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(fā)電機(jī)反向氣壓平衡技術(shù)

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(fā)電機(jī)反向氣壓平衡技術(shù)，采用調(diào)壓扇葉和加大呼吸管直徑來(lái)消除發(fā)電機(jī)上導(dǎo)軸承固定油盆內(nèi)外氣壓的不平衡，徹底解決了機(jī)組內(nèi)甩油現(xiàn)象，且運(yùn)行可靠，措施有效，既解決了生產(chǎn)中的實(shí)際問(wèn)題，又滿足了安全文明生產(chǎn)的需要。

內(nèi)甩油原因；可行性論證；應(yīng)用過(guò)程；成果驗(yàn)證

1 設(shè)備概況

長(zhǎng)石壩電站的2臺(tái)機(jī)組為立式混流式風(fēng)冷水輪發(fā)電機(jī)組。擋油圈結(jié)構(gòu)為開(kāi)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(jī)組轉(zhuǎn)子在運(yùn)行中都存在著擺動(dòng)現(xiàn)象，因此，主軸與上導(dǎo)油盆內(nèi)擋油桶間隙也隨之波動(dòng)。加上轉(zhuǎn)子上風(fēng)扇吸風(fēng)作用產(chǎn)生的負(fù)壓區(qū)，引起發(fā)電機(jī)上導(dǎo)油盆內(nèi)的油霧從擋油桶與主軸的間隙中逸出，傳統(tǒng)的密封結(jié)構(gòu)，在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，油槽內(nèi)進(jìn)出的循環(huán)油流處于紊流狀態(tài)，油分子之間及動(dòng)靜部件與油之間碰撞沖擊，均會(huì)使循環(huán)油氣化產(chǎn)生油霧，通過(guò)狹隙逸出，導(dǎo)致內(nèi)甩油，給機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來(lái)較大隱患。立式風(fēng)冷發(fā)電機(jī)上導(dǎo)固定油盆所處的位置，一方面是風(fēng)冷需要風(fēng)量，一方面是固定油盆與發(fā)電機(jī)主軸之間必須設(shè)計(jì)一定的間隙(25 mm)，以保證機(jī)組的正常運(yùn)行。因此，采用風(fēng)冷的立式發(fā)電機(jī)上導(dǎo)軸承固定油盆因其內(nèi)外氣壓的不平衡，引起內(nèi)甩油。

2 目前存在的問(wèn)題

長(zhǎng)石壩電站機(jī)組投運(yùn)以來(lái)，在歷年的運(yùn)行及檢修過(guò)程中，均發(fā)現(xiàn)上導(dǎo)固定油盆運(yùn)行油位不斷下降，特別是在檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備表面附著大量油污，通過(guò)設(shè)備運(yùn)行情況表明，長(zhǎng)石壩機(jī)組存在嚴(yán)重內(nèi)甩油缺陷，如圖1所示。定子線圈表面附著大量油污，嚴(yán)重影響發(fā)電機(jī)散熱效果，存在腐蝕線圈絕緣，降低其絕緣強(qiáng)度及使用壽命。

3 內(nèi)甩油原因分析

目前長(zhǎng)石壩電站均為立式風(fēng)冷混流式發(fā)電機(jī)組，其擋油桶均采用開(kāi)放式結(jié)構(gòu)。投運(yùn)以來(lái)，陸續(xù)暴露出該擋油桶結(jié)構(gòu)存在的問(wèn)題，導(dǎo)致出現(xiàn)內(nèi)甩油現(xiàn)象。從機(jī)組設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及歷年來(lái)檢修實(shí)際情況分析：一是受當(dāng)時(shí)擋油桶設(shè)計(jì)高度不夠。二是推力頭的甩油平壓孔沒(méi)有起到理想的離心泵作用。三是制造原因?qū)е聯(lián)跤屯暗牟粓A度，使轉(zhuǎn)動(dòng)部分與擋油桶處產(chǎn)生不均勻縫隙，產(chǎn)生不同程度的偏心，其間隙時(shí)大時(shí)小，使上導(dǎo)軸承各部分之間的油環(huán)很不均勻，在轉(zhuǎn)速較高情況下，容易產(chǎn)生較高的壓力脈動(dòng)而向上串油。四是機(jī)組運(yùn)行時(shí)，由于轉(zhuǎn)子上風(fēng)扇的吸風(fēng)作用下，使得推力頭內(nèi)側(cè)和油面之間產(chǎn)生負(fù)壓區(qū)，引起發(fā)電機(jī)上導(dǎo)油盆內(nèi)的油霧從擋油桶與主軸的間隙中逸出。五是軸承油盆內(nèi)安裝有導(dǎo)軸瓦、推力瓦、由冷卻器及測(cè)溫等不規(guī)則部件，在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，油槽內(nèi)進(jìn)出的循環(huán)油流處于紊流狀態(tài)，油分子之間及動(dòng)靜部件與油之間碰撞沖擊，均會(huì)使循環(huán)油氣化產(chǎn)生油霧，通過(guò)狹隙逸出，導(dǎo)致內(nèi)甩油。

圖1 內(nèi)甩油情況

4 壓平衡可行性論證

通過(guò)查閱、了解國(guó)內(nèi)外有關(guān)各種立式風(fēng)冷式水輪發(fā)電機(jī)組內(nèi)甩油技術(shù)改造的實(shí)施情況，積極與相關(guān)廠家聯(lián)系研討，充分了解立式風(fēng)冷式水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，從中獲得內(nèi)甩油因素。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和機(jī)組結(jié)構(gòu)在上導(dǎo)軸承下端蓋發(fā)電機(jī)主軸處安裝調(diào)壓扇葉向軸承油池補(bǔ)氣，油池上部加大呼吸管直徑來(lái)保持油循環(huán)穩(wěn)定。通過(guò)實(shí)測(cè)方法獲得機(jī)組導(dǎo)軸承固定油盆氣壓變化情況，通過(guò)試驗(yàn)，確定平衡風(fēng)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(shí)現(xiàn)充分利用外加的調(diào)壓風(fēng)扇，對(duì)發(fā)電機(jī)導(dǎo)軸承固定油盆內(nèi)外氣壓進(jìn)行平衡，從根本上解決發(fā)電機(jī)固定油盆內(nèi)甩油的缺陷。最終徹底杜絕了機(jī)組內(nèi)甩油的情況，保證上導(dǎo)固定油池運(yùn)行油位穩(wěn)定，避免了因機(jī)組油位過(guò)低被迫停機(jī)的情況，確保了機(jī)組長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行，從而降低運(yùn)行成本、提高發(fā)電效益。

5 應(yīng)用過(guò)程及方法

拆除上機(jī)架以上各部件，在上導(dǎo)軸承下端蓋發(fā)電機(jī)主軸處安裝調(diào)壓風(fēng)扇，調(diào)整調(diào)壓風(fēng)扇與發(fā)電機(jī)主軸的同心度、水平度(如圖2所示)，調(diào)整調(diào)壓風(fēng)扇與上導(dǎo)軸承下端蓋配合間隙，滿足試運(yùn)行，達(dá)到投運(yùn)條件。要解決以上問(wèn)題，我們經(jīng)過(guò)多種實(shí)踐、論證，并與水輪機(jī)發(fā)電機(jī)廠專家聯(lián)系研討，針對(duì)立式風(fēng)冷式水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和歷年運(yùn)行、檢修情況，找出不平衡產(chǎn)生的原因，確定平壓風(fēng)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(dǎo)軸承下端蓋發(fā)電機(jī)主軸處安裝調(diào)壓扇葉，向軸承油池補(bǔ)氣，將油池上部加大呼吸管直徑來(lái)保持油循環(huán)穩(wěn)定，從而達(dá)到平壓效果。

6 成果驗(yàn)證

通過(guò)實(shí)測(cè)方法獲得機(jī)組導(dǎo)軸承固定油盆氣壓變化情況，找出不平衡產(chǎn)生的原因，徹底解決因轉(zhuǎn)子上風(fēng)扇的吸風(fēng)作用產(chǎn)生的負(fù)壓區(qū)，利用平衡風(fēng)扇使平壓管試壓片開(kāi)啟開(kāi)度為2 mm，消除推力頭內(nèi)側(cè)和油面之間產(chǎn)生負(fù)壓區(qū)，從而消除機(jī)組內(nèi)甩油現(xiàn)象(見(jiàn)效果驗(yàn)證表)。

通過(guò)上表數(shù)據(jù)比較可以看出，項(xiàng)目實(shí)施前由于轉(zhuǎn)子上風(fēng)扇的吸風(fēng)作用下，使得推力頭內(nèi)側(cè)和油面之間產(chǎn)生負(fù)壓區(qū)，且在轉(zhuǎn)速較高情況下，容易產(chǎn)生較高的壓力脈動(dòng)而向上串油，使得運(yùn)行油位高出標(biāo)準(zhǔn)油位，并且平壓管氣流方向向下，從而引起發(fā)電機(jī)上導(dǎo)油盆內(nèi)的油霧從擋油桶與主軸的間隙中逸出。經(jīng)過(guò)安裝平衡風(fēng)扇并調(diào)整風(fēng)扇葉角度至15°時(shí)，運(yùn)行油位下降，平壓管氣流方向改變，平壓管試壓片打開(kāi)，但未達(dá)到研究目的。因此，在有風(fēng)扇葉角度調(diào)整至15°時(shí)的數(shù)據(jù)支撐后，說(shuō)明研制方向、思路是正確的，并在試驗(yàn)過(guò)程中將風(fēng)扇葉角度調(diào)整至25°進(jìn)行試驗(yàn)，數(shù)據(jù)收集。在風(fēng)扇葉角度調(diào)整至25°時(shí)，運(yùn)行油位達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)油位要求，平壓管氣流方向正確，平壓管試壓片打開(kāi)開(kāi)度符合項(xiàng)目研究標(biāo)準(zhǔn)的2 mm。因此，改變氣流以達(dá)到氣壓平衡是可行的。

圖2 平壓風(fēng)扇示意圖

圖3 安裝平壓呼吸管

7 結(jié) 語(yǔ)

本氣壓平衡技術(shù)的科技意義在于打破國(guó)內(nèi)發(fā)電機(jī)廠家一直不太重視的發(fā)電機(jī)上導(dǎo)固定油盆內(nèi)甩油問(wèn)題，通過(guò)立式風(fēng)冷式水輪發(fā)電機(jī)組軸瓦固定油盆氣壓平衡技術(shù)的應(yīng)用，一方面改善了發(fā)電機(jī)導(dǎo)軸承固定油盆內(nèi)甩油，消除發(fā)電機(jī)線圈受透平油腐蝕，保證發(fā)電機(jī)線圈絕緣水平。另一方面提高了上導(dǎo)軸承安全運(yùn)行水平，防止上導(dǎo)軸瓦燒瓦事故。同時(shí)，消除水車室現(xiàn)場(chǎng)油漬，改善了現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境，保證運(yùn)行人員安全和降低油品損失，提高經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)此立式風(fēng)冷式水輪發(fā)電機(jī)組軸瓦固定油盆氣壓平衡技術(shù)水平將達(dá)到國(guó)內(nèi)同行業(yè)先進(jìn)水平。投運(yùn)以來(lái)，在機(jī)組各種負(fù)荷工況下進(jìn)行試驗(yàn)，獲得投運(yùn)后機(jī)組各方面運(yùn)行情況來(lái)看，徹底解決了機(jī)組內(nèi)甩油現(xiàn)象，且運(yùn)行可靠，措施有效，既解決了生產(chǎn)中的實(shí)際問(wèn)題，又滿足了安全文明生產(chǎn)的需要。

表1 效果驗(yàn)證表

參考資料：

[1] 李偉.馬槽河水電站立式混流機(jī)組甩油問(wèn)題的分析與處理[J].貴州水力發(fā)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(zé)任編輯：卓政昌)

2017-04-15

TM312；P424；O312.2

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1001-2184(2017)03-0130-03

張 杰(1985-)，男，四川都江堰人，畢業(yè)于四川電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院電力系統(tǒng)自動(dòng)化專業(yè)，從事水電生產(chǎn)安全運(yùn)行及設(shè)備管理工作；

曹紅旺(1975-)，男，內(nèi)蒙古武川人，畢業(yè)于沈陽(yáng)電力高等?？茖W(xué)校熱工自動(dòng)化專業(yè)，總工程師，高級(jí)工程師，從事水電生產(chǎn)管理工作；

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