探究安谷水電站5號機組受油器的結構優化

鄢 天 留

(中國水電建設集團圣達水電有限公司，四川 樂山 634900)

0 前 言

受油器是軸流轉漿式水輪機的重要裝置，其作用是將調速系統的壓力油自固定油管傳送至旋轉的操作油管，最終傳遞到轉輪活塞腔，同時，將轉輪活塞無壓腔回油排至回油箱，實現水輪機槳葉開度調節和轉輪液壓油循環[1]。

安谷水電站5號機組投入運行初期，發電機上導油槽蓋、集電環、碳刷等部件長期存在較大油污，生產人員只能間斷性停機擦拭清理，但效果還不明顯，每次清理后機組運行1天便產生新油污。據粗約統計，按當時每隔5天清理1次，一年將造成350萬kWh電量損失，直接經濟損失約100萬元。同時，在環境溫度較高的夏季，發電機集電環、碳刷長期帶有大量油污運行，不僅降低發電機效率，還極易造成集電環打火，對機組安全穩定運行造成嚴重影響[2]。

生產人員通過對集電環外罩和受油器結構分析，結合檢修中的各項試驗檢查結果，開展了集電環產生大量油污原因的排查，以及根據排查原因開展的針對受油器結構的研究優化，最終解決了集電環裝置、上導油槽蓋等部件聚集大量油污，長期帶油運行的問題。

1 受油器的結構分析和漏油查找

安谷水電站5號機組為1臺12 MW軸流轉槳式水輪發電機組，受油器主要由支架、油分配器、受油器外罩、集油槽、供油管路、集電環外罩等組成[3]，受油器結構圖見圖1。油分配器與操作油管設計雙邊間隙0.06～0.08 mm，內部設置3道軸用回轉方形圈。集電環外罩內部是發電機集電環和碳刷裝置，其作用是將勵磁電流傳輸給發電機轉子磁極。

機組運行中，當槳葉開啟腔油管向油分配器供油時，油分配器將透平油傳輸到操作油管外腔，最終傳送到轉輪活塞開腔，使槳葉開啟。同時，轉輪活塞關腔透平油沿操作油管中間腔回流到油分配器，經槳葉關閉腔油管回流至回油箱。反之，當槳葉關閉腔油管向油分配器供油時，轉輪槳葉關閉，操作油管外腔和槳葉開啟腔油管回油。設計中，槳葉開啟、關閉腔油管連接在油分配器上，而油分配器靠滾動軸承支撐在操作油管上端，在轉輪槳葉開、關時，油分配器及油管路隨操作油管上下移動。為了避免油管與油分配器支架碰撞，在油管路接頭下部支架開有扇形凹孔，以滿足油管路上下移動不受遮擋。

從機組集電環油污的產生情況看，該機組已處于非正常運行狀況。通過對受油器結構圖分析，初步判斷產生油珠的原因主要有兩方面。

(1)油霧凝結。機組運行當中，上導油槽內潤滑油油溫升高，在大軸旋轉力帶動下沿大軸向上爬升，產生的油霧透過上導油槽蓋密封在集電環外罩內部漂浮，飄落于上導油槽蓋和集聚于集電環外罩底部、集電環裝置等處形成油珠，油珠滴落到旋轉的集電環上后在離心力作用下向四周飛濺，使集電環裝置、上導油槽蓋上產生大量油污。

(2)受油器處滲漏。從受油器結構圖分析，油分配器支架安裝于集電環外罩上方，為防集電環外罩向油分配器支架傳輸軸電流，進而造成油分配器瓦面損傷，在油分配器支架與集電環外罩螺栓連接處采用絕緣套和絕緣墊支撐隔離，因此，兩部件之間有著與絕緣墊厚度相同的10 mm間隙。若集電環外罩上方集油過多，則可沿兩部件之間間隙向內側流動，在集電環內側底部集聚，形成油珠，滴落后造成集電環裝置和上導油槽蓋產生大量油污，受油器局部結構見圖2。而受油器滲漏造成集電環外罩上方集油的可能原因有兩種：一是受油器外罩內的槳葉開啟、關閉腔油管連接法蘭正位于集電環上端，若連接法蘭滲漏，則正好滴落于集電環外罩上。二是受油器油分配器與操作油管之間的滲油被旋轉的操作油管甩出，落于集電環外罩上方。

圖2 受油器局部結構圖

針對以上分析的兩種原因，生產人員組織開展了相關檢查。

(1)油霧凝結原因檢查。檢查5號機組上導油槽和下導油槽共用的油霧吸收裝置，油霧吸收裝置管路連接正確，裝置使用正常。檢查上導油槽蓋密封，用塞尺周向檢查密封帶完好，分別測量-X、+X、-Y、+Y四個方向上導油槽蓋密封帶與推力頭外徑間隙(安谷電站5號機組推力軸承和上導油槽共用同油槽槽外側，油槽蓋內側密封與推力頭外側配合)，上導油槽蓋密封間隙測量值見表1。經對測量數據和其他機組油槽蓋密封情況比較分析，判斷上導油槽產生的油霧少，油霧凝結造成集電環大量油污的可能性小，基本可以排除。

(2)受油器處滲漏檢查。機組運行當中拆除受油器外罩頂端蓋板，檢查受油器外罩內部的槳葉開啟、關閉油管路連接法蘭是否存在滲漏，用干凈布擦拭后發現法蘭無滲漏情況。

表1 上導油槽蓋密封間隙測量值

觀察機組運行當中受油器各部件工作情況，發現集電環外罩上方確有集油，并可觀察到機組運行當中油分配器支架凹孔(為避讓上下移動的油分配器油管所設)處不斷有細油滴被甩出，聚集于支架接油盤和集電環外罩上方，且集電環外罩上方確有集油。當油滴落于接油盤中時，接油盤中開有排油孔，形成的集油便通過排油孔流入集油槽。而當油滴被甩致接油盤外的集電環外罩上方時，則積油便沿集電環外罩向內、外兩側流動，在內側形成油珠，在外側滲漏到踏板。由此判斷，集電環油污問題系受油器滲漏導致。

2 受油器結構優化及實施

2.1 受油器滲漏點的封堵

(1)消除或減小受油器油分配器和油管路法蘭滲漏油。針對檢查中發現的受油器滲漏問題，首先制定了油管路法蘭密封更換滲漏處理的計劃，解決油管路滲漏問題。其次是對油分配器滲漏解決。因油分配器與操作油管之間設計有間隙，分析后認為，機組運行當中，油液從油分配器和操作油管之間的間隙滲出是必然的，若滲漏量不大，屬正常現象?，F場檢查時，其滲漏量亦較小，無需進行結構優化，僅需檢修中檢查核實油分配器間隙，更換密封，保證滲漏不增大。

(2)減小支架凹孔處的甩油量。根據機組運行當中對受油器的檢查，油分配器支架扇形凹孔處不斷有細油滴被甩出，聚集于支架外的集電環外罩上方，在對支架凹孔實際尺寸進行測量中，發現凹孔尺寸遠大于槳葉全行程動作時油分配器油管上下移動的所需空間，即凹孔尺寸過大。分析認為，滿足支架凹孔作用前提下適當縮小凹孔尺寸，可有效遮擋甩出油滴，減小集電環上方的集油。參考同類型機組相關受油器結構改進實例，計算設計一塊扇形凹孔面積更小，可靈活拆裝安裝在支架上的凹形活動擋板[4]。

(3)集電環外罩上方集油封堵。根據機組運行中聚集在集電環是上方的集油向集電環外罩內側流動，便可從集電環外罩與接油盤之間間隙流出，聚集在集電環外罩內側圓周方向，滴落在集電環裝置上；向集電環外側流動，則從受油器外罩與集電環外罩連接面滲漏的實際情況。技術人員經過仔細分析、思考，制定了在集電環外罩與接油盤之間增設密封，外側涂抹密封膠的處理方案。

2.2 集電環外罩集油的排出

為減少集電環外罩上方集油，降低滲漏可能，初步擬定了將集電環外罩鉆孔，接排油管路將集油引致集油槽排油管上的方案。因集電環外罩位置較集油槽和集油槽排油管高，集油槽排油管油液無壓，考慮到集電環外罩圓周大，各部位不在同一水平面，排油孔數量少可能使油液集聚在底凹處，影響排油效果，方案中沿圓周方向均勻設置4個排油孔，并在排油管上安裝手動閥門。

2.3 制定受油器結構優化的最終方案

(1)在原支架扇形凹孔處增設扇形凹孔面積更小的活動擋板，將扇形凹孔面積由原來的約53 355 mm2減小到31 952 mm2，增加了有效遮擋面積約40%，減少油滴甩出量，控制了滲漏油源。

(2)根據受油器防止集電環外罩向接油盤及支架傳輸軸電流，造成油分配器瓦面損傷的必要性，受油器透平油運行油溫和集油無壓，集電環外罩和支架接油盤的裝配尺寸，以及密封的安裝便捷和使用可靠等情況綜合考慮，采用在集電環外罩向接油盤及支架之間新增密封。經對密封的材質和結構形式進行了研究對比，確定使用Φ12 mm的絕緣O型橡膠密封[5]。

(3)在集電環外罩外側圓周方向90°間隔均勻鉆取4個Φ25 mm的排油孔，并裝配排油管路，經閥門引致集油槽排油管路。及時將集油排出，降低集電環外罩內、外側滲漏的可能。

2.4 受油器結構優化方案的實施

經過機組檢修對受油器油管路、油分配器等重點部位進行密封更換和檢修處理，以及對受油器結構優化方案的組織監督實施，機組投運后受油器各部件運行良好，集電環油污問題得到了徹底解決。安谷水電站5號機組受油器結構優化處理后運行至今，機組集電環未出現過類似問題。

3 結 語

受油器是軸流轉槳式水輪發電機組的重要部件，受油器漏油也是該機型一個常見問題。如何有效控制漏油，將漏油可靠排走，減小漏油對機組其他部件和設備的影響，保持設備清潔，體現了一個制造廠設計人員的實踐經歷和技術水平。從安谷水電站5號機組投運初期集電環油污問題以及圍繞問題展開的漏油原因分析查找、受油器結構優化和檢修實施處理經過看，受油器結構復雜，可能導致滲漏的原因較多，油分配器等重點部位的滲漏能引起重視，得到很好的解決，但一些零部件的細節設計往往會被設計人員疏忽，存在考慮不全、脫離實際的情況。希望通過安谷水電站5號機組受油器存在的問題和結構優化為行業內同類型機組集電環油污查找、受油器結構優化、技術改造等提供經驗。