水導軸承潤滑油乳化原因分析及對策

祁廣福

（青海黃河上游水電開發有限責任公司，青海 西寧810008）

0 引言

某水電站主要任務是發電，同時擔任系統的調峰、調頻和事故備用。該水電站水庫為日調節水庫，總庫容2.94億m3，裝機容量3×340 MW，多年平均發電量33.63億kW·h。水輪機型式為立軸混流式，額定轉速85.71 r/min，額定水頭66 m。

該水電站水輪機水導軸承為油浸式外循環稀油潤滑，巴氏合金分塊瓦結構，水導軸承由分塊軸瓦、軸承支承、帶油槽的軸承箱、箱蓋和附件組成。水導軸承設計有一個完全獨立的潤滑油系統，潤滑油系統由2臺油泵、2臺油冷卻器、可以切換的2組濾油器、儀表、閥門及管路組成，水導軸承潤滑油用油量0.6 t，潤滑油為46號汽輪機油。

圖1 水導軸承結構圖

1 事件經過

某水電站某日3號機組帶負荷運行，下午16：25時巡回檢查中發現水導軸承油槽觀察孔有機玻璃蓋板上有飛濺的透平油泡沫，同時油槽潤滑油表面漂浮有大面積泡沫且透平油顏色發白，初步判斷水導油槽潤滑油乳化。檢查3號機水導軸承各部溫度，軸瓦平均溫度在25℃左右，油槽油溫23℃，瓦溫和油溫顯示均比以往運行溫度低，以往運行中瓦溫在 35～40℃左右，油溫30～33℃之間。16：50該水導軸承取油樣檢驗，重點做水份檢測，檢驗結果顯示水導油槽潤滑油水分嚴重超標，油質重度乳化。

表1 水導軸承油槽乳化油質簡化分析結果

2 原因分析

水導軸承潤滑油乳化主要有3個原因：水份、乳化劑和高速攪拌，其中水份是引起油質乳化的主要原因。該電站3號機組水導軸承油樣水分分析結果顯示潤滑油中水分嚴重超標，可以確定為水導油槽進水是造成軸承潤滑油乳化的主要原因。水導軸承油槽進水的原因主要有以下2個：

（1）外循環冷卻器滲漏

水導軸承外循環油系統油冷卻器運行中，銅鎳合金冷卻管里側冷卻水的壓力和外側潤滑油的壓力不一致，產生較大壓力差，長期在這種狀況下運行很容易使銅鎳合金冷卻管管壁變形、破損而發生滲漏。同時，銅鎳合金冷卻管路自身加工工藝和缺陷、與冷卻器客體接縫工藝不合格等也容易引起管路滲漏。事發前該電站3號機組水導外循環1號油冷卻器工作，2號油冷卻器并未投運。拆除1號油冷卻器做水壓耐壓試驗，試驗壓力0.9 MPa，試驗中壓力有下降現象，10 min下降了0.6 MPa，同時潤滑油腔體內一根冷卻管束與殼體連接部位有滲水現象。

圖2 水導軸承外循環油冷卻器

（2）軸承間隙進水

頂蓋排水不暢致使頂蓋水位升高，油泵運行時下油箱產生真空，水從下油箱與主軸間隙吸入油箱。通過對水輪機頂蓋排水系統和頂蓋水位的檢查，沒有發現進水痕跡，排出了軸承間隙進水的可能。

綜合分析，最終確定該電站3號機組水導油槽油質乳化原因是：油冷卻器冷卻水管與殼體連接部位長期在壓差作用下產生裂紋滲水，水進入油槽導致水導軸承潤滑油乳化。

3 采取的措施

3.1 軸承潤滑油更換

該電站在電力系統中的重要性，需要及時恢復發電。由于水導軸承潤滑油乳化較嚴重，為保證3號機組安全穩定運行，最終確定先將1號油冷卻器退出運行，然后換油處理后使用2號油冷卻器運行發電，機組運行中水導軸承各部溫度均正常。同時，為避免換油時未徹底排干凈的乳化油引起新注入的潤滑油再次發生乳化，對更換后的潤滑油在油槽中進行了濾油處理，使各項指標均達到了合格標準。

后期機組檢修中，對水導軸承進行了全面處理。分解水導軸承，水導軸承軸頸有銹蝕現象，對銹蝕部位除銹并研磨處理，分別對軸承體、主軸軸頸、水導瓦、上油箱、下油箱、密封裝置和外循環系統油泵、油冷卻器、油濾過器、管路、閥門等進行全面清掃干凈。

3.2 更換油冷卻器

3號機組水導軸承外循環冷卻系統2號油冷卻器切換工作，1號油冷卻器退出運行。備用冷卻器做耐壓試驗，試驗壓力0.9 MPa，時間30 min無滲漏，更換1號油冷卻器。

為徹底解決油冷卻器銅鎳合金冷卻管里側冷卻水的壓力和外側潤滑油的壓力不一致導致冷卻管束與殼體連接部位損壞問題，該電站對水導油冷卻器進行了換型改造處理，換型油冷卻器采用了油壓大于水壓的原理設計，對冷卻管束與殼體連接處進行了處理和加強。換型改造后的油冷卻器運行穩定，再未出現漏水和油質乳化問題。

4 防范措施

水輪發電機組導軸承油質乳化給機組安全運行帶來的后果是嚴重的，保證水力機組設備的設計、制造、安裝、運行和維護以及機組油品質量，對防備和消除軸承油系統進水，防止導軸承油乳化是非常重要的。因此，要注重以下幾方面：

（1）加強設備巡回檢查

在設備巡回檢查時，不僅要詳細記錄各部位溫度、壓力、水位、油位等值，還要詳細分析數值并比對，確保各部數值發生變化時及時發現，提前做好預防。同時，對重點部位（頂蓋水位、油槽油位、水導軸承冷卻器進出口水（油）壓等）加密巡回次數。

（2）做好油質監測分析

機組運行時投入油質檢測裝置，確保油混水檢測裝置正常工作。同時，對帶外循環冷卻系統的導軸承，定期切換、清掃外循環油系統油濾過器，并定期進行油質檢測，確保導軸承潤滑油油質合格和系統運行穩定。

（3）確保設備檢修質量

檢修設備時，各部位檢查仔細、到位，發現問題及時處理，軸承各部位清掃干凈，油冷卻器在A、B級檢修時必須做耐壓試驗，試驗不合格的冷卻器及時處理。

（4）裝設在線濾油裝置

水電站機組導軸承潤滑油系統安裝在線綜合再生凈化裝置，主要對透平油內機械雜質、乳化、生成酸性物質及油泥等劣化產物進行在線凈化。根據導軸承油質檢測結果，投入再生裝置進行在線濾油，能將油品的劣化產物去除，達到新油標準。

5 結束語

減少水利機組導軸承潤滑油中金屬顆粒、雜質和油乳化現象，對保證水力機組安全穩定運行具有重要的作用。解決導軸承潤滑油乳化問題要從設備制造、安裝、運行、維護和檢修，以及潤滑油油品質量等方面入手，并嚴格控制，避免同類事件的再次發生。