中型转桨式水轮机受油器漏油量异常分析与处理

中型转桨式水轮机受油器漏油量异常分析与处理

蒋,勇

贵州大唐国际道真水电开发有限公司，贵州 遵义 563500

摘要：某电站两台转桨式机组在投产后均出现了受油器不定期突发漏油增大现象，严重影响了机组和调速器的安全运行。电站与主机厂通过对历次漏油检查情况不断分析总结，逐步摸清了漏油增大的原因，结合密封机理的分析，采取改进密封结构、严控加工质量辅以适当的装配工艺等方法，受油器漏油增大的老大难问题得以解决。

关键词：受油器；漏油

1 概述

某电站装有2台35MW立轴悬型轴流转桨式水轮发电机组，水轮机额定水头28.5m，额定流量136.76m3/s，额定出力36.08 MW，额定转速166.7r/min，2台机组于2017年底先后投产发电。机组水轮机桨叶的操作机构由受油器、操作油管、桨叶接力器、操作架、连板、转臂等组成。受油器结构为浮动瓦式，操作油管为转动（移动）部件，浮动瓦为固定部件，在操作油管与浮动瓦之间需要密封6.3MPa的汽轮机油，比较特殊的是，操作油管与浮动瓦之间除了相对转动之外，操作油管与浮动瓦还存在上下相对运动。对应控制桨叶接力器的开腔和关腔分别设1只浮动瓦，材质为锡青铜，与操作油管配合面（内圆面）为了封油，在浮动瓦内圆面上部和下部分别装设1圈组合密封圈，浮动瓦上下端面也分别装设1只O形密封圈。

2现象及初期处理

2.1 第一次漏油异常的处理

第一次出现受油器漏油增大现象发生在电站投产之后的第5个月，2号机组运行过程中受油器下部漏油突然增大，由原来滴状漏油变为瀑布一样的大量涌油，通过负荷调整等措施没有明显改善，随后停机紧急处理。分解受油器后发现下浮动瓦限位销脱出、移位，已失去限位作用。且因为销钉脱出后进入浮动瓦下端面，使浮动瓦倾斜运行并失去浮动能力，浮动瓦偏磨进而产生高温，异常磨损产生的大量铜屑进入到滑动配合面，加剧了密封圈和配合面的磨损，最终导致密封圈撕裂失效、漏油量徒然增大。分析此次漏油增大的直接原因为限位销及销孔配合尺寸设计不合理，主要是销长度不足，从下浮动瓦销孔中脱落后进入到下法兰盖销孔内，销的长度略大于法兰销孔深度，销的上部只有约1/5设计长度（约2mm）在浮动瓦销孔内，起不到限位作用反而将浮动瓦下端面顶起，浮动瓦在操作油管转动作用的带动下其下端面在销的对应位置磨出一圈凹槽。处理方法是更换新浮动瓦和密封圈，对限位销和浮动瓦、法兰盖销孔进行改造，增加销及销孔的直径和长度，经改造后当销从下浮动瓦销孔向下脱出全部进入到法兰盖销孔内时，仍有10mm长度在浮动瓦销孔内，能够起到限位作用。后面利用机组定检机会，参照2号机的经验对1号机浮动瓦限位销及销孔也进行了改造。

2.2 第二次漏油异常的处理

间隔9个月后，1号机组也出现了漏油增大现象，漏油量较之前2号机的程度要轻一些，通过减少桨叶调整频次，漏油情况有所好转，但开停机和大幅度的负荷调整必须值班人员到现场操作，且担心有进一步恶化的风险，随后择机对受油器拆出检查。此次检查发现漏油原因并非限位销及销孔尺寸不足的问题，而是密封槽挤压变形、密封圈断裂引起。经检查浮动瓦存在偏磨现象，偏磨的部位密封槽受到挤压尺寸缩小，导致密封圈卡死，进而被拉裂。分析偏磨原因主要是法兰盖限位销孔的位置加工偏差较大，浮动瓦与操作油管不同心。处理方法是对法兰盖限位销孔进行了扩孔，更换了新浮动瓦和密封圈。

两次漏油均伴发调速器油泵运行间隔时间明显缩短，从正常运行的30min～60min缩短到5min～10min，油泵启动特别频繁。

3原因分析

第二次漏油后间隔半年左右，两台机受油器再次发生漏油异常增大现象。电站邀请制造厂的主设人员和专家到现场参与对拆出的受油器浮动瓦的检查和分析。从检查情况看，浮动瓦或多或少存在偏磨现象，密封圈均断裂失效。厂家分析的原因倾向于操作油管摆度偏大（没有查找到操作油管安装期间盘车摆度数据），密封圈材质因厂家和批次不同可能存在质量和尺寸方面的差异。为此，在两轮枯期检修期间对两台机组的操作油管进行了盘车，摆度控制在0.15mm内。另外，将组合密封圈的供货厂家更换为主机厂推荐的厂家。

经上述处理后，两台机组在后续1年时间内分别又发生一次受油器漏油增大情况。鉴于某电站如此高发受油器漏油问题，主机厂对采用同结构受油器的6个电站进行了调研，调研结果是4个电站机组受油器长期运行良好，2个电站存在不同程度的漏油增大问题。说明该结构从设计方面是成熟可行的方案，漏油问题需从加工、装配等方面进行深入分析查找原因。电站技术人员也从历次检查情况进行了分析和总结，与主机厂设计、工艺方面的专家持续地交流意见。双方对漏油异常的原因分析达成了以下共识：

（1）浮动瓦密封圈或密封槽尺寸加工存在偏差。偏差过大会使密封圈接触应力增加，加重密封圈磨损和发热，密封圈热胀后更加重磨损、发热，最终导致密封圈快速磨损、拉裂、失效；

（2）内圆配合面粗糙度、限位销孔定位尺寸加工存在偏差。内圆配合面粗糙度偏大会使磨合期铜屑增多、摩擦发热量增加，目视检查现场的浮动瓦内圆粗糙度较设计要求存在差距；限位销孔定位尺寸偏差会使浮动瓦同心度不满足要求，局部磨损严重，实际销孔位置普遍存在0.5～1mm偏差；

（3）浮动瓦内圆配合尺寸设计值需要根据实际运行情况优化。密封圈外侧（轴向）不是过油的通道，运行初期因为密封圈密封比较严密，没有渗油，所以处于密封圈外侧的浮动瓦配合段存在润滑不足的情况，容易磨损、发热；因此浮动瓦内圆的尺寸不宜过小。

5处理方法

针对分析产生漏油的因素，制定了如下对应的措施：

（1）由主机厂对密封槽尺寸进行优化，宽度增加0.1mm，深度增加0.2mm。此项优化可减少密封接触应力，降低密封初期磨损和发热。

（2）管控密封圈的采购流程，严格按照主机厂推荐的厂家采购，提供合格证和质量证明。从源头上控制密封圈尺寸精度和材质。

（3）控制厂内加工质量，除了浮动瓦内圆配合尺寸，密封槽尺寸、限位销定位尺寸、内圆粗糙度必须达到图纸要求，出厂前严格控制。严格控制密封槽加工尺寸，可防止密封槽过小造成的接触应力增大，防止密封槽过大造成的密封接触位置不符合设计要求导致脱出、卡死。控制限位销定位尺寸可防止发生偏磨。控制内圆粗糙度可改善润滑条件，减少磨损和铜屑生产。

（4）浮动瓦内圆尺寸适当增加，较原设计公差上限增加0.10mm。此项可改善初期磨合阶段的磨损，特别是密封圈外侧（轴向）配合段的磨损，有利于缩短磨合期。

（5）规范装配操作流程。更换浮动瓦和密封件时，应先检查浮动瓦和密封件外观质量，浮动瓦能在现场测量的重要配合尺寸均要进行复测，如不符合要求则替换其他合格的备件。检查和打磨新浮动瓦的毛刺飞边，清除操作油管配合面的铜屑、打磨毛刺高点并测量外径尺寸。浮动瓦与法兰盖装配后端部间隙应符合设计要求，检查浮动瓦的径向活动量、紧度，是否存在偏心情况。受油器吊装时，应调水平，在起、落过程中不发生蹩劲现象。装配完毕，操作桨叶，检查静态下的受油器漏油量应无异常。

通过采用上述方法处理后，受油器运行稳定性明显改善，初期发热量降低约15℃、磨合产生的碎屑粉末明显减少。经过整个汛期大负荷、连续长时间运行的考验，达到了稳定运行1个检修周期的目标。

6结语

文中介绍的某电站机组受油器结构在中小型转桨式水轮机上应用较多，因为浮动瓦具有一定的浮动量，对操作油管的摆度有一定的适应性，加上密封圈的封油作用，浮动瓦本体与操作油管的配合尺寸精度要求相对较低，降低了加工制造难度。该受油器结构虽是比较成熟的设计，但在某电站投产初期的两年时间运行情况并不理想，从历次检修消缺情况分析，漏油异常增大是密封结构、加工精度、装配工艺等多方面因素引起的，因此仅改进其中某一方面很难达到彻底解决问题的目的。从作者了解的情况，转桨式机组漏油是该机型普遍存在的多发性缺陷，本文的分析与处理可供有类似问题的电站参考。

参考文献：

[1]王蕴莹.水轮机[M].北京：水利水电出版社，1991，66-73。

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