水轮发电机推力油槽甩油原因分析及处理方法

摘 要：针对电站三台机组推力油槽甩油缺陷

鉴于复合土工膜部分现场观测成果合成材料在工程应用中具有一定的抗老化能力，故有些国家的某些文件中对其使用年限作了较为宽限的规定，如前苏联BCH07-74《土石坝应用聚乙烯防渗结构须知》中规定，聚乙烯土工膜可用于使用年限不超过50年的建筑物。奥地利林茨公司发表的“聚丙烯复合土工膜土工合成材料的长期性状”一文中的结论写道：“对聚丙烯的15年以上的现场应用经验表明，它们的化学和生物稳定性高；织物的最大损坏是在施工中；铺设以后没有大变化；……可预期超过100年的稳定性。

，全面分析其产生原因，借鉴其他电站类似情况的解决办法，提出了符合双牌电站实际情况的处理方案。利用机组检修时期，对3号机组进行了全面处理，解决了3号发电机推力油槽的甩油缺陷。关键词：发电机，推力油槽，甩油，挡油圈，耐压式密封盖。一、概述湖南省双牌水电站位于湘江一级支流潇水下游双牌县境内。工程于1958年10月开工兴建，坝后式电站厂房内装有三台单机容量为45MW的立轴混流半伞式水轮发电机组。三台机组分别于1966年3月（2号机组）、1969年5月（3号机组）、1979年5月（1号机组）相继投产发电。限于当时的设计水平和制造工艺，三台机组自投产运行以来，推力油槽存在较为严重的内外甩油现象，推力油槽上盖板和水导油槽盖板大量积油，严重污染了机坑和发电机定转子线圈，加速了其绝缘的老化。为了消除此缺陷，提高电站的安全文明生产水平。2009年12月在3号机组A级检修时期，在对机组推力油槽内外甩油现象进行了认真分析的基础上，与哈尔滨通能电气股份有限公司合作，更新改造了推力油槽上盖板和挡油筒，在油槽底部加装了接油盆。彻底解决了机组推力油槽的甩油缺陷。二、改造前的甩油情况简介3号机组自投运以来，推力油槽就存在内外甩油现象。主要出现在三个部位：1、水车室水车室水导油槽盖板上积油严重，积油厚度达5mm左右。下机架底部到处可见油珠。水车室机坑里衬钢板被一层油尘混合物包敷。2、推力层推力层风洞壁包敷一层油尘混合物，手指划过即有一道划痕，推力下机架机腿、推力头等同样如此。推力油槽上盖板更为严重，手触摸后，手掌即被粘有一层透平油。整个推力层有一股刺鼻的油气味。3、发电机定、转子线圈定、转子线圈上下端部外表包敷一层油尘混合物，手指抹过即有一道划痕。线圈绝缘层颜色相对中间部位较深，且脆硬无韧性。三、甩油的危害与影响内甩油的危害与影响：机组运行过程中，内甩油至主轴上和油雾在下机架底部凝结，随着时间的积累，主轴上和下机架底部的油珠滴溅到水导油槽盖板上，形成大量的积油，污染水车室，严重影响了电站的文明生产水平。外甩油的危害与影响：机组运行过程中，从推力油槽上盖板缝隙中溢出的油雾，部分在油槽盖板上冷凝形成积油。部分油雾受发电机冷却风流的带动，吸附到定转子线圈上，影响发电机散热效果，腐蚀线圈绝缘，降低其绝缘强度，减短绝缘寿命。严重时还会降低发电机效率。另外，内外甩油还使油槽油量减少，造成不必要的浪费。四、甩油的原因分析（一）内甩油的原因分析内甩油的原因分析主要有二个方面：1、 油槽结构原因原机组推力油槽内挡油圈为开放式，挡油圈与推力头内壁距离约88mm，与主轴距离约为115mm，挡油圈上部距离推力头的高度约为265mm，高出油槽静止油面约为185mm。推力油槽结构尺寸如图一所示。开放式的挡油圈结构，且各部位间隙值都较大，而高出静止油面的高度较小，从而，机组在运行过程中，由于旋转部位鼓风的作用，使得推力头内下侧至油面之间及挡油圈与主轴之间的上部形成负压，把油面吸高、涌溢和吸附油雾而甩溅到主轴壁上，形成内甩油。2、 制造及安装原因挡油圈与推力头内壁或主轴之间，由于制造及安装的原因，产生偏心，油环不均匀的现象。机组运行过程中，推力头内壁带动其静油旋转，起着近似于偏心液压泵的作用，使油环产生较大的压力脉动，并向上窜油而甩溅到主轴上，形成内甩油。（二）外甩油的原因分析透平油即可吸收一定量的水分，同时可溶解一定量的空气，随着机组的运行，油温渐渐升高，使冷态时溶入油中的水分及空气汽化，并且汽化的同时会有一定量的油被带出，形成油雾。机组运行过程中，推力头和镜板外壁带动粘滞的静油运行，使油面因离心力作用向油槽外壁涌高、飞溅或搅动，使油珠和油雾从油槽盖板的缝隙处溢出，形成外甩油。另外，机组运行过程中，随着轴承温度的升高，使油槽内的油和空气体积膨胀，生产内压。由于内压的作用，油槽内的油雾随着气从油槽盖板缝隙处溢出，形成外甩油。如图二：轴承外甩油。五、甩油的处理针对甩油缺陷，电站下定决心对其进行全面的处理。为使缺陷处理得更彻底、效果更显著，电站曾考察过其他同类型的机组的运行及改造情况，咨询过制造厂家。3号机组安装过程中，安装单位考虑到挡油圈距离各相对部件的间隙过大，曾在原挡油圈的内部加装了副挡油圈。见图三：副挡油圈弥补了原挡油筒由于高度偏小而造成的机组运行过程中大量溢油的缺陷，但并未彻底处理油槽的内甩油现象，机组运行过程中油雾溢出后在主轴和下机架底部凝结，水车室水导油槽盖板积油严重。原加装的副挡油圈在结构尺寸上亦存在缺陷，影响机组检修过程中下机架的吊出。在全面分析了机组推力油槽内外甩油的产生原因，并参考同类型机组处理经验的基础上，有针对性地选择了与哈尔滨通能电气有限公司进行合作，全面彻底地对3号机组的甩油缺陷进行了处理。处理的方法如下：内甩油处理：首先，加高挡油圈。采用6mm厚钢板，卷制一个圆锥筒。直接焊接在原挡油圈上部。改造安装后的结构及尺寸如图四所示。加高挡油圈的目的主要是改善原挡油圈高度偏小的缺陷，减小机组运行过程中，油浪的外溢量。考虑原挡油圈与推力头的间隙值正好符合疏通法的原理，较大的间隙减小了机组检修过程中，由于转动部件中心调整偏差而造成的液压油泵的作用，油面压力脉动值较小，故没有加装任何副挡油圈。1、主轴 2、甩油环 3、接触齿4、铝合金座圈 5、回油装置图五：接油盆其次，对于油雾的外溢，采用哈尔滨通能电气股份有限公司提供的接油盆。见图五。甩油环2直接与转子固定，与转子同步旋转，可使油落下后通过离心力，甩入座圈内。1、主轴 2、接触齿 3、铝合金座圈 4、油雾过滤呼吸器图六：耐压接触式密封盖回油装置可根据内甩油量的多少考虑自动回油或人工排油。本站由于加高了挡油圈，大大减少了油浪的外溢量，只有少量的雾化油珠，回油装置采用人工定期排油的方式。外甩油处理：将油槽大盖更新改造为哈尔滨通能电气股份有限公司生产的耐压接触式密封盖，见图六。此密封盖的二个关键技术：第一，接触齿2（同图五的接触齿3）有多种功能：1）多等分功能：接触齿按圆周方向等分成若干偶数等份，每一等份均能径向前进和后退，灵敏度高，能紧随轴的位移做径向跟踪，因此能确保下接油盆在轴存在径向摆动的情况下一直保持和轴在无间隙状态稳定运行；2）补偿及退后功能：接触齿在等分后，每一等分都可以径向前进和后退，前进量径向单边为1mm，后退量径向单边为2.5mm，灵敏度非常高，能够有效补偿在运行中的磨损量，使接触齿与转轴之间连续不断的接触，保证接触齿和转轴之间在任何工况下零间隙运行；3）限位功能：精确的限位装置，它能有效地限制接触齿的进给量，使接触齿与转轴之间减少磨损，并保证接触齿与转轴之间永远保持零间隙；4）与转轴接触部分材料：与转轴接触部分材料，是一种自行开发研制的非金属多元复合材料，此种材料具有耐磨、耐油、耐高温、耐老化、耐化学腐蚀等特性，并且具有自润滑功能。第二，油雾过滤呼吸器4平衡了油槽内压力，减小了油雾对密封材料的压力。六、处理后的效果处理后，3号机组投运已有六个月时间，目前各个部位的甩油现象都得到了显著的改善。水车室水导油槽上盖板的积油和下机架底部的油珠没有了，且用手触摸无任何油或油尘混合物；推力层亦闻不到刺鼻的油气味；油槽上盖板、机架壁和风洞壁也抹不到油尘。发电机定转子线圈的温度同比下降了2-3℃。改造后的密封座、大盖、转环等均为铝合金材质，重量轻，易于拆装，给电站今后的检修维护带来了很大的方便。七、结束语发电机推力油槽甩油缺陷在老式机组中还比较普通。随着技术的进步、企业对安全文明生产的要求越来越高，甩油缺陷的改造应是老电站刻不容缓的任务。双牌电站3号发电机机推力油槽的成功改造，为另外二台机组的缺陷消除打下了良好基础，积累了经验。也可为其他电站同类型机组的缺陷消除提供参考。参考文献：1、《水轮发电机故障处理与检修》，刘云，中国水利水电出版社；2、TNS系列接触式密封盖产品说明书，哈尔滨通能电气有限公司3、《水轮电机组安装与检修》，盛国林，北京，中国电力出版社；作者简介：张小华，湖南省双牌水电站技改办，水力机械工程师，徐兴国，湖南省双牌水电站总工程师，