水輪發電機推力油槽甩油原因分析及處理方法

張小華 徐興國

（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支流瀟水下游雙牌縣境內。工程于1958年10月開工興建，壩后式電站廠房內裝有3臺單機容量為45 MW的立軸混流半傘式水輪發電機組。3臺機組分別于1966年3月（2號機組）、1969年5月（3號機組）、1979年5月（1號機組）相繼投產發電。

限于當時的設計水平和制造工藝，3臺機組自投產運行以來，推力油槽存在較為嚴重的內外甩油現象，推力油槽上蓋板和水導油槽蓋板大量積油，嚴重污染了機坑和發電機定轉子線圈，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水平。2009年12月在3號機組A級檢修時期，在對機組推力油槽內外甩油現象進行了認真分析的基礎上，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，從而徹底解決了機組推力油槽的甩油缺陷。

2 改造前的甩油情況簡介

3號機組自投運以來，推力油槽就存在內外甩油現象。主要出現在3個部位：

（1）水車室。

水車室水導油槽蓋板上積油嚴重，積油厚度達5 mm左右。下機架底部到處可見油珠。水車室機坑里襯鋼板被一層油塵混合物包敷。

（2）推力層。

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

（3）發電機定、轉子線圈。

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

3 甩油的危害與影響

（1）內甩油的危害與影響。

機組運行過程中，內甩油至主軸上和油霧在下機架底部凝結，隨著時間的積累，主軸上和下機架底部的油珠滴濺到水導油槽蓋板上，形成大量的積油，污染水車室，嚴重影響電站的文明生產。

（2）外甩油的危害與影響。

機組運行過程中，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。部分油霧受發電機冷卻風流的帶動，吸附到定轉子線圈上，影響發電機散熱效果，腐蝕線圈絕緣，降低其絕緣強度，減短絕緣壽命。嚴重時還會降低發電機效率。

另外，內外甩油還使油槽油量減少，造成不必要的浪費。

4 甩油的原因分析

4.1 內甩油的原因分析

（1）油槽結構原因。

原機組推力油槽內擋油圈為開放式，擋油圈與推力頭內壁距離約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。推力油槽結構尺寸如圖1所示。

圖1 推力油槽結構尺寸

開放式的擋油圈結構，其各部位間隙值都較大，而高出靜止油面的高度較小。機組在運行過程中，由于旋轉部位鼓風的作用，使得推力頭內下側至油面之間及擋油圈與主軸之間的上部形成負壓，把油面吸高、涌溢和吸附油霧而甩濺到主軸壁上，形成內甩油。

（2）制造及安裝原因。

擋油圈與推力頭內壁或主軸之間，由于制造及安裝的原因，產生偏心，造成油環不均勻的現象。機組運行過程中，推力頭內壁帶動其靜油旋轉，起著近似于偏心液壓泵的作用，使油環產生較大的壓力脈動，并向上竄油而甩濺到主軸上，形成內甩油。

4.2 外甩油的原因分析

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

另外，機組運行過程中，隨著軸承溫度的升高，使油槽內的油和空氣體積膨脹，產生內壓。由于內壓的作用，油槽內的油霧隨著氣從油槽蓋板縫隙處溢出，形成外甩油。見圖2。

圖2 軸承外甩油

5 甩油的處理

針對甩油缺陷，電站下定決心對其進行全面的處理。為使缺陷處理得更徹底、效果更顯著，電站曾考察過其他同類型機組的運行及改造情況，咨詢過制造廠家。

3號機組安裝過程中，安裝單位考慮到擋油圈距離各相對部件的間隙過大，曾在原擋油圈的內部加裝了副擋油圈。見圖3。

圖3 副擋油圈

副擋油圈彌補了原擋油筒由于高度偏小而造成的機組運行過程中大量溢油的缺陷，但并未徹底處理油槽的內甩油現象，機組運行過程中油霧溢出后在主軸和下機架底部凝結，水車室水導油槽蓋板積油嚴重。原加裝的副擋油圈在結構尺寸上亦存在缺陷，影響機組檢修過程中下機架的吊出。

在全面分析了機組推力油槽內外甩油的產生原因，并參考同類型機組處理經驗的基礎上，有針對性地選擇了與哈爾濱通能電氣有限公司進行合作，全面徹底地對3號機組的甩油缺陷進行了處理。

5.1 內甩油處理

首先，加高擋油圈。采用6 mm厚鋼板，卷制一個圓錐筒。直接焊接在原擋油圈上部。改造安裝后的結構及尺寸如圖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，減小機組運行過程中油浪的外溢量。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組檢修過程中，由于轉動部件中心調整偏差而造成的液壓油泵的作用，油面壓力脈動值較小，故沒有加裝任何副擋油圈。

其次，對于油霧的外溢，采用哈爾濱通能電氣股份有限公司提供的接油盆。見圖5。

圖5 接油盆

甩油環直接與轉子固定，與轉子同步旋轉，可使油落下后通過離心力，甩入座圈內。

回油裝置可根據內甩油量的多少考慮自動回油或人工排油。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的耐壓接觸式密封蓋，見圖6。

圖6 耐壓接觸式密封蓋

此密封蓋的兩個關鍵技術：

（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等份，每一等份均能徑向前進和后退，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的情況下一直保持和軸在無間隙狀態穩定運行。

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

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

●與轉軸接觸部分材料：與轉軸接觸部分材料，是一種自行開發研制的非金屬多元復合材料，此種材料具有耐磨、耐油、耐高溫、耐老化、耐化學腐蝕等特性，并且具有自潤滑功能。

（2）油霧過濾呼吸器4平衡了油槽內壓力，減小了油霧對密封材料的壓力。

6 處理后的效果

處理后，3號機組投運已有6個月時間，目前各個部位的甩油現象都得到了顯著的改善。水車室水導油槽上蓋板的積油和下機架底部的油珠沒有了，且用手觸摸無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、機架壁和風洞壁也抹不到油塵。發電機定轉子線圈的溫度同比下降了（2～3）℃。

改造后的密封座、大蓋、轉環等均為鋁合金材質，重量輕，易于拆裝，給電站今后的維護檢修帶來了很大的方便。

7 結語

發電機推力油槽甩油缺陷在老式機組中還比較普通，隨著技術的進步，企業對安全文明生產的要求越來越高，甩油缺陷的改造應是部分老電站刻不容緩的任務。雙牌電站3號發電機機推力油槽甩油的成功改造，為另外兩臺機組的缺陷消除打下了良好基礎，積累了經驗，也可為其他電站同類型機組的缺陷消除提供參考。

1 劉云.水輪發電機故障處理與檢修[M].北京：中國水利水電出版社，2002.

2 盛國林.水輪電機組安裝與檢修[M].北京：中國電力出版社，2008.