水導(dǎo)軸承潤滑油乳化原因分析及對策

祁廣福

（青海黃河上游水電開發(fā)有限責(zé)任公司，青海 西寧810008）

0 引言

某水電站主要任務(wù)是發(fā)電，同時擔(dān)任系統(tǒng)的調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用。該水電站水庫為日調(diào)節(jié)水庫，總庫容2.94億m3，裝機容量3×340 MW，多年平均發(fā)電量33.63億kW·h。水輪機型式為立軸混流式，額定轉(zhuǎn)速85.71 r/min，額定水頭66 m。

該水電站水輪機水導(dǎo)軸承為油浸式外循環(huán)稀油潤滑，巴氏合金分塊瓦結(jié)構(gòu)，水導(dǎo)軸承由分塊軸瓦、軸承支承、帶油槽的軸承箱、箱蓋和附件組成。水導(dǎo)軸承設(shè)計有一個完全獨立的潤滑油系統(tǒng)，潤滑油系統(tǒng)由2臺油泵、2臺油冷卻器、可以切換的2組濾油器、儀表、閥門及管路組成，水導(dǎo)軸承潤滑油用油量0.6 t，潤滑油為46號汽輪機油。

圖1 水導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)圖

1 事件經(jīng)過

某水電站某日3號機組帶負荷運行，下午16：25時巡回檢查中發(fā)現(xiàn)水導(dǎo)軸承油槽觀察孔有機玻璃蓋板上有飛濺的透平油泡沫，同時油槽潤滑油表面漂浮有大面積泡沫且透平油顏色發(fā)白，初步判斷水導(dǎo)油槽潤滑油乳化。檢查3號機水導(dǎo)軸承各部溫度，軸瓦平均溫度在25℃左右，油槽油溫23℃，瓦溫和油溫顯示均比以往運行溫度低，以往運行中瓦溫在 35～40℃左右，油溫30～33℃之間。16：50該水導(dǎo)軸承取油樣檢驗，重點做水份檢測，檢驗結(jié)果顯示水導(dǎo)油槽潤滑油水分嚴重超標，油質(zhì)重度乳化。

表1 水導(dǎo)軸承油槽乳化油質(zhì)簡化分析結(jié)果

2 原因分析

水導(dǎo)軸承潤滑油乳化主要有3個原因：水份、乳化劑和高速攪拌，其中水份是引起油質(zhì)乳化的主要原因。該電站3號機組水導(dǎo)軸承油樣水分分析結(jié)果顯示潤滑油中水分嚴重超標，可以確定為水導(dǎo)油槽進水是造成軸承潤滑油乳化的主要原因。水導(dǎo)軸承油槽進水的原因主要有以下2個：

（1）外循環(huán)冷卻器滲漏

水導(dǎo)軸承外循環(huán)油系統(tǒng)油冷卻器運行中，銅鎳合金冷卻管里側(cè)冷卻水的壓力和外側(cè)潤滑油的壓力不一致，產(chǎn)生較大壓力差，長期在這種狀況下運行很容易使銅鎳合金冷卻管管壁變形、破損而發(fā)生滲漏。同時，銅鎳合金冷卻管路自身加工工藝和缺陷、與冷卻器客體接縫工藝不合格等也容易引起管路滲漏。事發(fā)前該電站3號機組水導(dǎo)外循環(huán)1號油冷卻器工作，2號油冷卻器并未投運。拆除1號油冷卻器做水壓耐壓試驗，試驗壓力0.9 MPa，試驗中壓力有下降現(xiàn)象，10 min下降了0.6 MPa，同時潤滑油腔體內(nèi)一根冷卻管束與殼體連接部位有滲水現(xiàn)象。

圖2 水導(dǎo)軸承外循環(huán)油冷卻器

（2）軸承間隙進水

頂蓋排水不暢致使頂蓋水位升高，油泵運行時下油箱產(chǎn)生真空，水從下油箱與主軸間隙吸入油箱。通過對水輪機頂蓋排水系統(tǒng)和頂蓋水位的檢查，沒有發(fā)現(xiàn)進水痕跡，排出了軸承間隙進水的可能。

綜合分析，最終確定該電站3號機組水導(dǎo)油槽油質(zhì)乳化原因是：油冷卻器冷卻水管與殼體連接部位長期在壓差作用下產(chǎn)生裂紋滲水，水進入油槽導(dǎo)致水導(dǎo)軸承潤滑油乳化。

3 采取的措施

3.1 軸承潤滑油更換

該電站在電力系統(tǒng)中的重要性，需要及時恢復(fù)發(fā)電。由于水導(dǎo)軸承潤滑油乳化較嚴重，為保證3號機組安全穩(wěn)定運行，最終確定先將1號油冷卻器退出運行，然后換油處理后使用2號油冷卻器運行發(fā)電，機組運行中水導(dǎo)軸承各部溫度均正常。同時，為避免換油時未徹底排干凈的乳化油引起新注入的潤滑油再次發(fā)生乳化，對更換后的潤滑油在油槽中進行了濾油處理，使各項指標均達到了合格標準。

后期機組檢修中，對水導(dǎo)軸承進行了全面處理。分解水導(dǎo)軸承，水導(dǎo)軸承軸頸有銹蝕現(xiàn)象，對銹蝕部位除銹并研磨處理，分別對軸承體、主軸軸頸、水導(dǎo)瓦、上油箱、下油箱、密封裝置和外循環(huán)系統(tǒng)油泵、油冷卻器、油濾過器、管路、閥門等進行全面清掃干凈。

3.2 更換油冷卻器

3號機組水導(dǎo)軸承外循環(huán)冷卻系統(tǒng)2號油冷卻器切換工作，1號油冷卻器退出運行。備用冷卻器做耐壓試驗，試驗壓力0.9 MPa，時間30 min無滲漏，更換1號油冷卻器。

為徹底解決油冷卻器銅鎳合金冷卻管里側(cè)冷卻水的壓力和外側(cè)潤滑油的壓力不一致導(dǎo)致冷卻管束與殼體連接部位損壞問題，該電站對水導(dǎo)油冷卻器進行了換型改造處理，換型油冷卻器采用了油壓大于水壓的原理設(shè)計，對冷卻管束與殼體連接處進行了處理和加強。換型改造后的油冷卻器運行穩(wěn)定，再未出現(xiàn)漏水和油質(zhì)乳化問題。

4 防范措施

水輪發(fā)電機組導(dǎo)軸承油質(zhì)乳化給機組安全運行帶來的后果是嚴重的，保證水力機組設(shè)備的設(shè)計、制造、安裝、運行和維護以及機組油品質(zhì)量，對防備和消除軸承油系統(tǒng)進水，防止導(dǎo)軸承油乳化是非常重要的。因此，要注重以下幾方面：

（1）加強設(shè)備巡回檢查

在設(shè)備巡回檢查時，不僅要詳細記錄各部位溫度、壓力、水位、油位等值，還要詳細分析數(shù)值并比對，確保各部數(shù)值發(fā)生變化時及時發(fā)現(xiàn)，提前做好預(yù)防。同時，對重點部位（頂蓋水位、油槽油位、水導(dǎo)軸承冷卻器進出口水（油）壓等）加密巡回次數(shù)。

（2）做好油質(zhì)監(jiān)測分析

機組運行時投入油質(zhì)檢測裝置，確保油混水檢測裝置正常工作。同時，對帶外循環(huán)冷卻系統(tǒng)的導(dǎo)軸承，定期切換、清掃外循環(huán)油系統(tǒng)油濾過器，并定期進行油質(zhì)檢測，確保導(dǎo)軸承潤滑油油質(zhì)合格和系統(tǒng)運行穩(wěn)定。

（3）確保設(shè)備檢修質(zhì)量

檢修設(shè)備時，各部位檢查仔細、到位，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，軸承各部位清掃干凈，油冷卻器在A、B級檢修時必須做耐壓試驗，試驗不合格的冷卻器及時處理。

（4）裝設(shè)在線濾油裝置

水電站機組導(dǎo)軸承潤滑油系統(tǒng)安裝在線綜合再生凈化裝置，主要對透平油內(nèi)機械雜質(zhì)、乳化、生成酸性物質(zhì)及油泥等劣化產(chǎn)物進行在線凈化。根據(jù)導(dǎo)軸承油質(zhì)檢測結(jié)果，投入再生裝置進行在線濾油，能將油品的劣化產(chǎn)物去除，達到新油標準。

5 結(jié)束語

減少水利機組導(dǎo)軸承潤滑油中金屬顆粒、雜質(zhì)和油乳化現(xiàn)象，對保證水力機組安全穩(wěn)定運行具有重要的作用。解決導(dǎo)軸承潤滑油乳化問題要從設(shè)備制造、安裝、運行、維護和檢修，以及潤滑油油品質(zhì)量等方面入手，并嚴格控制，避免同類事件的再次發(fā)生。