小漩水電站3號機(jī)組高位輪轂油箱溢油原因分析及處理

王建海，蔡天淳

(漢江水電開發(fā)有限責(zé)任公司，湖北 十堰 442200)

小漩水電站位于湖北省十堰市竹山縣堵河干流上游河段，下距竹山縣城約3 km。工程以發(fā)電為主，規(guī)模為中型，總裝機(jī)容量50 MW，總庫容0.367 4億m3，屬日調(diào)節(jié)水庫，正常蓄水位264.00 m。2012年11月電站3號機(jī)組投運(yùn)，2013年3月電站1號、2號臺機(jī)組投運(yùn)。

1 水輪機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

小漩水電站機(jī)組為臥式燈泡貫流式機(jī)組，水輪機(jī)型號GZTF07C-WP-430，發(fā)電機(jī)型號為SFWG16.67-44/4890。額定水頭12.5 m，最大水頭16.2 m，最小水頭5.29 m。

轉(zhuǎn)輪部分由轉(zhuǎn)輪體、轉(zhuǎn)輪體芯、葉片、活塞、接力器等組成。轉(zhuǎn)輪直徑4.3 m，有四個(gè)葉片，轉(zhuǎn)輪體為ZG20Mn，轉(zhuǎn)輪體芯為鍛35CrMo。活塞采用ZG20Mn，接力器缸采用ZG06Cr13Ni4Mo，活塞及活塞桿采用密封性能先進(jìn)的密封及組合密封型式，葉片具有可靠的V/X型密封。

葉片操作系統(tǒng)由接力器缸、活塞、轉(zhuǎn)臂、連桿等組成，采用缸動式結(jié)構(gòu)，活塞固定不動，來自受油器開關(guān)腔的壓力油通過接力器缸的運(yùn)動，帶動連桿、轉(zhuǎn)臂操作葉片轉(zhuǎn)動。接力器缸和導(dǎo)向筒的配合部位設(shè)置兩個(gè)導(dǎo)向鍵可防止活塞缸轉(zhuǎn)動。活塞與活塞缸之間設(shè)有良好密封，可有效減少兩腔漏油，活塞直徑750 mm，接力器操作油壓6.3 MPa。

受油器將來自調(diào)速器主配壓閥的兩個(gè)壓力油通過大軸內(nèi)的操作油管與轉(zhuǎn)輪內(nèi)的活塞缸相通，構(gòu)成操作轉(zhuǎn)輪葉片轉(zhuǎn)動的供油系統(tǒng)，操作油管通過受油器、大軸內(nèi)支撐件、管型座進(jìn)行固定，操作油管分別給漿葉接力器開關(guān)腔供油。

受油器軸內(nèi)的增壓油來自高位輪轂油箱到轉(zhuǎn)輪體內(nèi)腔形成一個(gè)恒定壓力油源，用以密封葉片與轉(zhuǎn)輪體配合的間隙，防止流道的水進(jìn)入轉(zhuǎn)輪體內(nèi)。漿葉接力器油缸、操作油管被增壓油包裹。高位輪轂油箱增壓壓力為0.25 MPa。

輪轂高位油箱至機(jī)組共3根管路，一根φ34×3至漏油泵，漏油箱油位高時(shí)油泵啟動供油至輪轂油箱。一根φ42×3至調(diào)速器回油箱，當(dāng)輪轂油箱油位高時(shí)溢流至調(diào)速器回油箱。一根φ60×3.5管路至受油器，給輪轂提供增壓油。

漏油泵型號為CB-FC10L-Y2單及齒輪泵，壓力16 MPa，轉(zhuǎn)速2 000 r/min，流量18 L/min。

2 存在問題及檢查過程

2.1 高位輪轂油箱溢油

2019年2月13日維護(hù)人員發(fā)現(xiàn)漩號3機(jī)高位輪轂油箱蓋處有大量溢油，在隨后幾天觀察中出現(xiàn)多次漏油情況。

2.2 高位輪轂油箱溢油原因分析

造成高位輪轂油箱溢油的原因：①漏油泵供油量大于高位輪轂油箱溢油管溢流量；②供受油器的高壓油管路返油至高位輪轂油箱，返油量大于溢油管溢流量。

經(jīng)現(xiàn)場檢查當(dāng)將漿葉接力器由全開至全關(guān)時(shí)高位輪轂油箱油位未發(fā)生變化，將漿葉接力器由全關(guān)至全開時(shí)，高位輪轂油箱油位上升21 cm，高位輪轂油箱油量增加值為23.38l，漿葉接力器缸體在輪轂油中變化體積13.93l，高位輪轂油箱油量實(shí)際增加值為9.45l，高位輪轂油箱油位變化時(shí)間為19 s,計(jì)算漏油量為29.82 L/min。高位輪轂油箱溢油是供受油器的管路返油導(dǎo)致,高位輪轂油箱油增多原因?yàn)闈{葉操作系統(tǒng)高壓油竄至輪轂油系統(tǒng)，漿葉操作系統(tǒng)高壓油竄油位置可能為受油器、大軸內(nèi)部漿葉開腔管路、漿葉接力器等位置。

2.3 漿葉操作系統(tǒng)分解檢查

在機(jī)組檢修時(shí)拆除轉(zhuǎn)輪泄水錐，將漿葉操作系統(tǒng)建壓1 MPa，將漿葉接力器分別由全關(guān)至全開往復(fù)操作，在開漿葉接力器過程中在主軸中心供油至轉(zhuǎn)輪腔體的增壓管路供油孔處有一股油流流出來，油流是從漿葉接力器開腔竄至轉(zhuǎn)輪增壓管路。

拆除接力器蓋及油管座時(shí)發(fā)現(xiàn)油管座內(nèi)恢復(fù)軸2道φ30×2.65 O形密封圈存在缺失斷裂情況，最大截面處直徑僅余約φ1 mm，且圓周方向1/4圈缺失。同時(shí)在恢復(fù)軸上與油管座內(nèi)密封圈溝槽均出現(xiàn)較為嚴(yán)重金屬刮痕，在油管座外側(cè)φ180×5.3密封件出現(xiàn)局部剪切現(xiàn)象。

恢復(fù)軸2道φ30×2.65 O密封件損壞造成恢復(fù)軸與油管座間不能形成有效密封，導(dǎo)致漿葉開腔壓力油從損壞密封圈處進(jìn)入輪轂油系統(tǒng)。油管座外側(cè)φ180×5.3同樣出現(xiàn)密封效果不好情況，造成漿葉關(guān)腔少量壓力油進(jìn)入輪轂油系統(tǒng)，從密封出現(xiàn)少量剪切看，該處不是造成漿葉操作油進(jìn)入輪轂油系統(tǒng)的主要原因。油管座兩道φ30×2.65 O密封件損壞是造成高位輪轂油箱溢油的根本原因。

對受油器分解檢查，受油器密封良好，瓦間隙正常。

2.4 高位輪轂油箱溢油根本原因

油管座上共布置5個(gè)孔，2孔為漿葉操作系統(tǒng)開腔油孔，2孔為漿葉接力器關(guān)腔油孔，這個(gè)4個(gè)孔分別安裝漿葉接力器開關(guān)腔4根油管。油管座中心孔為漿葉接力器恢復(fù)軸安裝孔。漿葉接力器開關(guān)腔油管與油管座間依靠油管座內(nèi)孔的兩道φ51.5×3.55的O型密封圈密封，φ51.5×3.55的O型密封圈為靜密封，密封件防止?jié){葉接力器開關(guān)腔油竄至輪轂增壓油系統(tǒng)。

恢復(fù)軸與油管間的2道φ30×2.65 O形密封圈為動密封，防止?jié){葉操作系統(tǒng)開腔與輪轂增壓油系統(tǒng)間竄油。恢復(fù)軸在往返運(yùn)動過程中會對φ30×2.65 O形密封圈造成磨損，恢復(fù)軸在大軸內(nèi)沒有支撐，僅靠管型座內(nèi)2兩密封圈及受油器密封圈和接力器蓋上1到密封圈支撐和密封。同時(shí)恢復(fù)軸較長又細(xì)，在漿葉接力器運(yùn)動過程中會產(chǎn)生輕微變形。

從拆除的恢復(fù)軸表面及管型座安裝密封圈處均出現(xiàn)大量金屬刮蹭痕跡說明恢復(fù)軸與油管座之間產(chǎn)生了刮擦。密封件損壞后會加速恢復(fù)軸與管型座內(nèi)孔的摩擦。

2.5 竄油處理方案

根據(jù)檢查情況及分析結(jié)果采取以下方法進(jìn)行處理：

1)更換質(zhì)量更好，更可靠的密封件。

2)管型座改造。

3)增加高位輪轂油箱溢油管管經(jīng)。

在本次機(jī)組小修時(shí)更換了品牌為德氏封的密封件。同時(shí)對油管座進(jìn)行簡易的改造，在管型座上增加銅套，將管型座內(nèi)孔擴(kuò)大至45 mm，深度42 mm，將銅套鑲嵌在管型座內(nèi)孔中，銅套內(nèi)部加工兩道密封槽，密封槽安裝2道φ30×2.65 O型密封圈，銅套加工圖見圖1。當(dāng)恢復(fù)軸在往復(fù)運(yùn)動時(shí)，即使密封件損壞的情況下只會出現(xiàn)恢復(fù)軸與管型座銅套之間刮擦，可有效為避免恢復(fù)軸表面損傷。

圖1 銅套加工圖

3 結(jié) 語

經(jīng)過對管型座改造解決了漿葉接力器開腔油竄至輪轂增壓油系統(tǒng)的問題，防止恢復(fù)軸表面再次出現(xiàn)刮擦的痕跡。成功解決了機(jī)組運(yùn)行過程中存在的問題，改造后運(yùn)行至今該機(jī)組未出現(xiàn)高位輪轂油箱溢油問題。