水轮发电机组在运行中的甩油现象分析及解决对策

学术论文 2018-08-28 16:21:42
  1 发电机组甩油现象所造成的危害表现分析 
  1.1 伤害运行工作人员 
   当水力发电机组发生甩油现象时,就会在发电机风洞内地面、水车室地面形成相应的积油面,而电站运行或维护人员在进行日常设备巡检或定期检修过程中,如果没有注意到甩油形成的容积油面,就容易发生滑倒,给电站工作人员带来严重的人身伤害。 
  1.2 对水力发电机组带来损伤 
   机组发生甩油,内部各机械结构间的润滑效果就会降低,同时润滑油在夹杂其它灰尘后就可能形成相应的阻碍面,影响机组通风等系统的正常运行,给机组带来巨大的损伤。 
  1.2.1 会引起水轮发电机定子剧烈发热温升 
   当水轮机上导出现甩油现象时,就会在发电机定子线圈外层形成一层渗油面,加上机组透平油本身就具有很强的粘度,此时就会在定子线圈通风孔处不断粘附定子线圈周围的灰尘,随着运行时间的加长,灰尘半径逐渐增加就组合形成相应的杂质并堵塞发电机定子线圈通风孔,而使得发电机内部定子线圈发热不能有效排出,不断积累造成发热温升现象,严重时就会影响发电机高效稳定运行,同时还会破坏发电机定子线圈绝缘水平,缩短定子线圈的综合使用寿命。 
  1.2.2 增加发电机定子线圈的维护保养难度 
   定子线圈内部由于甩油而吸附的尘埃杂质就会将定子线圈通风孔完全粘糊堵死在发电机检修过程中,就会大大增加定子线圈维护保养难度。在日常维护工作中发现,对于没有发生甩油问题的水轮发电机组,其定子线圈的维护保养通常只需花12个工时左右,而对于有甩油问题的机组,其定子线圈的维护保养所需要的工时大约是正常机组的3~4倍,也就是说对于甩油机组而言,至少需要花费40工时以上,大大增加了电站检修人员的维护保养工作量。 
  1.2.3 会引起发电机定子绝缘水平下降 
   甩油后会导致发电机组内部定子线圈通风系统不能高效稳定的运行,定子线圈的剧烈发热温升,就会破坏定子线圈内部运行环境,影响定子线圈的正常散热性能,从而引起发电机内部定子绝缘水平下降。对于没有甩油的水轮机发电机组,在停机备用1天后,通过相应仪器仪表测量出发电机定子绝缘吸收比不但符合要求,同时其绝缘水平比运行时下降的幅度不大;但对于发生甩油现象的机组而言,如果停机备用1天,所测量得到的发电机定子绝缘吸收比虽在数值上满足安全运行要求,但其绝缘水平比运行时下降的幅度较大,也就是说甩油会导致发电机绝缘水平不稳定,会随运行环境的恶化而逐步降低。 
  1.2.4 会引起发电机定子线圈发生单相接地或相间短路等事故 
   当水轮发电机组处于甩油运行工况时,如突遇不正常负荷等冲击,就会在发电机定子线圈处会产生较大的冲击电磁力矩。在剧烈热效应和动效应的共同作用下,就可能导致发电机定子线圈发生损坏,出现单相接地故障;严重时还会引起发电机定子绕组发生绝缘损坏而出现定子线圈相间短路故障,给发电机带来巨大的损伤。 
  1.2.5 增加发电机轴瓦发生烧毁事故的危险率 
   对于一些甩油问题较严重的机组,会导致轴承运行油位急剧下降,出现故障危险点,从而增加了导轴瓦发生烧毁事故的危险率,造成发电机组发生非计划停机事故。 
  2 发电机组甩油原因分析 
   本文在前言已经分析讨论了,发电机组所发生的甩油问题可以分为内甩油和外甩油两大类,下面我们具体分析及其产生的原因。 
  2.1 内甩油原因 
   发电机内部机械结构相当复杂,内部任何结构和系统出现问题,均可能给发电机组带来较大的损失。机组在正常运行时,在转子高速旋转过程中,在上部风扇的作用下就会起到鼓风作用效果,在发电机推力油槽挡油管内下侧形成一个低压区,在压差作用下,档油管与推头内壁之间就会形成相应的油雾,并将沿着发电机主轴与挡油圈的环腔间向下溢出,甩到轮辐及发电机定子线圈上,这就是日常运行中所说的内甩油现象。内甩油除了运行过程中发电机高速运转原因造成外,还可能由于机械结构制造不规范和安装调试不到位等原因造成挡油管外圆与推力头内圆之间的径向距离出现不均匀,偏靠一方的原因。在机组运行时,当推力头带动润滑油高速旋转时,其内部运行环境就类似于偏心泵,从而使得润滑油产生周期性的压力脉动,不断向上窜油,使润滑油及油雾沿着推力头的内壁甩出,飞溅到发电机内部,形成相应的杂质油阻碍面,从而影响机组的正常运行。 
  2.2 外甩油原因 
   发电机组在运行过程中,周期性循环推力的作用下,推力油槽里的油温在通风系统不畅通环境下就会逐步升高,油的温度往往会达到45°左右,从而造成油槽内的空气出现热膨胀现象,加上油槽内旋转部件的搅动以及润滑油在离心力的作用下,就会做不规则的抛物线运动,遇到阻碍就会发生剧烈碰撞,在油槽上部形成相应油雾,造成油面压力逐渐增大。 
  3 甩油的解决方法研究 
  3.1 阻止法 
   通过人为外加设备以破坏发电机内部压力环境,并形成相应的局部负压或阻止油的吸高和涌溢,防止发生甩油现象。推力油槽结构示意如图1所示: 
   从图1可知,在发电机推力头内壁中加装压力破坏风扇,利用风扇形成的压力干扰重新形成利于发电机组正常运行的压力环境,保证润滑油具有高效的工况性能。风扇叶片可焊在发电机运行正常油面以上,并与水平面形成一个大约15-30度左右的安装角。当推力头在高速旋转过程中,就会使风扇产生一个负压,既可以降低油槽油面吸高,还可以阻止油雾上窜。如果内部空间不够时,也可将风扇叶片焊接在正常油面之下或固定在推力油槽镜板内侧,使风扇叶片完全浸入到油中,从而形成叶片泵结构。在正常运行时,靠旋转产生的负压将油面往下吸,阻止该处油面升高。在推力头内壁处加挡油圈,可以有效阻止风扇产生的少量漏油。从而实践运行证明,利用在推力轴承内部加风扇与挡油圈相结合的方法可以有效解决发电机组发生甩油问题。 
  3.2 稳压法 
   稳压法就是通过内部结构改造,加大旋转件与挡油筒之间的间隙,使润滑油在机组高速旋转过程中减小其相对偏心率,从而降低油面压力脉动值,有效保持油面在运转过程中的平稳特性,防止油液或油雾飞溅上窜。在旋转部件上钻稳压孔也可以实现油面稳压特性,通过钻孔使推力油槽里外通气平压,有效防止由于内部负压造成油面吸高甩油现象的发生。 
  3.3 阻力延长法 
   在推力油槽旋转部件与盖板之间设迷宫槽,并装多层油密封圈,可以有效防止机组发生外甩油现象。在挡油筒上加装梳齿迷宫挡油管,这样就可以通过加长挡油管的长度以延长阻挡甩油的通道,从而增大机组甩油阻力。 
  4 结束语 
   立式混流式水轮发电机组轴承甩油问题通常可分内甩油和外甩油两大类:内甩油是在发电机内部旋转件内壁与挡油圈之间的润滑油在运行过程中甩向发电机内部的现象;外甩油是发电机内部旋转件与盖板缝隙之间的润滑油在运行过程中甩向盖板外部的现象。因此在处理发电机组日常运行甩油问题时,要结合机组运行特性,对机组发生内甩油和外甩油原因进行了详细分析,以保证水力发电机组具有高效稳定、经济安全的运行工况。 
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