水輪發(fā)電機(jī)組推力導(dǎo)瓦溫過高故障解析與改進(jìn)

李青安

（大唐觀音巖水電開發(fā)有限公司，云南 昆明 650000）

推力軸承是水輪發(fā)電機(jī)組的核心部件之一，如果其運(yùn)行狀態(tài)出現(xiàn)異常，將直接對(duì)機(jī)組的整體運(yùn)行效率產(chǎn)生影響。推力導(dǎo)瓦溫過高是實(shí)際生產(chǎn)中比較常見的問題之一。產(chǎn)生這一問題的原因包括冷卻水中斷、推力瓦之間受力不均以及推力軸承絕緣不良造成油質(zhì)劣化等。為保證水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的安全性與高效性，就需要減少或消除推力導(dǎo)瓦溫過高的問題。為此，本次結(jié)合實(shí)例對(duì)此類故障原因以及解決方法進(jìn)行了分析。

1 水輪發(fā)電機(jī)組推力導(dǎo)瓦溫過高的分析

機(jī)組在正常運(yùn)行狀態(tài)下，軸承瓦溫最高不得超過80 ℃。如果機(jī)組軸承瓦溫超出標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值2 ℃～3 ℃或更多，便需要及時(shí)查找故障原因，并在第一時(shí)間安排專業(yè)人員處理，避免故障的進(jìn)一步擴(kuò)大[1]。

2 水輪發(fā)電機(jī)組推力導(dǎo)瓦溫過高故障原因

目前，在專業(yè)技術(shù)水平不斷提高的情況下，因冷卻水中斷造成水輪發(fā)電機(jī)組推力導(dǎo)瓦溫過高故障的可能性越來越小。這不僅是因?yàn)樵诠收习l(fā)生后會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的冷卻水中斷信號(hào)和警報(bào)。只有在冷卻水中斷故障且機(jī)組負(fù)荷較大的情況下，才會(huì)在較短的時(shí)間內(nèi)造成推力瓦瓦溫升高的故障。因此，在分析故障時(shí)，需要以實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)作為支持，觀察并分析故障現(xiàn)象，包括上位機(jī)事故故障光字牌、測(cè)溫盤溫度計(jì)升高達(dá)到故障數(shù)值以上、機(jī)旁盤故障燈亮、上位機(jī)溫度棒形圖顯示瓦溫升高達(dá)到故障溫度以上、巡檢儀指示故障點(diǎn)以及故障溫度等。然后對(duì)油槽軸承油面進(jìn)行檢查，確定油面是否存在下降情況，并確認(rèn)漏油點(diǎn)。如果確定推力瓦溫升高原因?yàn)橛筒勐┯退?，則需要根據(jù)瓦溫?cái)?shù)值以及上升速度，判斷采取正常停機(jī)還是緊急停機(jī)[2]。

推力軸承是水輪發(fā)電機(jī)組中最為重要的部分，運(yùn)行人員要求做到每班均以專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)做好檢查，確認(rèn)油位、油質(zhì)正常，并且推力油槽油位信號(hào)傳輸及時(shí)。如果在機(jī)組運(yùn)行過程中出現(xiàn)油閥滲油的情況，巡檢及維護(hù)人員發(fā)現(xiàn)后需及時(shí)對(duì)其進(jìn)行處理[3]。

3 水輪發(fā)電機(jī)組推力導(dǎo)瓦溫過高故障處理

在實(shí)際生產(chǎn)中，大部分的水電廠是選擇應(yīng)用示流中斷和水壓過低并聯(lián)的方式作為推力水流中斷信號(hào)器，以免因冷卻水中斷處理不及時(shí)而造成推力軸承瓦溫升高。機(jī)組在經(jīng)過檢修后，要確認(rèn)檢修質(zhì)量達(dá)標(biāo)。為了減少故障發(fā)生概率，通常要用串聯(lián)方式將連接片放置在機(jī)組控制回路內(nèi)。一旦機(jī)組運(yùn)行出現(xiàn)故障，連接片會(huì)緊急退出。若此時(shí)檢測(cè)到軸承各瓦溫升高，可及時(shí)采取處理措施，確保機(jī)組的正常運(yùn)行。

4 水輪發(fā)電機(jī)組推力導(dǎo)瓦溫過高故障改進(jìn)

4.1 設(shè)備概況

在對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組擴(kuò)容改造投運(yùn)生產(chǎn)后發(fā)現(xiàn)推力瓦溫高出標(biāo)準(zhǔn)范圍8 ℃～9 ℃、推力油槽熱油溫高出標(biāo)準(zhǔn)范圍7 ℃～8 ℃、上導(dǎo)瓦溫度高出標(biāo)準(zhǔn)范圍5 ℃～6 ℃、下導(dǎo)瓦溫度高出正常標(biāo)準(zhǔn)范圍3℃～4℃。雖然機(jī)組各瓦溫、油溫依然處于允許運(yùn)行的范圍內(nèi)，但是對(duì)比機(jī)組改造前后工況，可以明確發(fā)現(xiàn)其中存在的問題隱患。

4.2 推力瓦溫過高的原因分析

推力軸承是水輪發(fā)電機(jī)組軸承中的核心部分，負(fù)責(zé)整個(gè)機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分的質(zhì)量和荷載，包括水輪機(jī)不平衡水推力荷載。推力瓦溫是否處于正常范圍內(nèi)，在很大程度上影響著機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分的質(zhì)量、冷卻以及軸向水推力效果，關(guān)系著機(jī)組的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性情況。本文主要是通過以下幾個(gè)方面來分析瓦溫過高的原因：

①轉(zhuǎn)動(dòng)部分質(zhì)量。對(duì)比改造前后的機(jī)組，發(fā)現(xiàn)其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量沒有明顯變化，排除此項(xiàng)原因；②冷卻效果。對(duì)比機(jī)組油槽、冷卻裝置在改造前后狀態(tài)未發(fā)生變化，以透平油為冷卻介質(zhì)，可滿足機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)需求。經(jīng)檢查，油冷器冷卻水未發(fā)現(xiàn)異常，水壓為0.2 MPa，且水流量正常；③動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。對(duì)比軸承擺度改造前后均正常，頂蓋水平振動(dòng)變化不大，但是垂直振動(dòng)有明顯增大。當(dāng)機(jī)組軸向水推力發(fā)生變化時(shí)，頂蓋垂直振動(dòng)、水導(dǎo)潤(rùn)滑水壓以及運(yùn)行量也會(huì)發(fā)生變化。

4.3 機(jī)組改進(jìn)方法

4.3.1 改進(jìn)方法

通過檢查分析確認(rèn)推力軸承瓦溫升高的原因后，確定最終減壓處理方法如下：①將泄水錐截短，以此來增大泄水面積，同時(shí)加長(zhǎng)補(bǔ)氣導(dǎo)流罩，做到水氣分離；②在泄水腔內(nèi)安裝螺旋泵體，達(dá)到排水水泵的效果，增大泄流量。

在頂蓋下順利排壓后，導(dǎo)流槽內(nèi)流滿所排泄出來的水汽會(huì)順著導(dǎo)流槽流向泄水錐出口。這種改進(jìn)方案可以避免上冠內(nèi)出現(xiàn)繞轉(zhuǎn)軸動(dòng)的相對(duì)流動(dòng)。將泄壓泵架設(shè)在上冠，方便流體快速被導(dǎo)入下游，排水效果良好，利于泄水錐排泄。同時(shí)，增設(shè)的4個(gè)內(nèi)頂蓋排壓口使得可接受的排壓釋放量大大增加。經(jīng)過詳細(xì)的計(jì)算后，明確了頂蓋排壓方案改進(jìn)前后的數(shù)值計(jì)算效率和出力偏差范圍在0.2 %左右，從計(jì)算結(jié)果可以看出水輪發(fā)電機(jī)組改進(jìn)后對(duì)轉(zhuǎn)輪效率和出水情況的影響較小。

4.3.2 改進(jìn)效果

在對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組做進(jìn)一步的改進(jìn)后，檢查機(jī)組狀態(tài)并計(jì)算其運(yùn)行數(shù)據(jù)，從而確定頂蓋下減壓處理的實(shí)際效果。①頂蓋下壓力。在進(jìn)一步的減壓改進(jìn)后，不同水頭的頂蓋下迷宮后測(cè)點(diǎn)壓力下降了0.02 MPa～0.1 MPa，頂蓋下水導(dǎo)軸承旁測(cè)點(diǎn)壓力降低了0.02 MPa～0.08 MPa，頂蓋下迷宮后測(cè)點(diǎn)壓力下降到0.12 MPa～0.19 MPa，頂蓋下水導(dǎo)軸承旁測(cè)點(diǎn)壓力下降到0.15 MPa～0.20 MPa。尤其是以額定出力以及超過額定出力的工況下，頂蓋下壓力有明顯下降。②推力與導(dǎo)軸承瓦溫。在經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行后，檢測(cè)推力軸承瓦溫保持在31 ℃左右，相比改進(jìn)前瓦溫最高下降了9 ℃。冷油溫度保持在26 ℃左右，相較改進(jìn)前溫度下降了 8℃。熱油溫度保持在26 ℃左右，相較處理前溫度下降了8 ℃。相比改進(jìn)前，上導(dǎo)軸承瓦溫有著明顯降低，可以達(dá)到4 ℃～8 ℃，而下導(dǎo)軸承瓦溫則可以在改進(jìn)前的基礎(chǔ)上下降8 ℃左右。

5 結(jié)語(yǔ)

面對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行常見的推力軸承瓦溫異常升高的故障問題。為避免其影響機(jī)組正常運(yùn)行，需分析確定故障發(fā)生原因。在專業(yè)技術(shù)和設(shè)備不斷更新的情況下，導(dǎo)致推力軸承瓦溫過高的原因也越來越復(fù)雜。因此，應(yīng)結(jié)合實(shí)際工況做全面分析，明確故障原因后及時(shí)作出改進(jìn)調(diào)整，對(duì)機(jī)組性能進(jìn)行優(yōu)化，確保其可以維持在最佳運(yùn)行狀態(tài)。