水輪發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行中的甩油現(xiàn)象分析及解決對策

 水輪發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行中的甩油現(xiàn)象分析及解決對策

　　摘要：水電站立式混流式機(jī)組推力軸承及導(dǎo)軸承在機(jī)組運(yùn)行過程中出現(xiàn)甩油是一種較為普遍的現(xiàn)象，但軸承甩油給機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行會帶來巨大的安全隱患和危害，尤其對于懸吊型的水電機(jī)組而言更為嚴(yán)重。本文主要探討立式混流式水輪發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過程中出現(xiàn)甩油的現(xiàn)象及其解決方法。希望能為同行工程技術(shù)人員提供經(jīng)驗。

　　關(guān)鍵詞：水力發(fā)電機(jī)組,甩油現(xiàn)象,分析,解決方法

　　1 發(fā)電機(jī)組甩油現(xiàn)象所造成的危害表現(xiàn)分析

　　1.1 傷害運(yùn)行工作人員

　　當(dāng)水力發(fā)電機(jī)組發(fā)生甩油現(xiàn)象時，就會在發(fā)電機(jī)風(fēng)洞內(nèi)地面、水車室地面形成相應(yīng)的積油面，而電站運(yùn)行或維護(hù)人員在進(jìn)行日常設(shè)備巡檢或定期檢修過程中，如果沒有注意到甩油形成的容積油面，就容易發(fā)生滑倒，給電站工作人員帶來嚴(yán)重的人身傷害。

　　1.2 對水力發(fā)電機(jī)組帶來損傷

　　機(jī)組發(fā)生甩油，內(nèi)部各機(jī)械結(jié)構(gòu)間的潤滑效果就會降低，同時潤滑油在夾雜其它灰塵后就可能形成相應(yīng)的阻礙面，影響機(jī)組通風(fēng)等系統(tǒng)的正常運(yùn)行，給機(jī)組帶來巨大的損傷。

　　1.2.1 會引起水輪發(fā)電機(jī)定子劇烈發(fā)熱溫升

　　當(dāng)水輪機(jī)上導(dǎo)出現(xiàn)甩油現(xiàn)象時，就會在發(fā)電機(jī)定子線圈外層形成一層滲油面，加上機(jī)組透平油本身就具有很強(qiáng)的粘度，此時就會在定子線圈通風(fēng)孔處不斷粘附定子線圈周圍的灰塵，隨著運(yùn)行時間的加長，灰塵半徑逐漸增加就組合形成相應(yīng)的雜質(zhì)并堵塞發(fā)電機(jī)定子線圈通風(fēng)孔，而使得發(fā)電機(jī)內(nèi)部定子線圈發(fā)熱不能有效排出，不斷積累造成發(fā)熱溫升現(xiàn)象，嚴(yán)重時就會影響發(fā)電機(jī)高效穩(wěn)定運(yùn)行，同時還會破壞發(fā)電機(jī)定子線圈絕緣水平，縮短定子線圈的綜合使用壽命。

　　1.2.2 增加發(fā)電機(jī)定子線圈的維護(hù)保養(yǎng)難度

　　定子線圈內(nèi)部由于甩油而吸附的塵埃雜質(zhì)就會將定子線圈通風(fēng)孔完全粘糊堵死在發(fā)電機(jī)檢修過程中，就會大大增加定子線圈維護(hù)保養(yǎng)難度。在日常維護(hù)工作中發(fā)現(xiàn)，對于沒有發(fā)生甩油問題的水輪發(fā)電機(jī)組，其定子線圈的維護(hù)保養(yǎng)通常只需花12個工時左右，而對于有甩油問題的機(jī)組，其定子線圈的維護(hù)保養(yǎng)所需要的工時大約是正常機(jī)組的3~4倍，也就是說對于甩油機(jī)組而言，至少需要花費40工時以上，大大增加了電站檢修人員的維護(hù)保養(yǎng)工作量。

　　1.2.3 會引起發(fā)電機(jī)定子絕緣水平下降

　　甩油后會導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組內(nèi)部定子線圈通風(fēng)系統(tǒng)不能高效穩(wěn)定的運(yùn)行，定子線圈的劇烈發(fā)熱溫升，就會破壞定子線圈內(nèi)部運(yùn)行環(huán)境，影響定子線圈的正常散熱性能，從而引起發(fā)電機(jī)內(nèi)部定子絕緣水平下降。對于沒有甩油的水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組，在停機(jī)備用1天后，通過相應(yīng)儀器儀表測量出發(fā)電機(jī)定子絕緣吸收比不但符合要求，同時其絕緣水平比運(yùn)行時下降的幅度不大;但對于發(fā)生甩油現(xiàn)象的機(jī)組而言，如果停機(jī)備用1天，所測量得到的發(fā)電機(jī)定子絕緣吸收比雖在數(shù)值上滿足安全運(yùn)行要求，但其絕緣水平比運(yùn)行時下降的幅度較大，也就是說甩油會導(dǎo)致發(fā)電機(jī)絕緣水平不穩(wěn)定，會隨運(yùn)行環(huán)境的惡化而逐步降低。

　　1.2.4 會引起發(fā)電機(jī)定子線圈發(fā)生單相接地或相間短路等事故

　　當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)組處于甩油運(yùn)行工況時，如突遇不正常負(fù)荷等沖擊，就會在發(fā)電機(jī)定子線圈處會產(chǎn)生較大的沖擊電磁力矩。在劇烈熱效應(yīng)和動效應(yīng)的共同作用下，就可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)定子線圈發(fā)生損壞，出現(xiàn)單相接地故障;嚴(yán)重時還會引起發(fā)電機(jī)定子繞組發(fā)生絕緣損壞而出現(xiàn)定子線圈相間短路故障，給發(fā)電機(jī)帶來巨大的損傷。

　　1.2.5 增加發(fā)電機(jī)軸瓦發(fā)生燒毀事故的危險率

　　對于一些甩油問題較嚴(yán)重的機(jī)組，會導(dǎo)致軸承運(yùn)行油位急劇下降，出現(xiàn)故障危險點，從而增加了導(dǎo)軸瓦發(fā)生燒毀事故的危險率，造成發(fā)電機(jī)組發(fā)生非計劃停機(jī)事故。

　　2 發(fā)電機(jī)組甩油原因分析

　　本文在前言已經(jīng)分析討論了，發(fā)電機(jī)組所發(fā)生的甩油問題可以分為內(nèi)甩油和外甩油兩大類，下面我們具體分析及其產(chǎn)生的原因。

　　2.1 內(nèi)甩油原因

　　發(fā)電機(jī)內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，內(nèi)部任何結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)出現(xiàn)問題，均可能給發(fā)電機(jī)組帶來較大的損失。機(jī)組在正常運(yùn)行時，在轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)過程中，在上部風(fēng)扇的作用下就會起到鼓風(fēng)作用效果，在發(fā)電機(jī)推力油槽擋油管內(nèi)下側(cè)形成一個低壓區(qū)，在壓差作用下，檔油管與推頭內(nèi)壁之間就會形成相應(yīng)的油霧，并將沿著發(fā)電機(jī)主軸與擋油圈的環(huán)腔間向下溢出，甩到輪輻及發(fā)電機(jī)定子線圈上，這就是日常運(yùn)行中所說的內(nèi)甩油現(xiàn)象。內(nèi)甩油除了運(yùn)行過程中發(fā)電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)原因造成外，還可能由于機(jī)械結(jié)構(gòu)制造不規(guī)范和安裝調(diào)試不到位等原因造成擋油管外圓與推力頭內(nèi)圓之間的徑向距離出現(xiàn)不均勻，偏靠一方的原因。在機(jī)組運(yùn)行時，當(dāng)推力頭帶動潤滑油高速旋轉(zhuǎn)時，其內(nèi)部運(yùn)行環(huán)境就類似于偏心泵，從而使得潤滑油產(chǎn)生周期性的壓力脈動，不斷向上竄油，使?jié)櫥�油及油霧沿著推力頭的內(nèi)壁甩出，飛濺到發(fā)電機(jī)內(nèi)部，形成相應(yīng)的雜質(zhì)油阻礙面，從而影響機(jī)組的正常運(yùn)行。

　　2.2 外甩油原因

　　發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過程中，周期性循環(huán)推力的作用下，推力油槽里的油溫在通風(fēng)系統(tǒng)不暢通環(huán)境下就會逐步升高，油的溫度往往會達(dá)到45°左右，從而造成油槽內(nèi)的空氣出現(xiàn)熱膨脹現(xiàn)象，加上油槽內(nèi)旋轉(zhuǎn)部件的攪動以及潤滑油在離心力的作用下，就會做不規(guī)則的拋物線運(yùn)動，遇到阻礙就會發(fā)生劇烈碰撞，在油槽上部形成相應(yīng)油霧，造成油面壓力逐漸增大。

　　3 甩油的解決方法研究

　　3.1 阻止法

　　通過人為外加設(shè)備以破壞發(fā)電機(jī)內(nèi)部壓力環(huán)境，并形成相應(yīng)的局部負(fù)壓或阻止油的吸高和涌溢，防止發(fā)生甩油現(xiàn)象。推力油槽結(jié)構(gòu)示意如圖1所示：

　　從圖1可知，在發(fā)電機(jī)推力頭內(nèi)壁中加裝壓力破壞風(fēng)扇，利用風(fēng)扇形成的壓力干擾重新形成利于發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行的壓力環(huán)境，保證潤滑油具有高效的工況性能。風(fēng)扇葉片可焊在發(fā)電機(jī)運(yùn)行正常油面以上，并與水平面形成一個大約15-30度左右的安裝角。當(dāng)推力頭在高速旋轉(zhuǎn)過程中，就會使風(fēng)扇產(chǎn)生一個負(fù)壓，既可以降低油槽油面吸高，還可以阻止油霧上竄。如果內(nèi)部空間不夠時，也可將風(fēng)扇葉片焊接在正常油面之下或固定在推力油槽鏡板內(nèi)側(cè)，使風(fēng)扇葉片完全浸入到油中，從而形成葉片泵結(jié)構(gòu)。在正常運(yùn)行時，靠旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的負(fù)壓將油面往下吸，阻止該處油面升高。在推力頭內(nèi)壁處加擋油圈，可以有效阻止風(fēng)扇產(chǎn)生的少量漏油。從而實踐運(yùn)行證明，利用在推力軸承內(nèi)部加風(fēng)扇與擋油圈相結(jié)合的方法可以有效解決發(fā)電機(jī)組發(fā)生甩油問題。

　　3.2 穩(wěn)壓法

　　穩(wěn)壓法就是通過內(nèi)部結(jié)構(gòu)改造，加大旋轉(zhuǎn)件與擋油筒之間的間隙，使?jié)櫥�油在機(jī)組高速旋轉(zhuǎn)過程中減小其相對偏心率，從而降低油面壓力脈動值，有效保持油面在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的平穩(wěn)特性，防止油液或油霧飛濺上竄。在旋轉(zhuǎn)部件上鉆穩(wěn)壓孔也可以實現(xiàn)油面穩(wěn)壓特性，通過鉆孔使推力油槽里外通氣平壓，有效防止由于內(nèi)部負(fù)壓造成油面吸高甩油現(xiàn)象的發(fā)生。

　　3.3 阻力延長法

　　在推力油槽旋轉(zhuǎn)部件與蓋板之間設(shè)迷宮槽，并裝多層油密封圈，可以有效防止機(jī)組發(fā)生外甩油現(xiàn)象。在擋油筒上加裝梳齒迷宮擋油管，這樣就可以通過加長擋油管的長度以延長阻擋甩油的通道，從而增大機(jī)組甩油阻力。

　　4 結(jié)束語

　　立式混流式水輪發(fā)電機(jī)組軸承甩油問題通�？煞謨�(nèi)甩油和外甩油兩大類：內(nèi)甩油是在發(fā)電機(jī)內(nèi)部旋轉(zhuǎn)件內(nèi)壁與擋油圈之間的潤滑油在運(yùn)行過程中甩向發(fā)電機(jī)內(nèi)部的現(xiàn)象;外甩油是發(fā)電機(jī)內(nèi)部旋轉(zhuǎn)件與蓋板縫隙之間的潤滑油在運(yùn)行過程中甩向蓋板外部的現(xiàn)象。因此在處理發(fā)電機(jī)組日常運(yùn)行甩油問題時，要結(jié)合機(jī)組運(yùn)行特性，對機(jī)組發(fā)生內(nèi)甩油和外甩油原因進(jìn)行了詳細(xì)分析，以保證水力發(fā)電機(jī)組具有高效穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)安全的運(yùn)行工況。

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