水輪機(jī)水導(dǎo)軸承甩油故障及解決方法

李振涌

摘要：水輪發(fā)電機(jī)組水導(dǎo)軸承主要承受轉(zhuǎn)動(dòng)部分徑向力，確保主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生徑向擺動(dòng)在允許范圍之內(nèi);保證機(jī)組主軸在運(yùn)行過程中保持中心位置。機(jī)組水導(dǎo)軸承是否安全穩(wěn)定運(yùn)行影響整臺(tái)機(jī)組能否安全穩(wěn)定發(fā)電的重要結(jié)構(gòu)部件之一;機(jī)組運(yùn)行過程中水導(dǎo)軸承轉(zhuǎn)動(dòng)油盆中的油或油霧跑出軸承油槽的現(xiàn)象， 稱為軸承甩油。 本文介紹了干撈水電站存在的水導(dǎo)軸承甩油問題， 進(jìn)行準(zhǔn)確分析、 判斷出甩油的原因， 提出改造方案。 在 1#、 2#機(jī)上改造獲得成功， 水導(dǎo)軸承甩油問題得以解決， 對(duì)高水頭高轉(zhuǎn)速機(jī)組的水導(dǎo)軸承甩油處理具有一般的借鑒及參考建議。

關(guān)鍵詞：水輪機(jī);水導(dǎo)軸承;甩油故障;解決方式

干撈水電站機(jī)組水導(dǎo)軸承型式是稀油潤(rùn)滑筒式軸承;水導(dǎo)軸承由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：畢托管式筒式軸承， 油潤(rùn)滑免刮瓦， 瓦面為巴士合金。 水導(dǎo)軸承體、 轉(zhuǎn)動(dòng)油盆、 冷卻器、上油箱等。水導(dǎo)軸承采用自循環(huán)潤(rùn)滑冷卻方式;原理是：機(jī)組停機(jī)時(shí)， 軸承內(nèi)所有的油都集中在轉(zhuǎn)動(dòng)油盆內(nèi)， 水導(dǎo)軸承瓦下部浸在油中; 機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，軸承內(nèi)幾乎所有的油都集中在上油箱中。整個(gè)運(yùn)行過程為當(dāng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，油在轉(zhuǎn)動(dòng)油盤離心作用下往油盆上部運(yùn)動(dòng)并作圓周運(yùn)動(dòng)， 通過畢托管把油吸進(jìn)并導(dǎo)向油冷卻器冷卻后從流入上油箱;逐漸充滿軸承導(dǎo)瓦與主軸之間的間隙;主軸旋轉(zhuǎn)在軸瓦和主軸間形成負(fù)壓（虹吸原理;潤(rùn)滑油經(jīng)過水導(dǎo)瓦與主軸間隙回到轉(zhuǎn)動(dòng)油盆，完成水導(dǎo)軸承潤(rùn)滑冷卻油循環(huán)過程。

1.水電站基本工程概述

要想解決水電站內(nèi)部水輪機(jī)出現(xiàn)的甩油故障，在實(shí)際工作中，應(yīng)對(duì)水導(dǎo)軸承組成機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，深度剖析存在的故障問題，并提出有效解決之策。以干撈電廠為例，該水電站在2015年進(jìn)行施工，并在建設(shè)完成后投入應(yīng)用;機(jī)組在運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)水導(dǎo)軸轉(zhuǎn)動(dòng)油盆出現(xiàn)甩油及進(jìn)水導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行過程水導(dǎo)軸承出現(xiàn)溫度高報(bào)警現(xiàn)象;為保障水輪發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行;運(yùn)行值班人員需每間隔三天或機(jī)組連續(xù)運(yùn)行70小時(shí)就需加入8L潤(rùn)滑油才能滿足設(shè)計(jì)需要，確保機(jī)組正常運(yùn)行。

為解決這一問題，針對(duì)電機(jī)組存在的問題，對(duì)水導(dǎo)軸承轉(zhuǎn)動(dòng)油盆甩油進(jìn)水故障進(jìn)行分析，并找到甩油故障出現(xiàn)的因素。

2.水電站工程水輪機(jī)水導(dǎo)軸承出現(xiàn)故障的主要原因

2.1根據(jù)相關(guān)資料和圖紙，對(duì)水導(dǎo)軸承可能存在的問題及跑油現(xiàn)象分析如下：

2.1.1水導(dǎo)油盆為轉(zhuǎn)動(dòng)油盆本體漏油。因油盆分成兩瓣在現(xiàn)場(chǎng)組裝，結(jié)合面沒有密封條，機(jī)組在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中可能成為漏油點(diǎn)，經(jīng)試驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)滲油。

2.1.2密封件老化漏油。水導(dǎo)轉(zhuǎn)動(dòng)油盆主要由卡環(huán)用24顆M12*16螺栓緊固在水輪發(fā)電機(jī)大軸上，卡環(huán)為兩瓣組合，用螺栓緊固鑲嵌定位于水輪發(fā)電機(jī)大軸上，卡環(huán)與轉(zhuǎn)動(dòng)油盆設(shè)計(jì)上由直徑為4mm的耐油橡膠盤根密封，如螺桿松動(dòng)，水導(dǎo)油盆滲漏油可能從轉(zhuǎn)動(dòng)油盆與卡環(huán)之間的橡膠密封盤根滲漏出來，經(jīng)做煤油24小時(shí)試驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)滲油。

軸承冷卻器滲漏。水導(dǎo)軸承在機(jī)組正常運(yùn)行過程中轉(zhuǎn)動(dòng)油盆旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力和正壓畢托管將轉(zhuǎn)動(dòng)油盆的油抽向冷卻器，經(jīng)上油盆內(nèi)冷卻器的作用后回到上油箱，冷卻器可能存在漏油。冷卻器經(jīng)加壓試驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)滲水。

2.1.3設(shè)計(jì)缺陷漏油。一是油盆端口梳止口間隙太大，填充材料無法滿足機(jī)組在運(yùn)行過程中旋轉(zhuǎn)而保持不脫落。二是水導(dǎo)瓦瓦背組合螺栓位置與梳止口處于同一平面，不可能止油止水。三是旋轉(zhuǎn)油盆沒有采用設(shè)計(jì)阻止機(jī)組在運(yùn)行過程中油盆內(nèi)部油在離心力作用下從油盆端口甩油措施。

2.1.4安裝工藝導(dǎo)致漏油。從上油箱位置上，筒式水導(dǎo)軸承用24顆M12*16螺栓固定在水導(dǎo)軸承底座上，如果筒式水導(dǎo)軸承底座螺栓松動(dòng)，上油箱的透平油會(huì)從水導(dǎo)軸承與水導(dǎo)軸承底座滲漏出來。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)滲油。

綜合上述幾點(diǎn)分析，水導(dǎo)軸承油盆漏油是由于油盆梳止口沒有阻油措施，更由于瓦背與油盆梳止口接觸面存在間隙且無法填充密封材料而喪失阻油作用;導(dǎo)致機(jī)組在運(yùn)行過程中油盆油在離心力作用下從梳止口與瓦背間隙滲漏跑油。

2.2進(jìn)水分析

2.2.1油盆組合面密封試驗(yàn)合格不存在滲水情況。

2.2.2水導(dǎo)水冷卻器密封性試驗(yàn)合格不存在滲水情況。

2.2.3油盆設(shè)計(jì)不合理，端口頂部高程比頂蓋水面只高5厘米。

頂蓋水在旋轉(zhuǎn)油盆的作用下形成旋渦，水面穩(wěn)定性很差，極易淹沒油盆端口，特別在自流水孔通水不暢和自吸泵出現(xiàn)故障的情況下，水淹油盆基本上不可避免。

2.2.4油盆端口原設(shè)計(jì)兩層密封因沒有密封材料，而且間隙過大無法安裝填充密封材料投入使用。

2.2.5設(shè)計(jì)缺陷，水導(dǎo)瓦組合面螺桿與密封止口處于同一個(gè)位置存在接觸面不密封，因此不可能止水。

3解決方案

1.在轉(zhuǎn)動(dòng)油盤外部梳齒邊沿內(nèi)外分別焊接3mm*50mm（厚*寬）扁鋼;甩油盆梳止邊緣內(nèi)部扁鋼有效阻止水導(dǎo)油盆在旋轉(zhuǎn)過程中油盆內(nèi)部油在離心力作用下濺射至水導(dǎo)瓦背甩油量，減小從水導(dǎo)瓦背與梳止口間隙甩出油量，達(dá)到減小滲漏油的目的;上部焊接扁鋼增加油盆端口頂部與頂蓋水面高程距離，油盆端面高度的增高有效阻擋旋轉(zhuǎn)油盆在水中轉(zhuǎn)動(dòng)形成漩渦水流飛濺進(jìn)入水導(dǎo)油盤及淹沒水導(dǎo)油盆的概率。 改造方式及結(jié)果如圖2、圖3所示.

2.在轉(zhuǎn)動(dòng)油盤內(nèi)部梳齒邊沿焊接3mm*50mm扁鋼增加轉(zhuǎn)動(dòng)油盤存油量，阻隔油從油盆蓋甩到水導(dǎo)瓦背上，這是防止跑油和進(jìn)水的有效措施。

3.在水導(dǎo)軸承在回裝過程中選用高質(zhì)量耐油密封膠條，同時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)油盤各結(jié)合面進(jìn)行清洗，使用液態(tài)密封膠涂抹把合，各結(jié)合面連接螺栓涂抹螺紋緊固劑，回裝后水導(dǎo)轉(zhuǎn)動(dòng)油盤經(jīng)過12小時(shí)的煤油量煤油減少滲漏試驗(yàn)合格。

4、改造應(yīng)用取得的效果

機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)油盤改造后運(yùn)行效果良好，經(jīng)過近1年運(yùn)行，水導(dǎo)瓦溫度穩(wěn)定在35攝氏度左右，水導(dǎo)油槽跑油現(xiàn)象得到明顯改善，由原先3天加8升油，減少為30天加2升油，抽樣檢查水導(dǎo)油盆油質(zhì)，無明顯劣化現(xiàn)象;本次改造滿足了設(shè)備運(yùn)行設(shè)計(jì)要求，提高了機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性。

4.水輪發(fā)電機(jī)組水導(dǎo)軸承轉(zhuǎn)動(dòng)油盆進(jìn)一步減少甩油量的改造思路

充分分析水導(dǎo)軸承組成結(jié)構(gòu)不合理問題，查閱設(shè)計(jì)資料從設(shè)計(jì)原理分析，結(jié)合存在的問題，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從而根治水導(dǎo)轉(zhuǎn)動(dòng)油盆甩油問題。

針對(duì)設(shè)備設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)提出改造思路：改造畢托管管徑從DN15增加至DN25;調(diào)整畢托管的安裝角度，提升畢托管上油量;增加上油箱的儲(chǔ)油量，減少水導(dǎo)轉(zhuǎn)動(dòng)油盆儲(chǔ)油量;較少轉(zhuǎn)動(dòng)油盆運(yùn)行過程中旋轉(zhuǎn)油量;較少甩油量。降低可能存在的溢出問題。其次，在運(yùn)行過程中，結(jié)合水電站水輪機(jī)導(dǎo)軸承潤(rùn)滑油量實(shí)際設(shè)計(jì)基本數(shù)值需求將上油位控制在合理范圍內(nèi)，從而降低甚至解決水導(dǎo)軸承出現(xiàn)甩油問題。

結(jié)束語：為解決水電站內(nèi)部水輪機(jī)水導(dǎo)軸承甩油問題，在實(shí)際工作中，應(yīng)結(jié)合水輪機(jī)運(yùn)行要求，制定適合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并在材料選擇過程中，盡量選擇高質(zhì)量、可靠材料與零部件。在準(zhǔn)備工作完成后，應(yīng)結(jié)合設(shè)備以及安裝要求，從水導(dǎo)油槽、水導(dǎo)軸承等多方面因素進(jìn)行分析，并選擇最適合管徑，從而保障上油量，降低上油不足導(dǎo)致的甩油問題，從而降低油量損耗，維護(hù)水電站穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]GB8564—2003 中國(guó)人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范》 .

[2] 《水輪機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算》 哈爾濱大電機(jī)研究所編著.

[3] 《水輪機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》 哈爾濱電機(jī)廠編著.