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水轮机运行常见故障及处理

水轮机中易受泥沙磨损的零部件主要有:水轮机转轮;转轮上下迷宫环;顶盖;导叶和导水机构的底环等。转轮中水流速度较高,因而转轮叶片正反两面均会遭到严重的磨损破坏,导叶上、下端面间隙和转轮上、下迷宫环间隙中,水流速度也较大,因而在形成间隙的两个结合面上均会遭受严重的磨损破坏。轴流式水轮机除转轮叶片外,转轮室也会遭受泥沙磨损。此外,导叶的上、下枢轴与轴套、水轮机密封等也常常由于泥沙的入侵而遭到破坏。

一、转轮修复
对遭受破坏的水轮机转轮,修复的主要手段是采用抗蚀耐磨材料补焊。补焊前应首先对转轮遭受破坏的部位进行测量和评估,选用合适的补焊材料和焊条,研究补焊工艺,重点是控制转轮的不均匀变形,减小内应力,避免产生裂纹。最好将转轮整体预热或提高周围环境温度至20℃~30℃,尽量避免在低于15℃的环境温度下施焊。补焊时宜采用小电流短弧施焊,焊条应干燥,避免发生气孔。对小尺寸转轮,有条件时可在补焊后进行回火处理,以消除内应力。补焊后的转轮应对叶片进行修形处理,满足叶片表面光洁度的要求,然后进行转轮静平衡试验,消除不平衡重量。对轴流式水轮机的叶片外缘,补焊完成后应特别注意保证其与转轮室具有原来的设计间隙值。

二、导叶修复
当导叶枢轴损坏不太严重时,可以采用补焊修复,然后在车床上精加工。对含沙量大的中、高水头水电站,导叶损坏往往比较严重,甚至在导叶全关时也不能切断水流。此时若仍然采用补焊修复的方法,一是工作量较大,二是不易保证修复质量,通常可采用直接更换导叶进行处理。

三、水轮机顶盖和底环的修复
通常水轮机顶盖与底环装有抗磨板,由于抗磨板尺寸大而薄,补焊时极易产生扭曲变形,为避免出现这一情况,常采用螺栓加固后在施焊。如抗磨板因磨损严重损坏,修复困难,应更换新的抗磨板。

三、导叶枢轴套的修复



导叶枢轴套磨损一般发生在端面上,可将损坏的端面车掉,重新配制一钢护环补偿被车掉的部分,用螺栓拧紧在轴套端面上,表面磨光打平。导叶轴瓦磨损后应更换新件。

四、水轮机迷宫环的修复

水轮机迷宫环本身很薄,尺寸大,刚度差,少量的补焊将引起难以消除的变形。此外,对迷宫环的圆度要求较高,因此迷宫环损坏后很难在修复,一般采用更换新件的方法处理。在磨损量不大时,也可采取轮流更换转动迷宫环和固定迷宫环的方法处理。

五、轴流式水轮机转轮室的修复

轴流式水轮机转轮室遭受泥沙磨损或汽蚀破坏后,一般采用补焊的方法修复。

六、其它零部件
对于轻微损坏的水轮机其它零部件,如:蜗壳、座环支柱、尾水管起始段等,只要损坏不严重,可以不处理;对损坏较大需要补焊的地方,由于这些部位对型线并无严格要求,只要将补焊部位磨光打平即可。

总之,水轮机的检修不仅直接影响电站的电能生产,增加运行成本,而且经常性的检修会使机组的性能下降。但检修工作又是电站运行中必不可少的工作,在注意提高检修质量的同时,必须将主要精力集中在寻求减轻水轮机泥沙磨损和汽蚀破坏的有效措施上。经过多年的探索和研究,目前已经取得了一些成功的经验,有关抗磨抗蚀等方面的内容有兴趣的读者可参考有关文献和资料。

七、水轮机运行常见故障及处理
(一)、机组过速
机组带负荷运行中突然甩负荷时,由于导叶不能瞬时关闭,在导叶关闭的过程中水轮机的转速就可能增高20%~40%,甚至更高。当机组转速升高至某一定值(其整定值由机组的转动惯量而定,一般整定为140%额定转速)以上,则机组出现过速事故。由于转速的升高,机组转动部分离心力急剧增大,引起机组摆度与振动显著增大,甚至造成转动部分与固定部分的碰撞。所以应防止机组过速。
为了防止机组发生过速事故,目前多数电站是设置过速限制器、事故电磁阀或事故油泵,并装设水轮机主阀或快速闸门。这些装置都通过机组事故保护回路自动控制。
    1.机组发生过速时的现象有
    1)机组噪音明显增大。
    2)发电机的负荷表指示为零,电压表指示升高(过电压保护可能动作)。
3)“水力机械事故”光字牌亮,过速保护动作,出现事故停机现象。
4)过速限制器动作,水轮机主阀(或快速闸门)全开位置红灯熄灭(即正在关闭过程)。若过速保护采用事故油泵,则事故油泵起动泵油,关闭导水叶。
2.机组过速时的处理
    1)通过现象判明机组已过速时,应监视过速保护装置能否正常动作,若过速保护拒动或动作不正常,应手动紧急停机,同时关闭水轮机主阀(或快速闸门)。
2)若在紧急停机过程中,因剪断销剪断或主配压阀卡住等引起机组过速,此时即使转速尚未达到过速保护动作的整定值,都应手动操作过速保护装置,使导水叶及主阀迅速关闭。对于没有设置水轮机主阀的机组,则应尽快关闭机组前的进水口闸门。
(二)、机组的轴承事故
1.巴氏合金轴承的温度升高

一般机组的推力、上导、下导等轴承和水轮机导轴承都采用巴氏合金轴承,故利用稀油进行润滑和冷却。当它们中的任一轴承温度升高至事故温度时,则轴承温度过高事故保护动作,进行紧急停机,以免烧坏轴瓦。
当轴承温度高于整定值时,机旁盘“水力机械事故”光字牌亮,轴承温度过高信号继电器掉牌,事故轴承的膨胀型温度计的黑针与红针重合或超过红针。在此以前,可能已出现过轴承温度升高的故障信号;或者可能出现过冷却水中断及冷却水压力降低、轴承油位降低等信号。
当发生以上现象时,首先应对测量仪表的指示进行校核与分析。例如将膨胀型温度计与电阻型温度计两者的读数进行核对,将轴承温度与轴承油温进行比较鉴别。并察看轴承油面和冷却水。若证明轴承温度并未升高,确属保护误动作,则可复归事故停机回路,启动机组空转,待进一步检查落实无问题后,便可并网发电。当确认轴承温度过高时,就必须查明实际原因,进行正确处理。
有许多因素可以导致巴氏合金轴承温度升高,一般常见的原因及处理办法如下:
    1)润滑油减少:由于轴承油槽密封不良,或排油阀门关闭不严密,造成大量漏油或甩油,润滑油因减少而无法形成良好的油膜,致使轴承温度升高,此时应视具体情况,对密封不良处进行处理,并对轴承补注润滑油。
2)油变质:轴承内的润滑油因使用时间较长,或油中有水份或其它酸性杂性,使油质劣化,影响润滑性能,这时应更换新油。尤其当轴承内大量进水(例如冷却器漏水等)时,使润滑及冷却的介质改变,直接影响轴承的润滑条件,会很快导致轴承烧毁,这时应立即停机处理渗水或漏水部位,并更换轴承油槽内的油。


3却水中断或冷却水压降低:冷却水管堵塞、阀门的阀瓣损坏、管道内进入空气等都会影响冷却器的过流量,使冷却器不能正常发挥作用,引起轴承油温升高,这时应立即投入机组备用冷却水,或将管道排气。若是冷却水压过低,应设法加大冷却水量,使轴承温度下降到正常值。
4)主轴承摆度增大:当主轴摆度增大时,轴与轴瓦间的磨擦力增加,发热量增大,致使润滑条件变坏,不能形成良好的油膜,这时应设法减小机组摆度。例如改变机组有功及无功负荷,使机组在振动较小的负荷区域内运行,或者停机检查各导轴承间隙有否大的变化,检查各导轴瓦的推力螺栓有无松动。
    2.水导轴承的润滑水中断
橡胶瓦水导轴承系用水进行润滑,这类轴承俗称水轴承。当水轴承润滑水中断时,其现象与上述油轴承相似,只是多显示一个“轴承润滑水中断”信号。

(1)润滑水中断的原因与后果:由于水质不洁或有杂物,致使取水滤网或过滤器堵塞,造成水压降低;或自动供水阀门因某种原因误关;当用水泵供水时,由于机械或电气原因造成水泵供水中断。这些都会引起润滑水中断事故。当润滑水中断或水量减少时,会使轴领与轴瓦间润滑、冷却条件变坏,甚至发生干磨擦,导致轴承烧毁,此时水轮机失去了径向支承,造成振动和摆度急剧增大,有时会发生窜水现象,从而影响机组的正常运行。

(2)处理方法:一般采取以下措施
    1)当润滑水中断或水压降低时,首先应投入备用水源,然后清扫取水滤网及过滤器,或查找润滑水自动供水阀误关闭的原因,处理完成后仍恢复原供水系统的正常供水。
    2)若轴承采用水泵供水时,当出现水泵停止供水或其出口水压下降而造成润滑水中断,应首先起动备用水泵供水,然后再查明水泵停止供水或其出口水压下降的原因,并做相应处理;
   3)当无法立即恢复供水时,为了不致造成事故扩大,应立即停机