管破裂现象，经过几年来的机组检修维护处理，流量计渗油漏油问题依然存在，最后经过相关数据分析和市场调研，采用金属流量计对其进行了替换，此问题得到解决。

2 原用玻璃转子流量计介绍

按图纸设计要求，采用LZB-50、80型玻璃转子流量计。其设备构造主要由玻璃锥管、包塑浮子、衬套、上下基座、上下止档、支承板、前后罩支板、密封圈及密封圈隔膜等组成，如图1所示。

图1 玻璃转子流量计设备构造

工作原理：流体自下而上流经锥管时，流体动能在浮子上产生的升力和流体的浮力使浮子上升，当升力与浮力之和等于浮子自身重力时，浮子处于平衡，稳定在某一高度位置上，锥管上的刻度指示流体的流量值。

技术参数见表1。

3 故障原因分析

3.1 故障介绍

润滑油系统运行过程中，玻璃转子流量计玻璃锥管意外破裂，造成大量漏油；润滑油系统运行过程中，玻璃转子流量计密封圈因各种原因产生异常松动或老化，造成不同程度的渗油现象，如图2所示。

表1 玻璃转子流量计技术参数表

自电站4台机组投运以来，已多次发生玻璃转子流量计玻璃锥管破裂，造成大量漏油。电站首批安装投入使用的玻璃转子流量计(主要用于贯流式机组正推力瓦、反推力瓦、径向轴承、水导轴承供油，每台机4个，电站4台机组共16个)，目前仅有一个还可投入使用，其余流量计均已更换且再次出现不同层次的问题。

图2 润滑油系统运行过程中玻璃转子流量计漏油

3.2 问题原因分析

3.2.1玻璃锥管破裂原因

(1)材质方面。玻璃属于脆性断裂，断裂前没有明显的拉伸变形。一般玻璃在安装时候会预留一定膨胀空间，否则极易因热胀冷缩产生破裂。而按照玻璃转子流量计结构，玻璃锥管在出厂时，由前后罩支板和上下基座螺栓配合锁紧固定，无任何热胀准缩空间，而机组长期停运后，一般开机前提前将润滑油系统投入，对油进行循环检查，检查合格后进行开机相关工作，在机组开机时，各轴瓦的瓦温会逐渐上升，直至达到机组正常瓦温，而在这整个温升的过程中，玻璃锥管是否会因内外温度不一致，产生热胀冷缩造成破裂值得考虑。

(2)耐压方面。LZB-50型玻璃转子流量计额定耐压为0.6MPa，LZB-80型玻璃转子流量计额定耐压为0.4MPa。电站EL13.7m层低位油箱油泵出口压力经泄压后调整为0.4～0.45MPa(设计为0.8MPa)，润滑油由EL13.7m层低位油箱润滑油泵增压后，润滑油由低位油箱通过系统管路供至44.7m层高位油箱，途中在EL30.0m层设有三通管路，另一路则直接供油到机组各轴承润滑系统。因系统管路沿途未设计压力表，所以在系统运行时，玻璃转子流量计所承受压力无法确定，是否存在压力过大直接造成玻璃锥管破裂值得思考。如在EL30.0m层不布置三通，轴承供油管直接从高位油箱处开孔取油，因高位油箱设置有油呼吸器，故轴承供油管路应可定义自流供油，是否可以起到减少系统管路的供油压力值得考虑。

3.2.2密封渗油原因

由图1可知，密封布置于玻璃锥管的头尾侧端头和头尾侧周向共4处，对玻璃锥管进行密封。从结构可以看出，玻璃锥管和上下基座无任何固定组合，密封是否严实直接取决于上下基座安装与前后罩支架的配合。而在我们的安装或者检修过程中，如在设备与管路法兰连接时，上下法兰的对齐情况、管路与设备组合尺寸偏差、组合螺栓的拧紧程度，将直接影响玻璃转子流量计的密封性能。同时在机组运行时，系统管路会随机组产生微量震动，而此处管路在设计时无任何减震措施，如在玻璃转子流量计两端增加软连接，是否会起到一定的减震作用，以减少密封的受力情况。

4 改造相关建议

据同类型电站小璇电站工作人员介绍，小璇电站至投运以来，玻璃转子流量计使用情况较好。随即本站进行了相关采购安装，在安装中，发现该厂所生产的LZB-80型玻璃转子流量计法兰尺寸偏小，无法与本站现有管路及阀门装配。经与厂家联系，得知其生产的流量计所用法兰为0.6MPa等级法兰，而本站所用法兰、阀门均为1.6Pa耐压等级，如要更换，必须一起更换管路法兰和对应阀门，而在系统中使用0.6 MPa等级的阀门又将成为一处重要隐患。

基于上述分析，如果更改管路取油口(需在EL30.m层和EL44.7m高位油箱布置供油管路)、增加软连接(需在供油主管、支管共计5处增加软连接)等，均需对系统管路进行大改，且玻璃转子流量计本身材质问题也很多，一旦改造完成之后仍因温度变化等原因再改造导致破裂发生，将得不偿失。经市场调查，发现一种金属管浮子流量计可以替代玻璃转子流量计。金属管浮子流量计主要有2部分组成：传感器和指示器。传感器主要有法兰、测量管、锥管、浮子和上下导向器组成；指示器主要有磁耦合系统、电远传系统、指示盘、指针和壳体组成。结构如图3所示。

图3 金属管浮子流量计结构

其工作原理为：浮子内嵌一根磁钢，指示器中有磁耦合系统与之形成磁关联，池浮子在测量管中上下移动时，指示器中的磁耦合系统会带动指针移动。利用磁传感器检测并转换成电信号，经电路板处理后显示瞬时和累计流量，指针在指示盘上指示瞬时流量。

5 改造方案及分析

(1)设备选型。据与金属管流量计厂家联系，金属管流量计DN50型耐压为4.0MPa；DN80型为1.6MPa，满足系统要求。

(2)材质对比。金属管流量计通体为不锈钢结构，可与管路法兰直接组合装配，避免了玻璃转子流量计温度变化破裂的可能。

(3)密封对比。金属管流量计内部无其他密封结构，解决了玻璃转子流量计内部密封渗油问题。

(4)尺寸匹配。其配套的法兰尺寸与本站现用1.6MPa等级法兰尺寸相同，满足安装要求。设备总体高度为250mm，相比之前流量计(高度500～650mm)节约空间。

(5)设备安装。金属管流量计自带仪表一个，安装时需保持仪表朝向相同，需对管路法兰及阀门法兰进行配割调整，安装更换工作建议在机组年度检修时实施。

(6)功能选用。金属管流量计工作电压可选用12～36VDC 4～20mA两张制、220VAC 50Hz交流供电、电池供电。考虑该流量计仅为现地检查流量所用，该系统其他位置布置有流量开关、压力变送器等原件，拟暂不使用其远程输出信号功能，为此，建议使用电池供电(厂家介绍单组电池可用1a)，定期更换电池即可。

6 结语

(1)就玻璃转子流量计而言，其绝大部分仅适用于水、气介质系统，主要起到观测、流量调整作用，但受其本身结构和材质约束，其抗压性着实较差，安装尺寸及工艺较为苛刻(曾出现正常拆装玻璃管意外破裂现象)，使用在电站带压的油系统是否适合值得深思。

(2)玻璃转子流量计与金属流量计二者对比，金属管流量计优点主要是在结构材质及抗压方面，其各项参数指标完全能够胜任电站润滑油系统的各项需求。唯一不足就是金属管流量计不能实现肉眼观测油色功能，而这一不足可在低位油箱、高位油箱布置油杯给予解决。