水輪發(fā)電機(jī)推力油槽甩油原因分析及處理方法

張小華 徐興國(guó)

（湖南省雙牌水電站永州市425203）

1 概述

湖南省雙牌水電站位于湘江一級(jí)支流瀟水下游雙牌縣境內(nèi)。工程于1958年10月開(kāi)工興建，壩后式電站廠房?jī)?nèi)裝有3臺(tái)單機(jī)容量為45 MW的立軸混流半傘式水輪發(fā)電機(jī)組。3臺(tái)機(jī)組分別于1966年3月（2號(hào)機(jī)組）、1969年5月（3號(hào)機(jī)組）、1979年5月（1號(hào)機(jī)組）相繼投產(chǎn)發(fā)電。

限于當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)水平和制造工藝，3臺(tái)機(jī)組自投產(chǎn)運(yùn)行以來(lái)，推力油槽存在較為嚴(yán)重的內(nèi)外甩油現(xiàn)象，推力油槽上蓋板和水導(dǎo)油槽蓋板大量積油，嚴(yán)重污染了機(jī)坑和發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子線圈，加速了其絕緣的老化。

為了消除此缺陷，提高電站的安全文明生產(chǎn)水平。2009年12月在3號(hào)機(jī)組A級(jí)檢修時(shí)期，在對(duì)機(jī)組推力油槽內(nèi)外甩油現(xiàn)象進(jìn)行了認(rèn)真分析的基礎(chǔ)上，與哈爾濱通能電氣股份有限公司合作，更新改造了推力油槽上蓋板和擋油筒，在油槽底部加裝了接油盆，從而徹底解決了機(jī)組推力油槽的甩油缺陷。

2 改造前的甩油情況簡(jiǎn)介

3號(hào)機(jī)組自投運(yùn)以來(lái)，推力油槽就存在內(nèi)外甩油現(xiàn)象。主要出現(xiàn)在3個(gè)部位：

（1）水車室。

水車室水導(dǎo)油槽蓋板上積油嚴(yán)重，積油厚度達(dá)5 mm左右。下機(jī)架底部到處可見(jiàn)油珠。水車室機(jī)坑里襯鋼板被一層油塵混合物包敷。

（2）推力層。

推力層風(fēng)洞壁包敷一層油塵混合物，手指劃過(guò)即有一道劃痕，推力下機(jī)架機(jī)腿、推力頭等同樣如此。推力油槽上蓋板更為嚴(yán)重，手觸摸后，手掌即被粘有一層透平油。整個(gè)推力層有一股刺鼻的油氣味。

（3）發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子線圈。

定、轉(zhuǎn)子線圈上下端部外表包敷一層油塵混合物，手指抹過(guò)即有一道劃痕。線圈絕緣層顏色相對(duì)中間部位較深，且脆硬無(wú)韌性。

3 甩油的危害與影響

（1）內(nèi)甩油的危害與影響。

機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，內(nèi)甩油至主軸上和油霧在下機(jī)架底部凝結(jié)，隨著時(shí)間的積累，主軸上和下機(jī)架底部的油珠滴濺到水導(dǎo)油槽蓋板上，形成大量的積油，污染水車室，嚴(yán)重影響電站的文明生產(chǎn)。

（2）外甩油的危害與影響。

機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，從推力油槽上蓋板縫隙中溢出的油霧，部分在油槽蓋板上冷凝形成積油。部分油霧受發(fā)電機(jī)冷卻風(fēng)流的帶動(dòng)，吸附到定轉(zhuǎn)子線圈上，影響發(fā)電機(jī)散熱效果，腐蝕線圈絕緣，降低其絕緣強(qiáng)度，減短絕緣壽命。嚴(yán)重時(shí)還會(huì)降低發(fā)電機(jī)效率。

另外，內(nèi)外甩油還使油槽油量減少，造成不必要的浪費(fèi)。

4 甩油的原因分析

4.1 內(nèi)甩油的原因分析

（1）油槽結(jié)構(gòu)原因。

原機(jī)組推力油槽內(nèi)擋油圈為開(kāi)放式，擋油圈與推力頭內(nèi)壁距離約88 mm，與主軸距離約為115 mm，擋油圈上部距離推力頭的高度約為265 mm，高出油槽靜止油面約為185 mm。推力油槽結(jié)構(gòu)尺寸如圖1所示。

圖1 推力油槽結(jié)構(gòu)尺寸

開(kāi)放式的擋油圈結(jié)構(gòu)，其各部位間隙值都較大，而高出靜止油面的高度較小。機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中，由于旋轉(zhuǎn)部位鼓風(fēng)的作用，使得推力頭內(nèi)下側(cè)至油面之間及擋油圈與主軸之間的上部形成負(fù)壓，把油面吸高、涌溢和吸附油霧而甩濺到主軸壁上，形成內(nèi)甩油。

（2）制造及安裝原因。

擋油圈與推力頭內(nèi)壁或主軸之間，由于制造及安裝的原因，產(chǎn)生偏心，造成油環(huán)不均勻的現(xiàn)象。機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，推力頭內(nèi)壁帶動(dòng)其靜油旋轉(zhuǎn)，起著近似于偏心液壓泵的作用，使油環(huán)產(chǎn)生較大的壓力脈動(dòng)，并向上竄油而甩濺到主軸上，形成內(nèi)甩油。

4.2 外甩油的原因分析

透平油可吸收一定量的水分，同時(shí)可溶解一定量的空氣，隨著機(jī)組的運(yùn)行，油溫漸漸升高，使冷態(tài)時(shí)溶入油中的水分及空氣汽化，并且汽化的同時(shí)會(huì)有一定量的油被帶出，形成油霧。機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，推力頭和鏡板外壁帶動(dòng)粘滯的靜油運(yùn)行，使油面因離心力作用向油槽外壁涌高、飛濺或攪動(dòng)，使油珠和油霧從油槽蓋板的縫隙處溢出，形成外甩油。

另外，機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，隨著軸承溫度的升高，使油槽內(nèi)的油和空氣體積膨脹，產(chǎn)生內(nèi)壓。由于內(nèi)壓的作用，油槽內(nèi)的油霧隨著氣從油槽蓋板縫隙處溢出，形成外甩油。見(jiàn)圖2。

圖2 軸承外甩油

5 甩油的處理

針對(duì)甩油缺陷，電站下定決心對(duì)其進(jìn)行全面的處理。為使缺陷處理得更徹底、效果更顯著，電站曾考察過(guò)其他同類型機(jī)組的運(yùn)行及改造情況，咨詢過(guò)制造廠家。

3號(hào)機(jī)組安裝過(guò)程中，安裝單位考慮到擋油圈距離各相對(duì)部件的間隙過(guò)大，曾在原擋油圈的內(nèi)部加裝了副擋油圈。見(jiàn)圖3。

圖3 副擋油圈

副擋油圈彌補(bǔ)了原擋油筒由于高度偏小而造成的機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中大量溢油的缺陷，但并未徹底處理油槽的內(nèi)甩油現(xiàn)象，機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中油霧溢出后在主軸和下機(jī)架底部凝結(jié)，水車室水導(dǎo)油槽蓋板積油嚴(yán)重。原加裝的副擋油圈在結(jié)構(gòu)尺寸上亦存在缺陷，影響機(jī)組檢修過(guò)程中下機(jī)架的吊出。

在全面分析了機(jī)組推力油槽內(nèi)外甩油的產(chǎn)生原因，并參考同類型機(jī)組處理經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，有針對(duì)性地選擇了與哈爾濱通能電氣有限公司進(jìn)行合作，全面徹底地對(duì)3號(hào)機(jī)組的甩油缺陷進(jìn)行了處理。

5.1 內(nèi)甩油處理

首先，加高擋油圈。采用6 mm厚鋼板，卷制一個(gè)圓錐筒。直接焊接在原擋油圈上部。改造安裝后的結(jié)構(gòu)及尺寸如圖4所示。

圖4 改造后的擋油圈

加高擋油圈的目的主要是改善原擋油圈高度偏小的缺陷，減小機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中油浪的外溢量。考慮原擋油圈與推力頭的間隙值正好符合疏通法的原理，較大的間隙減小了機(jī)組檢修過(guò)程中，由于轉(zhuǎn)動(dòng)部件中心調(diào)整偏差而造成的液壓油泵的作用，油面壓力脈動(dòng)值較小，故沒(méi)有加裝任何副擋油圈。

其次，對(duì)于油霧的外溢，采用哈爾濱通能電氣股份有限公司提供的接油盆。見(jiàn)圖5。

圖5 接油盆

甩油環(huán)直接與轉(zhuǎn)子固定，與轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)，可使油落下后通過(guò)離心力，甩入座圈內(nèi)。

回油裝置可根據(jù)內(nèi)甩油量的多少考慮自動(dòng)回油或人工排油。本站由于加高了擋油圈，大大減少了油浪的外溢量，只有少量的霧化油珠，回油裝置采用人工定期排油的方式。

5.2 外甩油處理

將油槽大蓋更新改造為哈爾濱通能電氣股份有限公司生產(chǎn)的耐壓接觸式密封蓋，見(jiàn)圖6。

圖6 耐壓接觸式密封蓋

此密封蓋的兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)：

（1）接觸齒2（同圖5的接觸齒3）有多種功能：

●多等分功能：接觸齒按圓周方向等分成若干偶數(shù)等份，每一等份均能徑向前進(jìn)和后退，靈敏度高，能緊隨軸的位移做徑向跟蹤，因此能確保下接油盆在軸存在徑向擺動(dòng)的情況下一直保持和軸在無(wú)間隙狀態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行。

●補(bǔ)償及退后功能：接觸齒在等分后，每一等分都可以徑向前進(jìn)和后退，前進(jìn)量徑向單邊為1 mm，后退量徑向單邊為2.5 mm，靈敏度非常高，能夠有效補(bǔ)償在運(yùn)行中的磨損量，使接觸齒與轉(zhuǎn)軸之間連續(xù)不斷地接觸，保證接觸齒和轉(zhuǎn)軸之間在任何工況下零間隙運(yùn)行。

●限位功能：精確的限位裝置，它能有效地限制接觸齒的進(jìn)給量，使接觸齒與轉(zhuǎn)軸之間減少磨損，并保證接觸齒與轉(zhuǎn)軸之間永遠(yuǎn)保持零間隙。

●與轉(zhuǎn)軸接觸部分材料：與轉(zhuǎn)軸接觸部分材料，是一種自行開(kāi)發(fā)研制的非金屬多元復(fù)合材料，此種材料具有耐磨、耐油、耐高溫、耐老化、耐化學(xué)腐蝕等特性，并且具有自潤(rùn)滑功能。

（2）油霧過(guò)濾呼吸器4平衡了油槽內(nèi)壓力，減小了油霧對(duì)密封材料的壓力。

6 處理后的效果

處理后，3號(hào)機(jī)組投運(yùn)已有6個(gè)月時(shí)間，目前各個(gè)部位的甩油現(xiàn)象都得到了顯著的改善。水車室水導(dǎo)油槽上蓋板的積油和下機(jī)架底部的油珠沒(méi)有了，且用手觸摸無(wú)任何油或油塵混合物；推力層亦聞不到刺鼻的油氣味；油槽上蓋板、機(jī)架壁和風(fēng)洞壁也抹不到油塵。發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子線圈的溫度同比下降了（2～3）℃。

改造后的密封座、大蓋、轉(zhuǎn)環(huán)等均為鋁合金材質(zhì)，重量輕，易于拆裝，給電站今后的維護(hù)檢修帶來(lái)了很大的方便。

7 結(jié)語(yǔ)

發(fā)電機(jī)推力油槽甩油缺陷在老式機(jī)組中還比較普通，隨著技術(shù)的進(jìn)步，企業(yè)對(duì)安全文明生產(chǎn)的要求越來(lái)越高，甩油缺陷的改造應(yīng)是部分老電站刻不容緩的任務(wù)。雙牌電站3號(hào)發(fā)電機(jī)機(jī)推力油槽甩油的成功改造，為另外兩臺(tái)機(jī)組的缺陷消除打下了良好基礎(chǔ)，積累了經(jīng)驗(yàn)，也可為其他電站同類型機(jī)組的缺陷消除提供參考。

1 劉云.水輪發(fā)電機(jī)故障處理與檢修[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2002.

2 盛國(guó)林.水輪電機(jī)組安裝與檢修[M].北京：中國(guó)電力出版社，2008.