水輪發(fā)電機(jī)上機(jī)架油循環(huán)原理及甩油問(wèn)題的處理

王建福

(河南瑞發(fā)水電設(shè)備有限公司，河南 西峽 474550)

1 概 述

喉壁電站位于山西省平順縣陽(yáng)高鄉(xiāng)喉壁村，于2013年10月實(shí)施增效擴(kuò)容改造，是國(guó)家“十三五”增效擴(kuò)容的項(xiàng)目之一。筆者所在公司承接了主機(jī)設(shè)計(jì)制造安裝任務(wù)，電站新裝機(jī)3臺(tái)3 000 kW的立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)型號(hào)為SF3000—16/3250，額定電壓6 300 V，額定電流343.7 A，額定轉(zhuǎn)速375 r/min，額定功率因數(shù)為0.8滯后，旋轉(zhuǎn)方向?yàn)楦┮曧槙r(shí)針，勵(lì)磁方式為微機(jī)勵(lì)磁。

經(jīng)過(guò)近10個(gè)月的努力，于2014年7月底安裝完畢，8月初進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行，試運(yùn)行發(fā)現(xiàn)機(jī)組轉(zhuǎn)速300 r/min以下時(shí)，機(jī)組各項(xiàng)指標(biāo)均正常；但高于300 r/min時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)架的油囪有油霧冒出，然后變成的油滴落在機(jī)架上。同時(shí)，有油經(jīng)擋油套筒內(nèi)腔與主軸之間的空隙落下，轉(zhuǎn)速越高油霧及甩油情況越嚴(yán)重。在嚴(yán)密觀察瓦溫的情況下，在額定轉(zhuǎn)速即375 r/min連續(xù)運(yùn)行8 h甩油停止，停機(jī)檢查，發(fā)現(xiàn)油位降低有10 cm，且瓦溫穩(wěn)定在55 ℃左右。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，迫使電站停產(chǎn)，作事故處理。

2 原因分析

這套軸承原用在SF3200—20/3250發(fā)電機(jī)上，沒(méi)有甩油現(xiàn)象的發(fā)生，而用在本機(jī)上卻發(fā)生了甩油現(xiàn)象，且在300轉(zhuǎn)以下同樣不甩油。從這個(gè)角度分析肯定是轉(zhuǎn)速過(guò)高引起的甩油，但結(jié)構(gòu)一定，如拋棄本軸承，從時(shí)間和經(jīng)濟(jì)上是絕對(duì)不允許的。筆者查閱了相關(guān)解決甩油的論文，對(duì)本機(jī)都不能使用，必須另辟蹊徑；于是從油路循環(huán)原理出發(fā)，尋找解決問(wèn)題的辦法。

3 上機(jī)架潤(rùn)滑油的循環(huán)油路分析

水輪發(fā)電機(jī)的上機(jī)架一般由上機(jī)架殼體，推力軸承、導(dǎo)軸承、推力頭、油冷卻器、擋油套筒等幾部分組成。在機(jī)組靜止時(shí)，油面為靜止的平面，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般加油至導(dǎo)軸承的中心線即可，上下不能偏差5 cm。而當(dāng)機(jī)組旋轉(zhuǎn)后，由于推力頭的帶動(dòng)，作用油也處于旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)；根據(jù)流體力學(xué)的原理，油面呈現(xiàn)1個(gè)旋轉(zhuǎn)拋物面，周邊高，靠近推力頭的外沿處為最低油面，拋物面的形狀決定于旋轉(zhuǎn)角速度大小。由于機(jī)架內(nèi)由多個(gè)部件組成，對(duì)油的旋轉(zhuǎn)起到一定的阻尼作用，故很難準(zhǔn)確的計(jì)算；但拋物面形狀的油面是一定的。為了形成潤(rùn)滑油的循環(huán)，同時(shí)為了潤(rùn)滑油得到充分的冷卻，在油冷卻器頂部設(shè)置了穩(wěn)油板及中間部分設(shè)置了隔油板。穩(wěn)油板的作用是壓低旋轉(zhuǎn)拋物面頂部高度進(jìn)而造成了油體的內(nèi)部壓力，使油沿外圈向中間流動(dòng)；隔油板的作用是隔斷熱油直接下落，在離心力的作用下熱油通過(guò)冷卻后經(jīng)向外圈頂部流動(dòng)。

通過(guò)上述分析，當(dāng)機(jī)組旋轉(zhuǎn)后，油的維環(huán)路線為油在內(nèi)部壓力的作用下由外圈向中間流動(dòng)，經(jīng)推力瓦的間隙進(jìn)入推力頭的內(nèi)腔與擋油桶之間；然后分兩路一路經(jīng)推力瓦上面，在旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)下甩下外圍，一路經(jīng)推力頭上與導(dǎo)軸承對(duì)應(yīng)部位的出油孔進(jìn)入導(dǎo)軸承，最后落到旋轉(zhuǎn)油面的中間空腔部位；在旋轉(zhuǎn)離心力的作用下流向油室外圍。在機(jī)組的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下潤(rùn)滑油就是這樣周而復(fù)始的維環(huán)著。

4 解決措施

從油路的維環(huán)原理分析，有大量油霧，證明油的旋轉(zhuǎn)速度過(guò)高，由各種零部件過(guò)分?jǐn)噭?dòng)所致；有油從擋油套內(nèi)腔落下，證明油的旋轉(zhuǎn)過(guò)快、油體內(nèi)壓力過(guò)高，致使大量的潤(rùn)滑油進(jìn)入到推力頭擋油套筒之間，而這部分油又不能得到充分的排放所致(經(jīng)出油孔)。

原因找到，由于目前處于豐水季節(jié)，電站在開(kāi)機(jī)時(shí)加足潤(rùn)滑油(開(kāi)機(jī)時(shí)速度較低，旋轉(zhuǎn)拋物面頂部高度不夠，穩(wěn)油板不能產(chǎn)生內(nèi)部壓力，只能加大油量)就可大膽運(yùn)行。既然甩油，證明正常運(yùn)行時(shí)導(dǎo)軸承不缺油，而推力軸承浸在油內(nèi)，當(dāng)甩油到一定時(shí)間，油的體積減少到一定程度后就不甩了，待枯水季節(jié)時(shí)再對(duì)上機(jī)架進(jìn)行處理。

2015年10月枯水季節(jié)，將上機(jī)架拉回公司，進(jìn)行如下措施處理：

(1)因?yàn)橛偷男D(zhuǎn)速度過(guò)快，所以想法降低油的轉(zhuǎn)速，于是在油室內(nèi)安裝2個(gè)阻尼板(見(jiàn)圖1)。

圖1阻尼板形狀示意

(2)油從擋油套筒甩出，應(yīng)是2個(gè)原因造成，即油的旋轉(zhuǎn)過(guò)快和進(jìn)入推力頭內(nèi)腔油量過(guò)大；而又不能經(jīng)出油孔有效排出。油的旋轉(zhuǎn)問(wèn)題通過(guò)第一步措施已解決，這雖然降低了油的維環(huán)量，但由于只能定性分析不能定量計(jì)算，為安全起見(jiàn)只能增大油的出油效果，才能確保安全。于是在推力頭原排油孔的上方導(dǎo)瓦覆蓋部位又新鉆了1圈排油孔(見(jiàn)圖2)。

圖2改造前后的推力頭

經(jīng)過(guò)上述兩步措施的改造，電站重新裝機(jī)后，經(jīng)運(yùn)行證明效果非常理想，徹底解決了甩油的問(wèn)題，軸承溫度一直穩(wěn)定在45 ℃左右(見(jiàn)圖3)。

圖3改造后的上機(jī)架示意

5 結(jié) 語(yǔ)

在解決電站的問(wèn)題時(shí)，一切方案的制定一定要以理論為基礎(chǔ)，只有這樣才能做到有的放矢、對(duì)癥下藥，起到事半功倍的效果。