一种轴流转桨式水轮发电机组下浮动瓦故障诊断方法与流程

本发明涉及水电站机组故障诊断技术领域，特别涉及一种基于密封技术的轴流转桨式水轮发电机组下浮动瓦故障诊断方法。

背景技术：

轴流转桨式水轮发电机组是水电行业一种常见机组。轴流转桨式水轮机是指水流由轴向进人转轮，沿其桨叶自轴向流出，将水流能量转换为机械能的反击式水轮机，其导叶和桨叶呈协联关系，从而使水轮机保持高效率运行。水轮发电机组的输出功率主要是由工作水头、过机流量、水轮机效率决定。工作水头主要是由水轮机安装高层和上游水位确定，安装高层确定后无法更改，而上游水位随上游来水情况变化，主要由自然因素决定，无法实时调节。水轮机效率是在水轮机设计时确定，在后期运行中也难以更改。轴流转桨式水轮机的过机流量可通过调速系统来调节导叶开度从而调节过机流量，同时调节桨叶开度从而保持最优效率。

为了保持最优效率，轴流转桨式水轮机组比混流式水轮机多了一个关键部件——桨叶。轴流转桨式水轮发电机组的桨叶能够随着水轮机大轴一起自转，还能够与导叶协联配合开启或关闭到相应开度，因此，桨叶的调节油系统是一个极为复杂的系统，当其调节油系统的旋转部分出现问题时更加难以发现。机组桨叶的调节油系统设置有受油器、操作油管、桨叶操作机构等部件。受油器里面的浮动瓦是固定部件与转动部件之间传递压力油的关键部件，将静态管道中压力油引入旋转大轴中的操作油管路并保证压力油不会大量泄漏，从而高效调整桨叶。为了保证压力油不会大量泄漏，受油器必须具有良好的密封性能防止压力油泄漏，而整个受油器是一个密封装置并与水轮机旋转大轴配合，因此在机组运行时很难监测受油器以及其中浮动瓦的健康状况。

许多轴流转桨式机组的水电站都曾发生过下浮动瓦磨损严重或烧瓦现象，最终导致无法正常调节桨叶的事故。由于下浮动瓦安装在受油器内部，无法直接观察和监测，只有在机组检修期才机会分解受油器并对下浮动瓦详细检查。有些电站初期在操作油管上安装摆度传感器，但实际运行过程中操作油管晃动比较大，特别是机组在开停机过程中操作油管晃动更大，经常打坏传感器，因此通过安装摆度传感器的方法来监测受油器效果并不理想。

技术实现要素：

本发明目的在于：针对轴流转桨式水轮发电机组受油器里面的下浮动瓦在非检修期无法被监测的问题，提供一种轴流转桨式水轮发电机组下浮动瓦故障诊断方法，其采用基于流体密封技术的观察方法，以弥补轴流转桨式水轮发电机组受油器里面的下浮动瓦在非检修期无法监测的技术空白。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种轴流转桨式水轮发电机组下浮动瓦故障诊断方法，包括以下步骤：

a、机组检修期或停机时，在下集油盆上设置用于观察下浮动瓦漏油情况的观察孔；

b、在机组集电环室内搭设用于观察的观察平台；

c、机组停机后，工作人员站在观察平台上通过观察孔进行观察下浮动瓦下方零件上的油迹情况来评估下浮动瓦漏油量大小。

本发明通过在机组检修期或停机时，在下集油盆上设置观察孔、以及在机组集电环室内搭设用于观察的观察平台，当机组停机后，工作人员站在观察平台上通过观察孔进行观察下浮动瓦下方零件上的油迹情况来评估下浮动瓦漏油量大小；该方法基于流体密封技术的观察方法，不要额外安装传感器及其相关软件硬件设备，减少了对机组的二次伤害，且在机组停机情况下进行检查评估，避免了旋转部件对工作人员的伤害，同时弥补了轴流转桨式水轮发电机组受油器里面的下浮动瓦在非检修期无法监测的技术空白。

作为本发明的优选方案，所述步骤a中，所述观察孔为在下集油盆上钻设圆孔并安装透明且抗振的玻璃形成，既便于在现有下集油盆上钻孔并安装玻璃，又满足透过观察孔进行观察下浮动瓦漏油情况。

作为本发明的优选方案，所述步骤b中，所述观察平台搭设在集电环室进人门与受油器下集油盆之间，该观察平台既便于工作人员站在观察平台上通过观察孔进行观察下浮动瓦，且有利于保证人员安全。

作为本发明的优选方案，所述步骤c中，在评估下浮动瓦漏油量大小时，将机组的操作油管与下浮动瓦之间间隙简化为两个同心圆柱体之间间隙，其漏油量可根据圆柱间隙漏油公式计算：

其中，q为漏油量，l为下浮动瓦高度，β为介质特性参数，d为操作油管直径，p为压力罐中的压力与正常气压的差值，h为操作油管与浮动瓦之间间隙。

作为本发明的优选方案，假设公式(1)中的为定值则公式(1)可改写为：

其中，操作油管与浮动瓦之间间隙h设计值为0.1～0.15mm之间。

由于在实际运行过程中下浮动瓦的高度l，介质特性参数β，操作油管直径d、压力罐中的压力与正常气压的差值p基本不会发生变化，通过上述假设后便于研究操作油管与浮动瓦之间间隙与漏油量的直接关系，简化了研究过程。

作为本发明的优选方案，将操作油管与浮动瓦之间间隙h分别取值0.1mm、0.15mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm代入公式(2)中，以基准间隙h＝0.1mm计算所得的漏油量为基准漏油量，用其他间隙计算所得的漏油量除以基础漏油量得到倍数n，最终得到漏油量与间隙关系如下：

从上表可以得知：当操作油管与浮动瓦之间间隙h超过设计间隙之后其漏油量迅速增加，且间隙越大漏油量越多；当间隙h取0.4mm时，虽然间隙h只是基准间隙0.1mm的4倍，但其漏油量却是基准漏油量的64倍，因此，操作油管与浮动瓦之间间隙h的变化对其漏油量影响非常大，反之，当操作油管与浮动瓦漏油量发生变化后其间隙也一定发生了变化。

作为本发明的优选方案，所述步骤c中，若下浮动瓦下方零件上的油迹呈点状的滴线柱，且相邻滴线柱间距较宽，则表明操作油管与下浮动瓦间隙正常；若油迹呈线形状，则表明操作油管与下浮动瓦间隙可能异常或异常，且线形越粗、相邻线形间距越密，操作油管与下浮动瓦间隙越大。

作为本发明的优选方案，当操作油管与下浮动瓦间隙正常时，油流流速为0.06～0.14ml/s之间；当操作油管与下浮动瓦间隙可能异常时，油流流速为0.17～0.4ml/s之间；当操作油管与下浮动瓦间隙异常时，油流流速大于0.7ml/s。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明通过在机组检修期或停机时，在下集油盆上设置观察孔、以及在机组集电环室内搭设用于观察的观察平台，当机组停机后，工作人员站在观察平台上通过观察孔进行观察下浮动瓦下方零件上的油迹情况来评估下浮动瓦漏油量大小；该方法基于流体密封技术的观察方法，不要额外安装传感器及其相关软件硬件设备，减少了对机组的二次伤害，且在机组停机情况下进行检查评估，避免了旋转部件对工作人员的伤害，同时弥补了轴流转桨式水轮发电机组受油器里面的下浮动瓦在非检修期无法监测的技术空白。

附图说明

图1为本发明中下集油盆上的观察孔俯视图。

图2为本发明中观察平台搭设处与下浮动瓦漏油观察点。

图3为本发明中下浮动瓦漏油油线形态与间隙健康对应关系。

图4为本发明中的方法流程图。

图中标记：1-下浮动瓦，2-下集油盆，3-观察孔，4-大轴，5-操作油管，6-观察平台搭设位置，7-油迹观察位置。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

本实施例提供一种轴流转桨式水轮发电机组下浮动瓦故障诊断方法；

如图1-图4所示，本实施例中的轴流转桨式水轮发电机组下浮动瓦故障诊断方法，包括以下步骤：

a、在机组检修期间或停机情况下，在下集油盆2上设置用于观察下浮动瓦1漏油情况的观察孔3；

b、在机组集电环室内搭设用于观察的观察平台；

c、机组停机后，工作人员站在观察平台上通过观察孔进行观察下浮动瓦下方零件上的油迹情况来评估下浮动瓦漏油量大小。

本发明通过在机组检修期或停机时，在下集油盆上设置观察孔、以及在机组集电环室内搭设用于观察的观察平台，当机组停机后，工作人员站在观察平台上通过观察孔进行观察下浮动瓦下方零件上的油迹情况来评估下浮动瓦漏油量大小；该方法基于流体密封技术的观察方法，不要额外安装传感器及其相关软件硬件设备，减少了对机组的二次伤害，且在机组停机情况下进行检查评估，避免了旋转部件对工作人员的伤害，同时弥补了轴流转桨式水轮发电机组受油器里面的下浮动瓦在非检修期无法监测的技术空白。

本实施例中，所述步骤a中，所述观察孔为在轴流转桨式水轮机受油器下方的下集油盆上钻设直径为150mm的圆孔并安装透明度良好且抗振的玻璃形成，如图1所示，既便于在现有下集油盆上钻孔并安装玻璃，又满足透过观察孔进行观察下浮动瓦漏油情况。在加工该观察孔时做好安全措施，确保工作环境安全。受油器里面的下浮动瓦是固定部件与转动部件之间传递压力油的关键部件，将静态管道中压力油引入旋转大轴4中的操作油管路并保证压力油不会大量泄漏，从而高效调整桨叶。

本实施例中，所述步骤b中，所述观察平台搭设在集电环室进人门与受油器下集油盆之间，观察平台应搭建在上机架上并与旋转部件保持安全距离且做好防护措施，观察平台搭设位置6如图2中所示，该观察平台既便于工作人员站在观察平台上通过观察孔进行观察下浮动瓦，且有利于保证人员安全。

本实施例中，所述步骤c中，在评估下浮动瓦漏油量大小时，将机组的操作油管5与下浮动瓦1之间间隙简化为两个同心圆柱体之间间隙，其漏油量可根据圆柱间隙漏油公式计算：

其中，q为漏油量，l为下浮动瓦高度，β为介质特性参数，d为操作油管直径，p为压力罐中的压力与正常气压的差值，h为操作油管与浮动瓦之间间隙。

由于在实际运行过程中下浮动瓦的高度l，介质特性参数β，操作油管直径d、压力罐中的压力与正常气压的差值p基本不会发生变化，而操作油管与浮动瓦之间间隙h往往在设计间隙0.1～0.15mm之间，其间隙h在宏观上非常小。机组的操作油管在运行过程中必然会发生摆动，由于机组在安装、制造组装上工艺不同，各机组摆度程度不同，对下浮动瓦磨损程度也不同，对操作油管与浮动瓦之间间隙影响也不同，因此，操作油管与浮动瓦之间间隙值在实际运行中发生变化的可能性最大。

本实施例中，假设公式(1)中的为定值则公式(1)可改写为：

其中，操作油管与浮动瓦之间间隙h设计值为0.1～0.15mm之间。

通过上述假设后便于研究操作油管与浮动瓦之间间隙与漏油量的直接关系，简化了研究过程。

本实施例中，将操作油管与浮动瓦之间间隙h分别取值0.1mm、0.15mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm代入公式(2)中，以基准间隙h＝0.1mm计算所得的漏油量为基准漏油量，用其他间隙计算所得的漏油量除以基础漏油量得到倍数n，最终得到漏油量与间隙关系如下：

从上表可以得知：当操作油管与浮动瓦之间间隙h超过设计间隙之后其漏油量迅速增加，且间隙越大漏油量越多；当间隙h取0.4mm时，虽然间隙h只是基准间隙0.1mm的4倍，但其漏油量却是基准漏油量的64倍，因此，操作油管与浮动瓦之间间隙h的变化对其漏油量影响非常大，反之，当操作油管与浮动瓦漏油量发生变化后其间隙也一定发生了变化。

由于下浮动瓦有两个重要作用，一个是将静止部件的压力油传递到旋转部件，一个是密封作用，防止在将压力油传递到旋转部件中发生大量泄漏。下浮动瓦中密封不是绝对的密封，由于安装工艺的要求，下浮动瓦与操作油管之间必须保持设计间隙，所以适当的漏油是不可避免的。但当操作油管在运行中与下浮动瓦发生摩擦就会导致其间隙变大，漏油量增多。因此，漏油量情况的变化能间接反映操作油管与下浮动瓦磨损情况。在机组停机情况下，站在安全平台上通过观察孔观察下积油盆中漏油情况，油迹观察位置7如图2中所示。

本实施例中，所述步骤c中，如图3所示，若下浮动瓦下方零件上的油迹呈点状的滴线柱，且相邻滴线柱间距较宽，则表明压力油从操作油管与下浮动瓦间隙中一滴一滴地滴下来，即操作油管与下浮动瓦间隙正常，油流流速为0.06～0.14ml/s之间。若油迹呈线形状，则表明压力油从操作油管与下浮动瓦间隙中流出来呈线形状，即操作油管与下浮动瓦间隙可能异常或异常，且线形越粗、相邻线形间距越密，说明操作油管与下浮动瓦间隙越大，磨损情况越严重，其中，操作油管与下浮动瓦间隙可能异常时油流流速为0.17～0.4ml/s之间；操作油管与下浮动瓦间隙异常时油流流速大于0.7ml/s。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的原理之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。