淺談大型水輪發(fā)電機(jī)組推力油槽甩油原因分析與處理

周福泉

摘 要：大型水輪發(fā)電機(jī)組的推力油槽出現(xiàn)甩油現(xiàn)象會(huì)給外界造成嚴(yán)重污染，同時(shí)也會(huì)降低發(fā)電機(jī)的運(yùn)行效率。本文通過分析大型水輪發(fā)電機(jī)組推力油槽甩油的原因，進(jìn)一步分析了大型水輪發(fā)電機(jī)組推力油槽甩油處理手段。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)組;甩油問題;處理手段

一、大型水輪發(fā)電機(jī)組甩油情況

本文研究的大型水輪發(fā)電機(jī)組由于設(shè)計(jì)、制造工藝以及長期運(yùn)行老化等方面的不足，導(dǎo)致出現(xiàn)了內(nèi)外甩油的問題，不僅對環(huán)境以及機(jī)組都造成了嚴(yán)重污染，同時(shí)也使得發(fā)電機(jī)的絕緣層老化更為嚴(yán)重，不利于發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。本次研究的發(fā)電機(jī)組內(nèi)外甩油問題主要出現(xiàn)在三個(gè)部位，一是水車室部位，水車室的油槽蓋板上出現(xiàn)較為嚴(yán)重的積油現(xiàn)象，同時(shí)其下機(jī)架的底部也存在著油漬，其機(jī)坑里側(cè)的內(nèi)壁上同樣具有油污;二是推力層部位，其推力層的風(fēng)洞壁上存在著包裹性油污，同時(shí)，推力頭部位以及下機(jī)架部位同樣存在大量油污，推力油槽蓋板上是油污最為嚴(yán)重的部位;三是發(fā)電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子線圈部位，其線圈的上下兩端都存在油污，且油污較厚，尤其是線圈絕緣層靠近中間的部位受到油污侵染顏色較深，且絕緣層部位較脆，韌性下降[1]。

二、大型水輪發(fā)電機(jī)組推力油槽甩油的原因

1.內(nèi)甩油的原因分析

很多大型水輪發(fā)電機(jī)組在使用年限較長后，其推力油槽都會(huì)出現(xiàn)內(nèi)甩油問題，該項(xiàng)故障問題會(huì)使得整個(gè)發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行性能受到影響，導(dǎo)致檢修成本上升，同時(shí)也會(huì)造成一定的環(huán)境污染，而究其油槽內(nèi)甩油的根本原因主要有兩個(gè)方面，一方面是油槽的結(jié)構(gòu)不完善導(dǎo)致其出現(xiàn)內(nèi)甩油現(xiàn)象，本次研究的原水輪發(fā)電機(jī)組的油槽內(nèi)擋油圈為開放式結(jié)構(gòu)，其中推力頭的內(nèi)壁與擋油圈之間的空隙距離約為88毫米，而擋油圈與主軸之間的距離約為115毫米，其推力頭到擋油圈上部分位置的距離約為265毫米，油槽高出靜止時(shí)的油面185毫米左右，由這些參數(shù)數(shù)據(jù)可知，這種結(jié)果的擋油圈與其他部位之間具有較大縫隙，而距離靜止油面的距離卻較小，因而很容易導(dǎo)致內(nèi)部形成負(fù)壓，油面在其作用下會(huì)升高，進(jìn)而出現(xiàn)內(nèi)甩油現(xiàn)象。另一方面是發(fā)電機(jī)制造和安裝原因?qū)е鲁霈F(xiàn)甩油現(xiàn)象，在具體制造安裝時(shí)，由于工藝的不完善導(dǎo)致?lián)跤腿椭鬏S之間，或是與推頭的內(nèi)壁之間產(chǎn)生偏差，主要是偏離中心位置，造成油環(huán)不均勻，進(jìn)而出現(xiàn)內(nèi)甩油的問題。

2.外甩油的原因分析

發(fā)電機(jī)的透平油是能夠吸收一定水分和空氣的，因而在整個(gè)水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的過程中，其油溫在逐漸升高時(shí)，在透平油冷態(tài)時(shí)溶于其中的空氣和水分會(huì)開始汽化，在汽化過程中也會(huì)將一部分油帶出，汽化后的混合物為油霧，造成外甩油現(xiàn)象。同時(shí)，發(fā)電機(jī)組在運(yùn)作時(shí)，其外壁粘附著的靜止油會(huì)在推力頭和鏡板的作用下向外飛濺，從油槽板的縫隙之間甩出。另外，機(jī)組運(yùn)行時(shí)還會(huì)導(dǎo)致其內(nèi)部軸承的溫度上升，內(nèi)部形成內(nèi)壓，導(dǎo)致油和空氣的體積膨脹，油霧也會(huì)通過油槽蓋板的縫隙甩出。

三、大型水輪發(fā)電機(jī)組推力油槽甩油處理手段

根據(jù)對大型水輪發(fā)電機(jī)組推力油槽甩油的原因分析可知，其機(jī)組運(yùn)行、結(jié)構(gòu)尺寸等方面都存在著不足，因而針對于這些根本原因?qū)Υ笮退啺l(fā)電機(jī)組進(jìn)行優(yōu)化改造，再結(jié)合同類型水輪發(fā)電機(jī)組甩油問題優(yōu)化處理的經(jīng)驗(yàn)，對大型水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行改造，有效處理其推力油槽甩油的故障問題。

1.內(nèi)甩油問題的處理

根據(jù)內(nèi)甩油現(xiàn)象出現(xiàn)的根本原因?qū)υ搯栴}處理，主要是從結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改造。例如，對擋油圈的高度規(guī)格進(jìn)行完善，可使用厚鋼板墊裝加高，本次改造使用的厚鋼板厚度為6毫米，將鋼板卷起形成一個(gè)圓錐形的筒狀，然后將該結(jié)構(gòu)直接焊裝在擋油圈的上部位置上，在改造完成后還要對改造后的擋油圈高度進(jìn)行精準(zhǔn)測量，確保其達(dá)到改造要求，對擋油圈加高能夠有效完善擋油圈高出油面距離偏小的缺陷，也可以降低油面升高外泄的可能性。另外，原有發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)中擋油圈與推力頭之間的縫隙問題可以按照疏通法原理進(jìn)行解決，因而能夠進(jìn)一步簡化檢修流程，再加上轉(zhuǎn)動(dòng)部件存在著中心偏差，因而油泵的壓力會(huì)受到影響造成脈動(dòng)值較小的現(xiàn)象，也不需要再添加副擋油圈，針對于存在的油霧外泄問題，還可以安裝接油盆進(jìn)行處理，接油盆結(jié)構(gòu)中的甩油環(huán)與轉(zhuǎn)子之間連接固定，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，甩油環(huán)也可一起轉(zhuǎn)動(dòng)，而這時(shí)若有油滴落下就會(huì)直接通過旋轉(zhuǎn)力甩入到座圈當(dāng)中，而接油盆中的回油裝置則是負(fù)責(zé)回油并排油的工作，一般采用定期排油的方式[2]。

2.外甩油問題的處理

針對于外甩油問題產(chǎn)生的原因，可直接對油槽大蓋結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，將原有的油槽蓋改裝成耐壓式接觸密封蓋，改進(jìn)后的密封蓋結(jié)構(gòu)主要包括鋁合金座圈、接觸齒、主軸以及油霧過濾呼吸器，該結(jié)構(gòu)主要兩種關(guān)鍵技術(shù)來實(shí)現(xiàn)防甩油功能。例如，其接觸齒結(jié)構(gòu)具有著多項(xiàng)功能，比方說限位功能，其主要通過限位裝置限制了接觸齒的供給數(shù)量，能夠有效降低接觸齒與轉(zhuǎn)軸之間不必要的摩擦，延長接觸齒的使用壽命，同時(shí)還能夠保證轉(zhuǎn)軸與接觸齒接觸時(shí)沒有絲毫縫隙;多等分功能也是接觸齒的一項(xiàng)功能，其主要原理是將接觸齒分為若干部分，每一部分都是相等的，其劃分主要按照圓周方向，在徑向上，每一個(gè)部分都能夠前進(jìn)或是后退，具有較高的靈活性，因而對接觸齒的追蹤可根據(jù)軸的位移來判斷，確保接油盆設(shè)備的運(yùn)行始終穩(wěn)定，另外，接觸齒還具有補(bǔ)償推后功能以及與轉(zhuǎn)軸接觸部分材料的功能，另一關(guān)鍵技術(shù)則是密封蓋的油霧過濾呼吸器能夠進(jìn)一步平衡油槽內(nèi)的壓力，對于防止油霧散出有著很重要的作用。

四、應(yīng)用實(shí)例分析

為了更好的了解大型水輪發(fā)電機(jī)組推力油槽甩油及其處理方法，在本次研究中，本文將結(jié)合某水電工程項(xiàng)目的實(shí)際情況，詳細(xì)闡述了推力油槽甩油的原因以及處理方法等。

1.案例背景介紹

某水電站建成后的廠房內(nèi)裝有三臺單機(jī)容量45MW的立軸混流半傘式水輪發(fā)電機(jī)組，因?yàn)樵撦旊娬镜慕ǔ蓵r(shí)間較早，并為設(shè)備受到當(dāng)時(shí)生產(chǎn)工藝以及制造水平的影響，自投入使用以來就出現(xiàn)了嚴(yán)重的脫離油槽內(nèi)外甩油的問題，造成推力油槽上的蓋板以及水導(dǎo)油槽蓋板內(nèi)存在大量的機(jī)油，這一情況嚴(yán)重污染了發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子線圈以及機(jī)坑等，加快了相關(guān)設(shè)備的老化進(jìn)程。

為了能夠有效解決這個(gè)問題，實(shí)現(xiàn)水電站的安全生產(chǎn)，水電站管理單位在對機(jī)組推力油槽的內(nèi)外現(xiàn)象進(jìn)行分析后，開始尋找推力油槽甩油的新方法。

2.處理方法

（1）機(jī)組的改進(jìn)

通過對機(jī)組進(jìn)行改進(jìn)，在機(jī)組安裝期間考慮到擋油圈距離與相關(guān)組件的間隙較大而造成甩油問題，所以該項(xiàng)目中計(jì)劃對原有擋油圈內(nèi)部增設(shè)負(fù)擋油圈的方法解決該問題，所增加的副擋油圈可以有效避免因?yàn)樵袚跤屯惨驗(yàn)楦叨绕投鴮?dǎo)致大量乙酉問題，可以有效避免甩油問題發(fā)生。

（2）查找油槽本體的泄漏點(diǎn)

為了能夠進(jìn)一步解決油槽泄漏問題，在該項(xiàng)目中根據(jù)推力油槽結(jié)構(gòu)，采用透平油滲透法以及壓縮空氣檢測等方法進(jìn)行檢測。其中在壓縮空氣撿漏期間，考慮到推力油槽的下方為密封墻體，則可以通過壓縮空氣的方法檢查油槽底板上有無漏點(diǎn)情況。為實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，選擇在機(jī)架支撐的封閉腔內(nèi)設(shè)置一個(gè)φ30的孔，并焊接鋼管向墻體內(nèi)注入空氣，設(shè)置氣壓為0.6MPa，再在油槽內(nèi)涂抹肥皂水檢查有無漏點(diǎn)。在油槽注油檢漏期間，需將推力油冷進(jìn)排水管、溫度計(jì)引線端蓋、密閉腔體上方油槽采用直接注滿透平油檢漏，在機(jī)架外圍及擋油桶內(nèi)側(cè)檢查漏點(diǎn)。

在確定泄漏點(diǎn)之后，可將漏點(diǎn)缺陷焊縫清理干凈，用碳弧氣刨開坡口。之后做補(bǔ)焊以及泄漏點(diǎn)的打磨，去除飛濺以及焊瘤等物質(zhì)。最后安裝上文介紹的方法對漏點(diǎn)做第二次檢測，直至完全合格。

3.效果評價(jià)

在按照上文介紹的方法處理泄漏點(diǎn)之后，改造后的機(jī)組投入的時(shí)間已經(jīng)超過6個(gè)月，通過觀察裝置的甩油現(xiàn)象后，結(jié)果顯示甩油問題無顯著改善。比較改進(jìn)前后的甩油情況后，發(fā)現(xiàn)水車室水導(dǎo)油槽上蓋板的積油和下機(jī)架底部的油珠沒有了，且用手觸摸無任何油及其混合物，證明本次改造取得了預(yù)期效果。在本次改造中所使用的轉(zhuǎn)換以及彌補(bǔ)材料等均新型材質(zhì)，具有易于拆卸等優(yōu)點(diǎn)，為進(jìn)一步降低后期維護(hù)的檢修難度降低基礎(chǔ)。

五、結(jié)論

綜上所述，大型水輪發(fā)電機(jī)組推力油槽甩油情況主要包括內(nèi)甩油和外甩油兩種類型，其中內(nèi)甩油的主要原因是設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)存在不足，以及制造安裝存在偏差等，而外甩油的主要原因是內(nèi)部油受到外部因素的影響而飛濺或汽化，進(jìn)而導(dǎo)致出現(xiàn)甩油，這兩種甩油問題的處理都需要根據(jù)其具體原因?qū)Πl(fā)電機(jī)進(jìn)行優(yōu)化改造，比方說改造擋油圈高度以及油槽蓋結(jié)構(gòu)等。

參考文獻(xiàn)：

[1]霍新新，武中德，范壽孝.水輪發(fā)電機(jī)推力軸承油槽防甩油措施[J].黑龍江電力，2020，42（06）：471-473.

[2]趙宇彤.棉花灘水電站機(jī)組推力軸承防油霧逸出裝置的研究[D].長春工程學(xué)院，2020.