水電站燈泡貫流式機(jī)組受油器結(jié)構(gòu)改造研究

王曉鵬

（廣東省源天工程有限公司，廣東廣州 511300）

1 項(xiàng)目概況

岷縣龍王臺水電站位于洮河干流岷縣縣城東北5 km的茶阜鎮(zhèn)西村，是一座河床式電站，設(shè)計(jì)水頭11 m，裝機(jī)容量3×7 MW，采用燈泡貫流式機(jī)組。該項(xiàng)目于2008年3月開工建設(shè)，于2011年8月3臺機(jī)組全部投入試運(yùn)行，是目前洮河中上游建成的第一座采用燈泡貫流式機(jī)組的電站[1]。

受油器是龍王臺水電站3×7 MW的燈泡貫流式雙調(diào)節(jié)水輪發(fā)電機(jī)組的特有設(shè)備和重要部件，是一種通過固定殼體經(jīng)旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行油源輸送的轉(zhuǎn)換裝置，其將外部高壓油通過靜止管路系統(tǒng)連續(xù)注入主軸上的相應(yīng)進(jìn)口中，在運(yùn)行中通過調(diào)整水輪機(jī)槳葉的轉(zhuǎn)動來優(yōu)化設(shè)備效率，合理利用水力資源，充分發(fā)揮與導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的協(xié)聯(lián)作用。受油器設(shè)在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上游端，固定在發(fā)電機(jī)燈泡頭內(nèi)地板上，結(jié)構(gòu)為浮動瓦式，能夠有效避免油管被過度磨損。但該3×7 MW的燈泡貫流式機(jī)組受油器采用第一代受油器（圖1），已多次發(fā)生故障，阻礙了機(jī)組的正常運(yùn)行，成為該水電站發(fā)電機(jī)組易發(fā)生故障的關(guān)鍵設(shè)備[2]。

圖1 第一代受油器結(jié)構(gòu)示意圖

2 受油器故障現(xiàn)象及原因分析

2.1 受油器故障現(xiàn)象

2020-08-04T04：30，運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)3×7 MW燈泡貫流式3#機(jī)組調(diào)速器集箱油位突然下降，油泵啟動頻繁，燈泡頭地板出現(xiàn)大量油污和油霧，同時(shí)槳葉自動全關(guān)至零，但整個(gè)運(yùn)行設(shè)備其他部位全部正常，經(jīng)監(jiān)控后臺調(diào)查初步判斷為機(jī)組受油器發(fā)生安全故障。隨后，運(yùn)行人員采取正常停機(jī)程序并匯報(bào)有關(guān)人員做進(jìn)一步檢查，檢修人員進(jìn)入機(jī)組現(xiàn)場進(jìn)行全面檢查發(fā)現(xiàn)，調(diào)速器各管路接口無滴漏現(xiàn)象；但在進(jìn)入燈泡頭時(shí)有一股油味，非常刺鼻，整個(gè)燈泡頭內(nèi)設(shè)備全是油污；檢查時(shí)受油器管路接口也無漏油現(xiàn)象，但受油器座內(nèi)側(cè)碳粉回收箱有大量積油；打開地板發(fā)現(xiàn)燈泡頭加筋格內(nèi)也有大量積油；碳刷支架和集電環(huán)全部讓油污和碳粉覆蓋成泥狀；同時(shí)機(jī)組工作負(fù)荷減小，振動加大，被迫停機(jī)[3]。就此，進(jìn)一步判斷為受油器與操作油管有漏油及軸承斷裂的可能。

2.2 受油器故障原因分析

在主機(jī)廠家與安裝單位技術(shù)人員的分析和指導(dǎo)下，運(yùn)行人員、檢修人員、管理人員初步判斷為受油器密封裝置嚴(yán)重?fù)p壞或操作油管有破裂現(xiàn)象。同時(shí)，對受油器進(jìn)行了分解拆卸工作，但在拆卸放油管路時(shí)有一股油從受油器體漏油口不斷流出，就此進(jìn)一步確定受油腔體內(nèi)橡膠密封與密封銅套同時(shí)存在問題。拆卸后發(fā)現(xiàn)銅套嚴(yán)重?fù)p壞，如圖2所示。更重要的是，V形橡膠密封也損壞嚴(yán)重且裝配出現(xiàn)問題。為進(jìn)一步分析密封銅套破損的原因，經(jīng)多次測量，操作油管內(nèi)外管同心度比設(shè)計(jì)范圍大0.06 mm[4]。

圖2 銅套嚴(yán)重?fù)p壞示意圖

另外，在排油管排油過程中發(fā)現(xiàn)軸承滾珠及金屬碎片，軸承外圈及滾珠蓋已損壞，造成部分滾珠丟失，如圖3所示。

圖3 排油管及轉(zhuǎn)輪體內(nèi)清掃出的滾珠及碎片示意圖

受油器的漏油問題和軸承碎片問題近年來時(shí)常發(fā)生，機(jī)組每年都有受油器橡膠密封及軸承更換事件發(fā)生。

橡膠密封破損的可能原因如下：（1）銅套本身質(zhì)量存在問題（材質(zhì)）；（2）加工、運(yùn)輸或安裝過程中已經(jīng)受損，但起初運(yùn)行時(shí)問題不易暴露；（3）裝配時(shí)受力不均勻，再加上接觸面間隙不均勻，導(dǎo)致運(yùn)行過程中形成的離心擺動力成為損壞的重要原因[5]。

軸承損壞原因如下：該燈泡貫流式機(jī)組中心軸線和預(yù)埋件垂直度存在嚴(yán)重的偏差，從而造成軸承面受力不均，進(jìn)而導(dǎo)致軸承磨損過度而損壞。

3 受油器結(jié)構(gòu)改造

3.1 改造背景

為有效提高龍王臺水電站3×7 MW燈泡貫流式機(jī)組的自動化程度，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的無人值守，降低設(shè)備的巡檢要求，對于3×7 MW燈泡貫流式機(jī)組易發(fā)故障節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了技術(shù)升級改造，從源頭上減少故障隱患，進(jìn)而提高該3×7 MW燈泡貫流式機(jī)組運(yùn)行的安全性和可靠性。受油器是龍王臺水電站3×7 MW燈泡貫流式機(jī)組的關(guān)鍵設(shè)備，由于其采用的是第一代受油器，工作性能不佳，易發(fā)生漏油、軸承斷裂等安全故障，在燈泡貫流式機(jī)組自動化升級改造的大背景下，必須對第一代受油器進(jìn)行升級改造[6]。

經(jīng)市場調(diào)研，新設(shè)計(jì)和安裝的燈泡貫流式機(jī)組基本采用第三代新型受油器，從其他水電站調(diào)研的情況來看，第三代新型受油器具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝便利、故障率低、使用壽命長等特點(diǎn)，對比第一代受油器，設(shè)備自動化程度大幅提高，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備的無人值守。另外，故障率的大幅降低有效提高了燈泡貫流式機(jī)組的運(yùn)行效率，降低了維修和保養(yǎng)成本。在這一背景下，岷縣龍王臺水電站采用第三代新型受油器對3×7 MW燈泡貫流式機(jī)組第一代受油器進(jìn)行技術(shù)改造。

3.2 受油器結(jié)構(gòu)改造

第三代新型受油器結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示，該受油器采用全浮動瓦密封結(jié)構(gòu)，全浮動瓦與受油器體融為一體，兩者通過連接主軸的受油軸連接，并起到支撐作用。當(dāng)燈泡貫流式機(jī)組產(chǎn)生振動和擺動現(xiàn)象時(shí)，整體部件隨之進(jìn)行振動和擺動。新型受油器設(shè)計(jì)成3個(gè)油腔，分別與原主軸3個(gè)油腔連通，油腔外側(cè)采用軟管連接調(diào)速系統(tǒng)的油管路。受油器內(nèi)腔與軸配合部分采用巴士合金材料進(jìn)行澆注，在受油器內(nèi)腔與受油器軸進(jìn)行配合滑動時(shí)，巴士合金材料對受油器體的支撐效果理想。受油器體與外界全部采用軟管連接，可有效消除受油器體發(fā)生振動和擺動時(shí)對連接油管的動作約束，防止受油器體密封與受油軸之間的硬接觸摩擦，密封效果理想，從而避免發(fā)生漏油等故障。在該新型受油器體上游側(cè)設(shè)計(jì)有專門的反饋機(jī)構(gòu)，將槳葉接力器的行程通過鋼絲繩反饋至調(diào)速器，為調(diào)速器槳葉調(diào)整提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，從而完成調(diào)節(jié)指令。受油器反饋裝置回復(fù)軸承設(shè)置在受油器體外部，回復(fù)軸承損壞等故障的發(fā)生不會導(dǎo)致軸承滾珠進(jìn)入受油器轉(zhuǎn)輪體內(nèi)，能有效避免回復(fù)軸承損壞故障等對3×7 MW燈泡貫流式機(jī)組運(yùn)行造成安全隱患。

圖4 新型受油器結(jié)構(gòu)示意圖

新型受油器與原操作油管之間設(shè)計(jì)有油路轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)受油器油路通道與原操作油管各油路通道的順利連接。新型受油器安裝改造后，可避免受油器軸承因受力不均導(dǎo)致的損壞故障發(fā)生，避免因軸承滾珠及金屬碎片進(jìn)入轉(zhuǎn)輪活塞缸使故障擴(kuò)大的情況，另外還可有效避免受油器漏油故障的發(fā)生[7]。

4 改造后應(yīng)用效果分析

在3×7 MW燈泡貫流式機(jī)組主機(jī)廠家和安裝單位的幫助與指導(dǎo)下，新型受油器結(jié)構(gòu)改造完成后按圖紙進(jìn)行裝配，8月14日所有安裝及檢修工作全部結(jié)束后，于當(dāng)天10：00投入運(yùn)行。從當(dāng)前情況來看，3×7 MW燈泡貫流式機(jī)組及受油器工作安全平穩(wěn)，其他設(shè)備運(yùn)行狀況穩(wěn)定，檢查受油器密封效果非常明顯，運(yùn)行至今無故障發(fā)生，機(jī)組運(yùn)行條件達(dá)優(yōu)良狀態(tài)。

應(yīng)用新型受油器后，調(diào)速器系統(tǒng)主油泵啟動時(shí)間間隔大幅度增加，從之前的7 min延長到120 min，有效降低了水電站的用電損耗，同時(shí)延長了調(diào)速器系統(tǒng)主油泵設(shè)備的使用壽命，設(shè)備的檢修、維護(hù)和保養(yǎng)間隔增加，節(jié)約了成本，提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性。另外，在受油器體的一個(gè)大修期間內(nèi)，不需要額外進(jìn)行受油器的檢修，使用壽命長。同時(shí)，該新型受油器安裝便利，受油軸安裝盤車時(shí)間短；之前第一代受油器受油軸在安裝時(shí)需要進(jìn)行多次盤車，工作時(shí)間為4～6天，而新型受油器受油軸采用軟連接設(shè)計(jì)，安裝時(shí)僅僅需要進(jìn)行一次盤車，安裝工序簡單，有效節(jié)約了受油器的安裝、維修、保養(yǎng)成本。

5 結(jié)語

燈泡貫流式機(jī)組受油器發(fā)生故障的影響較大，漏油故障產(chǎn)生的油污和煙霧不但會對發(fā)電機(jī)絕緣、電源引線、各類信號引線形成破壞和誤導(dǎo)，更為嚴(yán)重的是，如碳刷產(chǎn)生火星，則后果不堪設(shè)想。眾所周知，燈泡貫流式機(jī)組的檢修工作非常繁重，但在基礎(chǔ)安裝過程中要求嚴(yán)格，可以給今后的檢修工作減輕一定的壓力。一般情況下，燈泡貫流式機(jī)組最容易出現(xiàn)的故障就是受油器與各管路的漏油問題、軸承容易磨損等。針對這一情況，采用第三代新型受油器來對第一代受油器進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造，實(shí)踐應(yīng)用效果理想。3×7 MW燈泡貫流式機(jī)組新型受油器的改造應(yīng)用有效提高了電站機(jī)組運(yùn)行的安全性和可靠性，降低了電站機(jī)組受油器安裝要求，同時(shí)減少了壓力油泄漏量和調(diào)速器油壓裝置油泵的啟動次數(shù)，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗的目的，為實(shí)現(xiàn)電站燈泡貫流式機(jī)組綠色運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。