水輪機水導軸承甩油故障及解決方法

李振涌

摘要：水輪發(fā)電機組水導軸承主要承受轉動部分徑向力，確保主軸旋轉時發(fā)生徑向擺動在允許范圍之內;保證機組主軸在運行過程中保持中心位置。機組水導軸承是否安全穩(wěn)定運行影響整臺機組能否安全穩(wěn)定發(fā)電的重要結構部件之一;機組運行過程中水導軸承轉動油盆中的油或油霧跑出軸承油槽的現(xiàn)象， 稱為軸承甩油。 本文介紹了干撈水電站存在的水導軸承甩油問題， 進行準確分析、 判斷出甩油的原因， 提出改造方案。 在 1#、 2#機上改造獲得成功， 水導軸承甩油問題得以解決， 對高水頭高轉速機組的水導軸承甩油處理具有一般的借鑒及參考建議。

關鍵詞：水輪機;水導軸承;甩油故障;解決方式

干撈水電站機組水導軸承型式是稀油潤滑筒式軸承;水導軸承由以下幾個部分構成：畢托管式筒式軸承， 油潤滑免刮瓦， 瓦面為巴士合金。 水導軸承體、 轉動油盆、 冷卻器、上油箱等。水導軸承采用自循環(huán)潤滑冷卻方式;原理是：機組停機時， 軸承內所有的油都集中在轉動油盆內， 水導軸承瓦下部浸在油中; 機組正常運行時，軸承內幾乎所有的油都集中在上油箱中。整個運行過程為當機組運行時，油在轉動油盤離心作用下往油盆上部運動并作圓周運動， 通過畢托管把油吸進并導向油冷卻器冷卻后從流入上油箱;逐漸充滿軸承導瓦與主軸之間的間隙;主軸旋轉在軸瓦和主軸間形成負壓（虹吸原理;潤滑油經過水導瓦與主軸間隙回到轉動油盆，完成水導軸承潤滑冷卻油循環(huán)過程。

1.水電站基本工程概述

要想解決水電站內部水輪機出現(xiàn)的甩油故障，在實際工作中，應對水導軸承組成機構進行分析，深度剖析存在的故障問題，并提出有效解決之策。以干撈電廠為例，該水電站在2015年進行施工，并在建設完成后投入應用;機組在運行過程中發(fā)現(xiàn)水導軸轉動油盆出現(xiàn)甩油及進水導致機組運行過程水導軸承出現(xiàn)溫度高報警現(xiàn)象;為保障水輪發(fā)電機組穩(wěn)定運行;運行值班人員需每間隔三天或機組連續(xù)運行70小時就需加入8L潤滑油才能滿足設計需要，確保機組正常運行。

為解決這一問題，針對電機組存在的問題，對水導軸承轉動油盆甩油進水故障進行分析，并找到甩油故障出現(xiàn)的因素。

2.水電站工程水輪機水導軸承出現(xiàn)故障的主要原因

2.1根據相關資料和圖紙，對水導軸承可能存在的問題及跑油現(xiàn)象分析如下：

2.1.1水導油盆為轉動油盆本體漏油。因油盆分成兩瓣在現(xiàn)場組裝，結合面沒有密封條，機組在高速運轉過程中可能成為漏油點，經試驗未發(fā)現(xiàn)滲油。

2.1.2密封件老化漏油。水導轉動油盆主要由卡環(huán)用24顆M12*16螺栓緊固在水輪發(fā)電機大軸上，卡環(huán)為兩瓣組合，用螺栓緊固鑲嵌定位于水輪發(fā)電機大軸上，卡環(huán)與轉動油盆設計上由直徑為4mm的耐油橡膠盤根密封，如螺桿松動，水導油盆滲漏油可能從轉動油盆與卡環(huán)之間的橡膠密封盤根滲漏出來，經做煤油24小時試驗未發(fā)現(xiàn)滲油。

軸承冷卻器滲漏。水導軸承在機組正常運行過程中轉動油盆旋轉產生離心力和正壓畢托管將轉動油盆的油抽向冷卻器，經上油盆內冷卻器的作用后回到上油箱，冷卻器可能存在漏油。冷卻器經加壓試驗未發(fā)現(xiàn)滲水。

2.1.3設計缺陷漏油。一是油盆端口梳止口間隙太大，填充材料無法滿足機組在運行過程中旋轉而保持不脫落。二是水導瓦瓦背組合螺栓位置與梳止口處于同一平面，不可能止油止水。三是旋轉油盆沒有采用設計阻止機組在運行過程中油盆內部油在離心力作用下從油盆端口甩油措施。

2.1.4安裝工藝導致漏油。從上油箱位置上，筒式水導軸承用24顆M12*16螺栓固定在水導軸承底座上，如果筒式水導軸承底座螺栓松動，上油箱的透平油會從水導軸承與水導軸承底座滲漏出來。經檢查發(fā)現(xiàn)滲油。

綜合上述幾點分析，水導軸承油盆漏油是由于油盆梳止口沒有阻油措施，更由于瓦背與油盆梳止口接觸面存在間隙且無法填充密封材料而喪失阻油作用;導致機組在運行過程中油盆油在離心力作用下從梳止口與瓦背間隙滲漏跑油。

2.2進水分析

2.2.1油盆組合面密封試驗合格不存在滲水情況。

2.2.2水導水冷卻器密封性試驗合格不存在滲水情況。

2.2.3油盆設計不合理，端口頂部高程比頂蓋水面只高5厘米。

頂蓋水在旋轉油盆的作用下形成旋渦，水面穩(wěn)定性很差，極易淹沒油盆端口，特別在自流水孔通水不暢和自吸泵出現(xiàn)故障的情況下，水淹油盆基本上不可避免。

2.2.4油盆端口原設計兩層密封因沒有密封材料，而且間隙過大無法安裝填充密封材料投入使用。

2.2.5設計缺陷，水導瓦組合面螺桿與密封止口處于同一個位置存在接觸面不密封，因此不可能止水。

3解決方案

1.在轉動油盤外部梳齒邊沿內外分別焊接3mm*50mm（厚*寬）扁鋼;甩油盆梳止邊緣內部扁鋼有效阻止水導油盆在旋轉過程中油盆內部油在離心力作用下濺射至水導瓦背甩油量，減小從水導瓦背與梳止口間隙甩出油量，達到減小滲漏油的目的;上部焊接扁鋼增加油盆端口頂部與頂蓋水面高程距離，油盆端面高度的增高有效阻擋旋轉油盆在水中轉動形成漩渦水流飛濺進入水導油盤及淹沒水導油盆的概率。 改造方式及結果如圖2、圖3所示.

2.在轉動油盤內部梳齒邊沿焊接3mm*50mm扁鋼增加轉動油盤存油量，阻隔油從油盆蓋甩到水導瓦背上，這是防止跑油和進水的有效措施。

3.在水導軸承在回裝過程中選用高質量耐油密封膠條，同時對轉動油盤各結合面進行清洗，使用液態(tài)密封膠涂抹把合，各結合面連接螺栓涂抹螺紋緊固劑，回裝后水導轉動油盤經過12小時的煤油量煤油減少滲漏試驗合格。

4、改造應用取得的效果

機組轉動油盤改造后運行效果良好，經過近1年運行，水導瓦溫度穩(wěn)定在35攝氏度左右，水導油槽跑油現(xiàn)象得到明顯改善，由原先3天加8升油，減少為30天加2升油，抽樣檢查水導油盆油質，無明顯劣化現(xiàn)象;本次改造滿足了設備運行設計要求，提高了機組運行穩(wěn)定性。

4.水輪發(fā)電機組水導軸承轉動油盆進一步減少甩油量的改造思路

充分分析水導軸承組成結構不合理問題，查閱設計資料從設計原理分析，結合存在的問題，優(yōu)化結構設計，從而根治水導轉動油盆甩油問題。

針對設備設計結構提出改造思路：改造畢托管管徑從DN15增加至DN25;調整畢托管的安裝角度，提升畢托管上油量;增加上油箱的儲油量，減少水導轉動油盆儲油量;較少轉動油盆運行過程中旋轉油量;較少甩油量。降低可能存在的溢出問題。其次，在運行過程中，結合水電站水輪機導軸承潤滑油量實際設計基本數值需求將上油位控制在合理范圍內，從而降低甚至解決水導軸承出現(xiàn)甩油問題。

結束語：為解決水電站內部水輪機水導軸承甩油問題，在實際工作中，應結合水輪機運行要求，制定適合結構設計，并在材料選擇過程中，盡量選擇高質量、可靠材料與零部件。在準備工作完成后，應結合設備以及安裝要求，從水導油槽、水導軸承等多方面因素進行分析，并選擇最適合管徑，從而保障上油量，降低上油不足導致的甩油問題，從而降低油量損耗，維護水電站穩(wěn)定運行。

參考文獻

[1]GB8564—2003 中國人民共和國國家標準《水輪發(fā)電機組安裝技術規(guī)范》 .

[2] 《水輪機設計與計算》 哈爾濱大電機研究所編著.

[3] 《水輪機設計手冊》 哈爾濱電機廠編著.