混流式水轮发电机机械过速试验轴承甩油原因分析王大庆

混流式水轮发电机机械过速试验轴承甩油原因分析王大庆

王大庆

（云峰发电厂吉林集安134200）

摘要：我国河流众多，径流丰沛、落差巨大，蕴藏着非常丰富的水能资源，理论蕴藏量6.94×108kW，技术可开发量5.42×108kW，均居世界第一位。随着我国科学技术的不断发展，大批自主研发的具有世界先进水平的新技术、新工艺、新材料等在水电工程建设中得到广泛应用，水电建设已经达到世界先进水平。现阶段我国的水电站数量众多，水电单机机组容量已发展至三峡的70×104kW。2017年，全国水电装机达到3.3×108kW。在我国水电站建造过程中，机组调试过程中出现甩油事件的情况较为常见，但出现甩油的原因不尽相同。某发电厂房是坝后式明厂房，电站总装机为2.5×104kW，2×7.5MW+2×5MW4台混流式机组。通过描述2号机组在过速试验时发生甩油事件的原因进行分析、总结，找到解决问题的办理和经验。

关键词：混流式水轮发电机；机械过速试验轴承；甩油原因分析

1、事件背景

在一切准备工作完成后机组调试人员将2号机组正常开机至空转状态，经调试人员检查，机组各项指标正常。下午17：36开始升速进行过速试验，因水头低（超过最低发电水位0.7m），活动导叶开至最大时转速约146.7%，未能达到155%机械过速值，且转速超过115%时上导及推力油盆（上导通气孔、测温电阻出线孔、挡油桶3个位置）出现甩油现象，并随转速增加，甩油量加大，17：37紧急停机。2号机组在额定转速下未发生甩油现象，超过额定转速一定比例后，上导油盆通气孔、测温电阻出线孔及挡油孔出现甩油现象。

2、甩油原因分析

机组甩负荷试验是检验主机和调速器、励磁装置、继电保护及管路等设计、制造和安装质量最重要的试验项目之一。一般水轮发电机组的飞逸转速可达额定值的2倍或以上，通过甩负荷试验测量主机的振动、转速上升率、水压上升率、电压上升率等重要指标，来判定是否符合要求。立式水轮发电机组轴承甩油有两种情况：一种是内甩油，在机组转动过程中，润滑油通过主轴与内挡油圈之间的缝隙甩出；另一种是外甩油，在机组转动过程中，润滑油通过油盆盖板的螺栓孔、呼吸器、出线孔等地方甩出。某地M坝项目2号机组出现的就是外甩油现象。内、外甩油简图见图1所示（红色表示为内甩油，绿色表示外甩油）。

图1

通常情况下混流式机组上导出现外甩油的原因：机组运行过程中，推力头和镜板外壁将带动粘滞的静油运动，使油面因离心力作用向油槽外壁涌高、飞溅或搅动，易使油珠或油雾从油槽盖板缝隙、呼吸器、出线孔等地方溢出，形成外甩油现象；机组运行过程中，随着机组轴承温度的升高，使油槽内的润滑油和空气体积膨胀，从而形成内压，在内压的作用下，油槽内的油雾随空气从油槽盖板缝隙、呼吸器、出线孔等溢地方溢出，从而出现外甩油现象。

本项目由于2号机组在额定转速（273转/min）下未出现甩油现象，说明厂家设计的上导轴承内部结构能满足机组正常情况的运行，上导内部设计不存在结构问题；当转速超过额定转速后，上导通气孔、出线孔出现甩油，说明当机组转速升高后，上导油盆内润滑油不规律运动加剧，导致油珠和油雾从呼吸器、出线孔溢出。经初步分析，出现甩油的原因有可能是通气孔、油盆出线孔等设计不合理；油槽盖板缝隙也出现甩油现象，造成的原因可能是油封安装不规范、盖板螺栓未按照要求进行拧紧、油封受到损坏等。就现场实际情况，经多次与机组设备供应商、水轮机相关专家沟通分析，最终确认本台机组上导油槽出现甩油的原因为：

1）上导油槽结构设计问题：由于厂家设计的呼吸器高度不够，机组转速升高后油盆内油位升高、压力增大造成的润滑油外溢；厂家设计测温电阻出线管无端盖，机组转速升高后，油盆内油位升高，润滑油及油雾从出线管溢出。

2）上导油盆油位过高：由于油盆油位是在一个设计的范围内，施工人员在加油时加到了接近或到达油位上限。所以出现在额定转速下未出现甩油，而转速超过额定转速后出现甩油。

3）由于机组在正常运行时，油槽内油线高度不够，机组转速超过额定转速后，油线增加，油槽盖板缝隙出现甩油现象。通过重新打开上导油槽盖板，发现在机组安装时上导油槽密封条粘接处出现未粘接牢实，导致接口处出现溢油；密封槽内铁屑、灰尘等杂质未清扫干净，存在杂质的地方密封条未压紧、压实，同样出现了溢油现象。

3、甩油事件处理办法

一般情况下外甩油的整改措施有合理添加润滑油，防止油位过高；在转动部分与盖板之间设置迷宫槽，以便加强密封性能；在油槽盖板上增加呼吸器，使油槽液面与大气连通，以平衡内压力；在旋转部件的外侧加装挡油圈，以削弱油离心力的能量，使油面趋于平稳，但应注意不得影响油的循环冷却。由于本项目机组在正常运行情况下，未出现甩油现象，上导油槽设计结构满足使用要求，所以未采用修改上导内部结构的措施，主要采取了修改外部结构和减少油位的方法，具体如下：

1）呼吸器甩油整改措施：通过增加呼吸器的高度，有效防止了油珠直接飞溅到油槽外。通过采购与呼吸器材质一致、管径相同的管材，人工焊接，以达到增加呼吸器高度。

2）测温电阻出线管甩油整改措施：通过在出线孔处增加盖板，有效阻止油滴飞溅。

3）上导油槽盖板缝隙甩油整改措施：通过重新对密封槽内进行清扫，清除密封槽内的存在的铁屑、灰尘、密封胶等杂质，然后使用面粉团重新进行密封槽、密封面的除尘，最后试验酒精白布做最后的擦扫，完成后，重新安装粘接合格的

新密封条安装至密封槽内，打入密封胶，安装盖板，按照规定方法进行盖板螺栓、其他附件安装。

4）适当降低上导油槽内油位高度（不低于最低设计油位），使机组在运行过程中，油线控制在合理的范围内，减少出现甩油现象的概率。通过重新更换了上导油槽密封盖板密封条、增加了呼吸器高度、增加了出线孔盖板、适当降低了油位，2号机组在重新进行机械过速试验以及之后的甩负荷试验过程中，再没有出现甩油现象。本项目四台机组，后面3台机组按照2号机组的方式进行检查、整改，最后四台机组各项试验圆满完成，直至投产发电，都未出现甩油现象。

4、总结

电站机组甩油现象较为常见，但出现甩油现象的原因很多，因而在处理甩油问题时，要具体问题具体分析，根据当时的现象，全面分析，找出产生甩油的真正原因，有时可能是单一原因，有时可能是几方面原因的综合，只有在原因完全清楚的前提下，才能找到解决问题的办法。某地M坝项目对出现甩油现象进行了分析，在不修改设计、不进行设备重新生成的情况下，提出了较为简单、经济、合理、实用的解决办法，并取得了成功。

参考文献：

[1]GB/T11805-2008水轮发电机组自动化元件（装置）及其系统基本技术条件[S].

[2]GB8564-2003水轮发电机组安装技术规范[S].

[3]DL/T507-2002水轮发电机组启动试验规范[S].

[4]GBT15468-2006水轮机基本技术条件[S].