淺談立式水輪發電機反向氣壓平衡技術

張 杰, 曹 紅 旺, 何 軍

(四川大川電力有限公司，四川 雅安 625605)

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淺談立式水輪發電機反向氣壓平衡技術

張 杰, 曹 紅 旺, 何 軍

(四川大川電力有限公司，四川 雅安 625605)

立式水輪發電機反向氣壓平衡技術，采用調壓扇葉和加大呼吸管直徑來消除發電機上導軸承固定油盆內外氣壓的不平衡，徹底解決了機組內甩油現象，且運行可靠，措施有效，既解決了生產中的實際問題，又滿足了安全文明生產的需要。

內甩油原因；可行性論證；應用過程；成果驗證

1 設備概況

長石壩電站的2臺機組為立式混流式風冷水輪發電機組。擋油圈結構為開放式，且各部位間隙值都較大，而擋油圈高出靜止油面的高度較小，由于立式機組轉子在運行中都存在著擺動現象，因此，主軸與上導油盆內擋油桶間隙也隨之波動。加上轉子上風扇吸風作用產生的負壓區，引起發電機上導油盆內的油霧從擋油桶與主軸的間隙中逸出，傳統的密封結構，在機組運行過程中，油槽內進出的循環油流處于紊流狀態，油分子之間及動靜部件與油之間碰撞沖擊，均會使循環油氣化產生油霧，通過狹隙逸出，導致內甩油，給機組安全經濟運行帶來較大隱患。立式風冷發電機上導固定油盆所處的位置，一方面是風冷需要風量，一方面是固定油盆與發電機主軸之間必須設計一定的間隙(25 mm)，以保證機組的正常運行。因此，采用風冷的立式發電機上導軸承固定油盆因其內外氣壓的不平衡，引起內甩油。

2 目前存在的問題

長石壩電站機組投運以來，在歷年的運行及檢修過程中，均發現上導固定油盆運行油位不斷下降，特別是在檢修時發現設備表面附著大量油污，通過設備運行情況表明，長石壩機組存在嚴重內甩油缺陷，如圖1所示。定子線圈表面附著大量油污，嚴重影響發電機散熱效果，存在腐蝕線圈絕緣，降低其絕緣強度及使用壽命。

3 內甩油原因分析

目前長石壩電站均為立式風冷混流式發電機組，其擋油桶均采用開放式結構。投運以來，陸續暴露出該擋油桶結構存在的問題，導致出現內甩油現象。從機組設計結構及歷年來檢修實際情況分析：一是受當時擋油桶設計高度不夠。二是推力頭的甩油平壓孔沒有起到理想的離心泵作用。三是制造原因導致擋油桶的不圓度，使轉動部分與擋油桶處產生不均勻縫隙，產生不同程度的偏心，其間隙時大時小，使上導軸承各部分之間的油環很不均勻，在轉速較高情況下，容易產生較高的壓力脈動而向上串油。四是機組運行時，由于轉子上風扇的吸風作用下，使得推力頭內側和油面之間產生負壓區，引起發電機上導油盆內的油霧從擋油桶與主軸的間隙中逸出。五是軸承油盆內安裝有導軸瓦、推力瓦、由冷卻器及測溫等不規則部件，在機組運行過程中，油槽內進出的循環油流處于紊流狀態，油分子之間及動靜部件與油之間碰撞沖擊，均會使循環油氣化產生油霧，通過狹隙逸出，導致內甩油。

圖1 內甩油情況

4 壓平衡可行性論證

通過查閱、了解國內外有關各種立式風冷式水輪發電機組內甩油技術改造的實施情況，積極與相關廠家聯系研討，充分了解立式風冷式水輪發電機組設計結構，從中獲得內甩油因素。針對現場實際情況和機組結構在上導軸承下端蓋發電機主軸處安裝調壓扇葉向軸承油池補氣，油池上部加大呼吸管直徑來保持油循環穩定。通過實測方法獲得機組導軸承固定油盆氣壓變化情況，通過試驗，確定平衡風扇葉的大小及最佳角度和油池上部呼吸管的最佳直徑。最終實現充分利用外加的調壓風扇，對發電機導軸承固定油盆內外氣壓進行平衡，從根本上解決發電機固定油盆內甩油的缺陷。最終徹底杜絕了機組內甩油的情況，保證上導固定油池運行油位穩定，避免了因機組油位過低被迫停機的情況，確保了機組長周期安全穩定運行，從而降低運行成本、提高發電效益。

5 應用過程及方法

拆除上機架以上各部件，在上導軸承下端蓋發電機主軸處安裝調壓風扇，調整調壓風扇與發電機主軸的同心度、水平度(如圖2所示)，調整調壓風扇與上導軸承下端蓋配合間隙，滿足試運行，達到投運條件。要解決以上問題，我們經過多種實踐、論證，并與水輪機發電機廠專家聯系研討，針對立式風冷式水輪發電機組設計結構和歷年運行、檢修情況，找出不平衡產生的原因，確定平壓風扇的大小及最佳角度和油池上部呼吸管的最佳直徑(如圖3所示)。在上導軸承下端蓋發電機主軸處安裝調壓扇葉，向軸承油池補氣，將油池上部加大呼吸管直徑來保持油循環穩定，從而達到平壓效果。

6 成果驗證

通過實測方法獲得機組導軸承固定油盆氣壓變化情況，找出不平衡產生的原因，徹底解決因轉子上風扇的吸風作用產生的負壓區，利用平衡風扇使平壓管試壓片開啟開度為2 mm，消除推力頭內側和油面之間產生負壓區，從而消除機組內甩油現象(見效果驗證表)。

通過上表數據比較可以看出，項目實施前由于轉子上風扇的吸風作用下，使得推力頭內側和油面之間產生負壓區，且在轉速較高情況下，容易產生較高的壓力脈動而向上串油，使得運行油位高出標準油位，并且平壓管氣流方向向下，從而引起發電機上導油盆內的油霧從擋油桶與主軸的間隙中逸出。經過安裝平衡風扇并調整風扇葉角度至15°時，運行油位下降，平壓管氣流方向改變，平壓管試壓片打開，但未達到研究目的。因此，在有風扇葉角度調整至15°時的數據支撐后，說明研制方向、思路是正確的，并在試驗過程中將風扇葉角度調整至25°進行試驗，數據收集。在風扇葉角度調整至25°時，運行油位達到標準油位要求，平壓管氣流方向正確，平壓管試壓片打開開度符合項目研究標準的2 mm。因此，改變氣流以達到氣壓平衡是可行的。

圖2 平壓風扇示意圖

圖3 安裝平壓呼吸管

7 結 語

本氣壓平衡技術的科技意義在于打破國內發電機廠家一直不太重視的發電機上導固定油盆內甩油問題，通過立式風冷式水輪發電機組軸瓦固定油盆氣壓平衡技術的應用，一方面改善了發電機導軸承固定油盆內甩油，消除發電機線圈受透平油腐蝕，保證發電機線圈絕緣水平。另一方面提高了上導軸承安全運行水平，防止上導軸瓦燒瓦事故。同時，消除水車室現場油漬，改善了現場工作環境，保證運行人員安全和降低油品損失，提高經濟效益，同時此立式風冷式水輪發電機組軸瓦固定油盆氣壓平衡技術水平將達到國內同行業先進水平。投運以來，在機組各種負荷工況下進行試驗，獲得投運后機組各方面運行情況來看，徹底解決了機組內甩油現象，且運行可靠，措施有效，既解決了生產中的實際問題，又滿足了安全文明生產的需要。

表1 效果驗證表

參考資料：

[1] 李偉.馬槽河水電站立式混流機組甩油問題的分析與處理[J].貴州水力發電，2009

[2] 姚玉才.推力軸承甩油的原因及處理方法[J].廣西水利水電，2008

(責任編輯：卓政昌)

2017-04-15

TM312；P424；O312.2

B

1001-2184(2017)03-0130-03

張 杰(1985-)，男，四川都江堰人，畢業于四川電力職業技術學院電力系統自動化專業，從事水電生產安全運行及設備管理工作；

曹紅旺(1975-)，男，內蒙古武川人，畢業于沈陽電力高等專科學校熱工自動化專業，總工程師，高級工程師，從事水電生產管理工作；

何 軍(1976-)，男，四川蘆山人，畢業于西安航空技術高等專科學校熱能工程專業，工程師，從事水電安全生產管理工作.