景宁白鹤水电厂水导轴承甩油分析和处理

电力18讯：    摘  要：景宁白鹤水电厂装有2台12.5MW水轮发电机组，试运行期间，机组过速时水导轴承转动油盆严重甩油，经检查，发现油盆半面组合螺栓松动，经计算分析，系转动油盆重量偏重，螺栓太小，机组过速时螺栓松动，油盆高压油通过组合油盆组合缝甩出。经重新设计、制作转动油盆后，故障排除。

关键词：水轮发电机组；水导轴承；转动油盆；甩油；设计改造；原因分析



景宁白鹤水电厂装有两台由南平电机厂生产的12.5MW水轮发电机组，水轮机型号为：HL2053-LJ-110，发电机型号为：SF-12500-8/2800。2000年6月7日开始启动试运行，过速试验前水导轴承工作正常，过速后水导轴承转动油盆严重甩油，过速时转速为额定转速750ｒ/min的1.55倍，即1177ｒ/min。停机检查转动油盆分半面组合螺栓有松动现象，对组合螺栓拧紧后甩油情况有所好转，但经甩负荷实验后，甩油量明显增大，而且甩油量有逐渐增大的趋势。为了解决甩油问题，南平电机厂、江能公司、监理部等相关单位对水导轴承的安装、设计、制造进行了全面的检查、审核，确定了甩油的根本原因，更换重新设计制造的转动油盆。6月26日完成了两台油盆的制造、安装工作，达到了预期效果，于6月29日顺利完成两台机组72h试运行。

1 甩油原因分析

根据白鹤电站水导甩油的情况分析，认为转动油盆为钢制(一般为铝制)重量偏重，机组转速在同类型机组中属高转速机组，因此转动油盆旋转时产生的离心力较大，而油盆分半面组合螺栓为M12，共14颗，螺栓太小，在机组过速时组合螺栓松动，拉长变形，油盆高压油通过油盆组合缝迅速甩出，引起严重甩油。以下对油盆组合螺栓强度的核算，说明了上述分析的正确性。

2 水导轴承及转动油盆结构、尺寸及主要数据

(1)水导轴承结构见图1，转动油盆结构剖面见图2，转动油盆离心力计算简图见图3；









(2)主要计算数据如下：

机组额定转速：750ｒ/min；飞逸转速：1450ｒ/min；过速转速：1170ｒ/min ；转动油盆重量：163kg；油盆材料：Q235A；组合螺栓：M12×65；组合螺栓材料：Q235A；油盆最高油位：120mm；油盆最低油位：75mm。

3 油盆分半组合螺栓强度核算






(3)各转速下组合螺栓应力

M12螺栓有效截面积ｓ约为100mm２，14颗组合螺栓平均应力σ：

ω２＝2πｎ/60

σ＝F/（14ｓ）＝19.2ω２/（14×100）＝1.502×10－４ｎ２MPa

ａ．机组额定转速时：750ｒ/min  σ1＝84.6MPa

ｂ．机组过速转速时：1170ｒ/min  σ2＝205.67MPa

ｃ．机组飞逸转速时：1450ｒ/min  σ3＝316.2MPa

同时，转动油盆内占较小比例的透平油也会给组合螺栓一离心合力，而且14颗组合螺栓实际受力也不会是简单的平均，离主轴中心较远的6颗螺栓应力应略大于以上计算的平均应力。

(4)油盆材料Q235A强度参数

ａ．允许应力 87MPa；ｂ．屈服应力 235MPa；ｃ．破坏应力 375MPa.

4 处理方案

通过对组合螺栓的强度计算就可以较好地理解白鹤电厂水导甩油现象。在机组过速实验前，机组额定转速时，螺栓应力接近但不明显超出允许应力，未出现甩油现象。而在机组过速运行时，其应力已明显超出允许应力，接近屈服应力，自然引起螺杆、螺纹拉长变形，组合面形成一条细小缝隙，产生严重甩油现象。如果机组飞逸转速运行时，其应力已大于屈服应力接近断应力，将给电厂运行带来严重的安全隐患。

根据以上分析计算，福建南平电机厂对转动油盆作了如下设计变更，以保证机组飞逸转速运行时分半组合螺栓受力不超出材料允许应力：

(1)分半组合螺栓更改为M20×65，且螺栓材料改为高强度的45＃钢。

(2)适当减轻了转动油盆的重量；

(3)为了油盆安装的可行、方便，对一些细小结构设计也作了更改：分半组合螺栓螺杆一侧改为内六角结构；油盆分半面增加一ø4橡皮密封条；油盆与油盆盖组合面橡皮条更改在油盆上法兰面一条槽上。

为了尽快完成白鹤电厂72ｈ试运行，减少电厂泄洪的损失，南平电机厂在一星期内完成了两台油盆的重新制造工作，于6月23日运至现场，江能水电安装公司马上进行油盆的安装工作，于6月25日进行1＃机组、6月26日2＃机组的72ｈ试运行，6月29日圆满结束，运行结果良好，转动油盆甩油问题顺利解决。在其后约2个月的投产运行中多次出现甩负荷、过速运行现象，电厂运行人员注意观察油盆运行情况，未出现不正常情况，说明处理措施从根本上解决了油盆甩油问题。

5 结语

白鹤电厂由于在转动油盆设计时直接套用其它低转速机组设计，产生了油盆严重甩油现象，给电站尽早投产发电带来一定的影响。有了白鹤电站处理甩油问题的经历，设计部门在转动油盆设计时应对其