波波娜水电厂水轮机组导瓦甩油形成油雾外溢原因分析及处理
波波娜水电站机组共3台, 总装机容量150MW, 保证出力34.8MW, 多年平均有效发电量6.66亿KW·h, 中型Ⅲ等水电工程。自2011年4月投产发电, 机组连续运行一年以后3台机组上导、下导油盆盖与机组转动轴承之间均出现不同程度的甩溢现象, 其中2#机组最为突出, 给机组的运维造成了严重的安全隐患。对此, 波波娜电厂机械、水工专业技术人员通过查找相关资料、研究分析, 进行水轮机发电机组导瓦油雾消除技术改造。
一水轮机组导瓦甩溢情况介绍说明
三台机组自投运以来, 机组运行中油盆油位注油正常, 在油盆盖与机组转动轴承之间的间隙处, 导瓦与轴领结合面旋转物体和固定部件加速碰撞使油盆内形成小分子颗粒油物体, 由于腔室内正压油雾大于外界气压, 导致导瓦甩油形成油雾外溢, 具体情况如下:
1、整个发电机风洞地面、下机架等空气中充满油雾, 油雾凝结在风洞地面、定转子、下机架, 聚合掉落到地面上形成风洞内地面积油。风洞地面的积油通过机组下机架滴到下层水车室, 造成水车室内设备产生积油。
2、下导推力油盆泄露的油雾与风闸板磨损粉尘、灰尘相结合, 造成定子线棒下端部及下机架盖板上全是油污, 对定子线棒绝缘进行腐蚀。
3、机组油盆盖板处的油雾外溢, 造成机组油盆油位在机组运行中呈下降的趋势变化, 机组运行一段时间后, 需增补透平油。
二导瓦甩油形成油雾外溢原因分析
2.1机组转速高
波波娜水电厂属高水头引水式发电站, 水头242米, 机组转速428.6r/min, 水轮发电机润滑油在油盆内随机组转动惯性旋转, 运转过程中与固定导瓦产生碰撞在油盆腔室内形成正压油雾, 而油盆上盖与机组转动轴承之间密闭扣接只是理想密封, 受机组油腔容积所限, 在机组运行过程中, 油盆内的一部分正压油雾就会从相对密闭的接缝处泄露, 这是造成导瓦油盆甩油、油雾外溢的主要原因。
2.2润滑油温度高
机组润滑油温度一般在40℃左右, 满负荷运行时可达到50℃, 润滑油在高温及高速旋转下而形成高压、高温油雾而外溢, 在机组停机后风洞内温度下降凝结成油珠, 悬挂在下挡风板和油槽外圈的油冷水管下, 或聚集在下挡风板上的凹面和转子支臂的内腔中。
2.3设备问题
油盆密封盖板与机组大轴运行时, 二者处于一种相对高速旋转的运动关系, 其间隙为1.0mm, 两个刚性物体之间的垫片为柔性, 当密封垫被磨损或吸油后, 机组运行中环封就封闭二者之间的间隙, 以防止二者发生摩擦造成设备的损坏, 因为高速旋转, 会产生高温发热, 一般设计的密封效果相对较差, 油腔室内构件未设置过流通道, 油腔的油雾易通过密封盖板与大轴之间间隙飞速旋转溢出。
三水轮机组导瓦甩油形成油雾外散的影响
3.1影响机组正常运行
水轮发电机组下导油盆甩油以及油雾外溢, 会造成发电机转子磁极、磁轭以及定子线棒的污染, 油雾与灰尘在定子铁芯通风沟和转子磁极通风沟处堆积, 造成发电机通风散热变差, 严重影响发电机的散热效果。油雾和灰尘长期吸附在绝缘层上, 对发电机线棒等绝缘造成腐蚀, 使其绝缘性能下降, 加速老化, 极易造成发电机线圈短路或击穿, 给机组安全稳定运行带来潜在的危害, 威胁发电机的安全运行。
导油盆甩油以及油雾外溢与外部的碳刷粉尘、灰尘结合, 粘附在滑环及滑环隔离绝缘支座区域, 会造成滑环打火、滑环局部过热、转子绝缘电阻降低、甚至发生转子一点接地故障, 直接影响到发电机组的安全稳定运行。
3.2浪费透平油
长期的油雾外溢, 致使运行人员必须密切关注油盆的油位变化, 油位下降至最低油位时应及时向油槽内加油, 这样就造成了透平油的浪费, 增加机组的运行成本和维护工作量, 停机加油影响发电效益, 同时, 对环境和设备卫生的打扫也增加了维护人员工作量和大量材料消耗。
3.3影响运维人员健康
发电机风洞内地面、厂房室地面的积油, 容易导致运行和维护人员在日常设备巡回和缺陷处理中滑倒, 存在人身伤害安全隐患。润滑剂蒸发油雾外泄使厂房室内的空气中总烃含量大大增加, 严重影响运行、检修人员身体健康。
四水轮机组导瓦油雾改造方案
4.1技术方案研究
技改小组结合2015年2#机组检修, 采用羊毛毡条对机组油盆间隙进行密封, 当机组运行一段时间后羊毛毡破损或吸油后, 密封效果逐渐变差, 需停机更换环封, 效果不理想;2016年1#机组检修, 为控制间隙大小, 采取束紧油盆盖措施, 但运行期间由于油盆盖边缘与机组轴承产生较大摩擦力, 因此放弃。吸取之前案例的经验教训, 搜集查阅大量资料, 多次开会讨论、研究, 2017年2月最终确定采用泄压方式对2#机组进行下导瓦及1#、3#机组上导瓦油雾消除改造研究。
4.2“泄油压、导油雾”装置
本文研究的水轮机发电机组导瓦“泄油压、导油雾”装置, 包括:泄压孔、泄压管、泄压阀、泄压连通管和油雾收集机, 泄压孔开设在发电机组润滑油盖上的通孔, 泄压管密封连通泄压孔, 泄压阀设置在泄压管上, 泄压连通管连通在泄压管和油雾收集瓶之间, 其中, 泄压连通管的一端与泄压管密封连通, 泄压连通管的另一端插入负压油雾收集瓶内。
本装置通过调节发电机组润滑油盖内的压力来防止油雾的外泄, 并设置收集瓶能够使油雾液化, 保证机组长时、稳定运行。
备注:1为机组润滑油油盆盖;2为32mm泄压孔口连接管段, 每个孔口分别对应Ga、Gb、Gc..., 每段长度180mm;3为自动泄压阀开关板手, 自带压力表;4为32mm弯口连接套管;5为直线连接管路直径32mm, 分别为G1、G2、G3、G4、G5;6为32mm垂直连接套管;7为负压油雾收集瓶。
4.3改造装置优势
经过3个月运行试验, 2#机组下导瓦位置甩油及油雾外泄现象得到很有效的控制。本技改2017年5月申请实用新型专利“一种水轮机发电机组导瓦油雾消除装置”已被专利局受理, 受理专利号201720620910.9。本装置具备以下优势:
改变传统“封堵、吸收”思路, 以抑制产生到回收利用为新想法, 通过深度原因分析提出了一个“泄油压、导油雾”的新方案。相比于现在接触式环封解决水轮发电机组导瓦甩油问题的方法, “泄油压、导油雾”的方案造价低、寿命长, 后期维护只需更换轴承橡胶圈即可。
水轮机发电机组导瓦油雾消除装置通过配合设置泄压孔、泄压管、泄压阀, 能够调整润滑油盖内的压力, 减少甩油及油雾产生、外泄;能够根据压力检测装置检测的结果调整泄压阀的开度, 有效的保证了润滑油盖内的压力可监测性, 方便研究人员对油腔内情况的判断;在停机状态下, 进行关闭, 防止灰尘等进入油腔影响机组正常工作;设置油雾收集机, 能够使收集的油雾液化, 并能够循环利用。
4.4应用前景及效益预测
(1) 应用前景预测
此设备材料采购方便、结构简单易于加工, 通过油雾消除装置的应用, 可调节油盆内压力, 减少油雾外泄, 进而提高机组运行稳定性、安全性, 减少机组油雾清理次数, 具有极大推广价值。
(2) 效益预测
1、利用此装置可减少80%清理次数, 大大降低机组故障率, 延长机组寿命。
2、对比接触式环封改造, 可节省费用90%以上。
3、减少人工清理费用, 提高检修人员工作效率。
4、减少发电机风洞内地面、水车室地面的积油, 防止运行和维护人员在日常巡察和缺陷处理中滑倒, 减少安全隐患。
5、设备稳定运行, 提高电厂发电效率及电网安全。
五机组油盖板改造后效果检查
2017年5月份结合机组检修, 对2#机组进行上下导瓦及1#、3#机组上导瓦油雾消除进行方案实施, 机组经过4个月时间运行, 观察发电机风洞地面、定转子、下机架、定转子线棒及磁轭等设备部件, 发现只有少量油渍, 从设备源头消除了导瓦甩油、油雾外溢的问题。油盆盖板比较干净, 无此前油污现象发生, 避免了油槽内透平油的浪费, 减轻了维护人员的日常工作量, 达到了预期的改造效果。目前, 三台机组改造后在运行过程中均未发生油雾外溢现象。
六结束语
经过波波娜水电厂2#机组进行上下导瓦及1#、3#机组上导瓦油雾消除改造研究实践证明, 此方法能有效避免导瓦甩油形成油雾外溢现象发生, 设备运行环境得到较好改善, 确保机组安全、可靠运行, 对其它例似水电站导瓦油雾情况治理起到借鉴作用, 值得大力推广。
摘要：随着时代进步, 中国新能源企业得到长足发展, 2016年底可再生能源发电装机容量达5.7亿千瓦, 水电装机占据56%。随着水电站投产发电, 机组需定期检修才能保障安全稳定运行, 在检修过程中发现投入大量人力物力后一些顽固问题仍不能从根本上解决, 如波波娜电站“水轮机组导瓦油雾甩溢消除问题”, 一直困扰着水电站运维人员, 针对这种情况进行研究分析, 采用疏导方式, 提出防止甩溢的“泄油压、导油雾”技术方案, 水轮机组按方案进行实施, 改造后效果较好, 值得借鉴推广。
关键词：导瓦油雾,外溢,泄油压、导油雾,改造
参考文献
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