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水輪機旋轉油盆內甩油原因分析與處理
2012-06-25
作者：王 彬
（浙江緊水灘水電廠）
浙江省白鶴水電站是一座以發電為主的引水式電站，裝有2臺12.5MW立軸混流式水輪發電機組。
機組水導軸承結構如圖1所示。該機采用反螺旋自循環自冷式軸承，為筒式分半結構。軸承由軸承支架、旋轉油盆、軸承體、軸瓦、油箱、冷卻器等組成。軸承支架為鑄鋼，下法蘭鎖在頂蓋上，上法蘭承受軸承體，旋轉油盆材料為Q235A，鎖在主軸上，軸向靠卡槽定位，徑向由銷定位。旋轉油盆分兩半面，中分面由22只M12×65的螺栓聯接。旋轉油盆與旋轉油盆蓋靠12只M16×40螺栓聯接。
圖1 水導軸承結構圖
1 旋轉油盆內甩油情況
(1) 2000年6月，1號機組投進運行，當機組在額定轉速下運行15min左右時，發現在水車室內水導軸承支架與軸承體之間有少量霧狀油甩出。隨著時間的延長，甩油量越來越大，40min后軸瓦溫度已達56℃(正常運行時一般不超過55℃)，并有上升的趨勢，且水車室內有異味，機組只得退出運行。
(2) 2000年6月，2號機組投進運行，空載時旋轉油盆處未發現滲漏油；在機組過速試驗后，旋轉油盆蓋處有微量油霧，用一塊吸油紙貼在軸承支架上并順著機組軸向監測，可發現越靠近旋轉油盆蓋組合縫油跡越多；帶負荷運行4h后，甩油量明顯加大，軸瓦溫度從原有的51℃左右開始上升，出現與1號機組類似的情況。停機冷卻后，用手動油位計檢查旋轉油盆內油位，發現油位從116mm降至70 mm，旋轉油盆外殼發燙。
2 旋轉油盆內甩油的原因
(1) 旋轉油盆蓋與軸承體間隙偏小且不勻1號機組在空載運行時，軸瓦溫度較高，解體后曾在軸承體組合上面加0.10mm的銅皮，擴大軸與軸瓦的間隙，以降低瓦溫。但同時引起軸承體橢圓度加大，實測油盆蓋與軸承體間隙均勻值為0.55mm(設計值為0.60～0.80mm)，其中Z小間隙值0.25mm。在機組高速旋轉時，由于旋轉油盆蓋與軸承體間隙不均，造成旋轉油盆蓋局部偏磨。運行一段時間后，蓋板(鋁制)發生塑性變形，旋轉油盆內的油在高速離心力的作用下從變形處甩出。
(2) 旋轉油盆油位過高
通過試驗發現，旋轉油盆內油位偏高，是產生甩油的一個重要原因，由于油位過高，油膨脹后，輕易飛濺。但油位過低，會造成潤滑不良。
(3) 密封結構及密封材質的影響
經檢查，旋轉油盆蓋與旋轉油盆之間靠止口定位，配合較松，并用*4橡皮條密封，但旋轉油盆蓋端面密封槽太深，使得*4橡皮條壓縮量不夠。密封效果不好、從而造成旋轉油盆甩油。
(4) 旋轉油盆煤油滲漏試驗存在題目
旋轉油盆中分面用螺栓組合后，進行煤油滲透試驗，是確認旋轉油盆本體是否滲漏的主要方法之一。經調查，試驗時主要存在的題目有：①煤油浸泡量不夠，即煤油應該灌至旋轉油盆組合縫頂部，而實際達不到此要求；②煤油滲漏試驗時間短，按要求至少要保持4h，無滲漏現象；③旋轉油盆中分面不平，有高點、毛刺等異常。
(5) 旋轉油盆整體強度及聯接螺栓的緊力不夠經檢查，發現1號旋轉油盆蓋發生塑性變形，2號旋轉油盆蓋縱向有長達15mm的裂紋，且一直蔓延到根部。而2臺機組的旋轉油盆組合縫緊固螺栓，旋轉油盆與旋轉油盆蓋處的聯接螺栓，均發現有明顯拉長和部分松動。筆者以為這是由于機組高速運轉時，旋轉油盒在離心力的作用下，因其整體強度及油盆的緊固螺栓及聯接螺栓的緊力不夠而造成的。
3 旋轉油盆內甩油的處理
(1) 對1號機變形的旋轉油盆蓋校園，并把間隙放大到1.00mm。然后將旋轉油盆解體，對組合縫處的高點、毛刺，用細銼刀、砂皮進行修磨處理。
(2) 重新組合旋轉油盆，均勻對稱緊固聯接螺栓后，經過嚴格規范的滲漏試驗。
(3) 安裝時，嚴格工藝措施，采取緊固一遍螺栓檢查一次間隙，以確保間隙均勻，緊力足夠。
(4) 改進旋轉油盆蓋處密封結構，旋轉油盆分半，法蘭面開“L"型槽，旋轉油盆蓋的平面開“-"型環槽，旋轉油盆端蓋處加兩道迷宮密封。
(5) 檢查油位在合適位置。通過多次試驗，旋轉油盆內的油位控制在80～100mm較適宜。
(6) 為減少塑性變形，改善旋轉油盆組強度、加大螺栓緊力，避免甩油，又作了如下處理：
①重新鑄造旋轉油盆(材料Q235-A)，并要求對旋轉油盆動平衡試驗嚴格把關；
②考慮到旋轉油盆固有結構及現場布置，旋轉油盆中分面筋板厚度不變，組合螺栓由原來的M12增至M20，數目不變；旋轉油盆組合面橫板厚度由原來的30mm減至12mm，螺栓數目由12只增至16只。通過改進，在加大螺栓緊力的同時，基本保證旋轉油盆外圈重量不變。
③所有螺栓材料由原來的A3更換為45號鋼，以保證預緊力及強度。
處理后，2臺機組經過近8個月的運行，軸瓦溫度基本穩定在51～53℃，水導加油間隔時間在2個月以內，(設計要求每月加一次)，完全滿足設計及業主的要求。
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