水轮机常见故障诊断及处理

第一部分水轮机常见故障诊断及处理第一讲：水轮机故障原因及分类水轮机故障是指水轮机完全或部分丧失工作能力，也就是丧失了基本工作参数所确定的全部或部分技术能力的工作状态。一、故障原因根据水轮机故障特性，水轮机故障原因一般有：1.由于介质侵蚀作用或相邻零件相互摩擦作用的结果。例如气蚀、泥砂磨损、相邻运动零件间的磨损、橡胶密封件的老化等。2.由于突变荷载作用超过材料允许应力而使零件折断或产生不允许的变形，例如剪断销被剪断等。3.由于交变荷载长期作用，使零件产生疲劳坡坏，例如转轮叶片裂纹等。4.由于制造质量隐患的突然发展。5.由于水轮机以外的间接原因。6.由于安装、检修、运行人员的错误处理。二、故障分类根据水轮机故障出现的性质，故障可分为渐变故障和突发故障。渐变故障：多由零件磨损和疲劳现象的累积结果产生。这种故障使水轮机某些零部件或整机的参数逐渐变化，例如过流部件的泥砂磨损和气蚀将导致水轮机效率逐渐下降。这种故障的发展及后果有规律性，可用一定精度的允许值(如振动、摆度、效率下降)来表示。突发故障：具有随机性，整个运行期间都可能发生。其现象为运行参数或状态突然或阶跃变化。例如另部件突然断裂、振动突然增大等。突发故障的原因多为设计、制造、安装或检修中存在较严重缺陷或设计运行条件与某些随机运行条件不符或设备中突然落入异物等。第一讲:水轮机故障原因及分类通过加强运行中的维护，进行定期的停机检修，使设备保养在最佳运行状态，可以减缓渐变故障的发展过程，预防突发故障及渐变故障在突发因素下转化为突发故障。第一讲:水轮机故障原因及分类一、出力下降并列运行机组在原来开度下出力下降或单独运行机组开度不变时转速下降。这两种情况多由拦污栅被杂物堵塞而引起，尤其是在洪水期容易发生。对于长引水渠的引水式电站，也可能由于渠道堵塞或渗漏使水量减小而引起。另外，也可能因导叶或转轮叶片间有杂物堵塞使流量减小而引起。清除堵塞处的杂物可消除这种故障，在洪水期应注意定时清除拦污栅上的杂物。如果出力下降逐渐严重，且无流道堵塞现象，则可能是转轮或尾水管有损坏使效率下降，应停机检查，进行相应处理。第二讲水轮机常见故障处理（出力下降）拦污栅被杂物堵塞出力下降拦污栅清理后二、水轮机振动水轮机在运行中发生较强烈的振动，多由于超出正常运行范围而引起，如过负荷、低水头低负荷运行或在气蚀振动严重区域运行。这时，只要调整水轮机运行工况即可。对于气蚀性能不好，容易发生气蚀的水轮机，则应分析气蚀原因，采取相应措施，如抬高下游水位减小吸出高度、加强尾水管补气等来减小振动。水轮机振动测量机组的压力脉动区，尽量使机组避开振动区运行水轮机振动（水导轴承摆度曲线）801201602002402803203604004404805205600255075100水导X向摆度[微米]工作水头:46.0-51.0m水导X向摆度[微米]工作水头:51.0-56.0m水导X向摆度[微米]工作水头:56.0-58.0m水导X向摆度[微米]工作水头:58.0-60.0m水导X向摆度[微米]工作水头:60.0-62.0m水导X向摆度[微米]工作水头:62.0-64.0m水导X向摆度[微米]工作水头:64.0-66.0m水导X向摆度[微米]工作水头:66.0-68.0m水导X向摆度[微米]工作水头:68.0-70.0m有功功率(MW)三、运行时发生异常响声运行时发生的异常响声，如为金属撞击声，多为转动部分与固定部分之间发生摩擦，应立即停机检查转轮、主轴密封、轴承等处，如确有摩擦，则应进行调整。另外，水轮机流道内进入杂物、轴承支座螺栓松动、轴承润滑系统故障、水轮机气蚀等也会引起水轮机发生异常响声，应根据响声的特点、结合其它现象(如振动、轴承温度、压力表指示等)分析原因，采取相应处理措施。（水轮机叶片夹石头等）运行时发生异常响声四、空载开度变大开机时，导叶开度超过当时水头下的空载开度时才达到空载额定转速，如果检查拦污栅无堵塞，则是由于进水口工作闸门或水轮机主阀未全开而造成。检查它们的开启位置，并使其全开。空载开度变大五、停机困难停机时，转速长时间不能降到制动转速。这种故障的原因是导叶间隙密封性变差或多个导叶剪断销剪断，因而不能完全切断水流。如果是导叶剪断销剪断，应迅速关闭主阀或进水口工作闸门切断水流。对于前一种原因，其故障现象是逐渐发展的，应在加强维护工作中予以消除。停机困难六、顶盖淹水这种故障多为顶盖排水系统工作不正常或主轴密封失效漏水量过大引起。对顶盖自流排水的水轮机，检查排水通道有无堵塞。水泵排水的则检查水位信号器，并将水泵切换为手动。对顶盖射流泵排水则检查射流泵工作水压。如果排水系统无故障，则可能是主轴密封漏水量过大，应对其检查，进行调整或更换密封件。另外，应注意是否因水轮机摆度变大引起主轴密封漏水过大。如果顶盖淹水严重，不能很快处理，则应停机，以免水进入轴承，使故障扩大。顶盖淹水七、剪断销剪断故障现象：1、导叶剪断销剪断信号灯亮；2、机组振动增大，摆度增大；3、短时间内产生原因不明的负荷增大。原因分析1、导叶间被杂物卡住；2、导叶开关过快，使剪断销受冲击剪切力而剪断；3、各导叶连臂尺寸调整不当或锁紧螺母松动；4、导叶尼龙套吸水膨胀将导叶轴抱的过紧；5、水轮机顶盖和底环抗磨板采用尼龙材料，尼龙抗磨板凸出。剪断销剪断这是一种很常见的故障，特别是卧轴机组。这种故障也是对机组正常运行影响最大的一种故障。从根本上讲，引起轴承温度过高甚至损坏的原因，一是运行时轴承发热量超过正常散热量；二是轴承实际散热量小于正常散热量。八、轴承温度过高1、由于轴承冷却水水压不足或中断造成冷却效果差，引起轴承瓦温升高而警报。此时轴承油槽油温较高，轴承各瓦间温差较小。并有轴承冷却水中断故障报警。2、轴承间隙变化而不能保持安装或检修时调整的合理间隙值。其次是由于机械、水力或电气等方面因素引起机组强烈振动，使轴承工作条件恶化；此时轴承各瓦间温差较大。八、轴承温度过高引起的原因3、由于轴承绝缘不良，产生轴电流，破坏油膜，造成推力瓦与镜板间摩擦力增大，使轴承瓦温升高而警报。此时轴承各瓦间温差较小，油色变深变黑。其他轴承也同样受影响。4、机组振动摆度增大引起轴承瓦间受力不均，受力大的轴瓦瓦温升高而警报。此时轴承各瓦间温差较大，相邻轴承瓦间温度相差不大。5、由于轴承油槽油质劣化或不清洁造成润滑条件下降，引起轴承瓦温升高而警报。（轴承油槽进水）此时可能有轴电流，或油轴承油槽油面升高。八、轴承温度过高引起的原因6、轴承油槽油面降低引起润滑条件下降造成轴承瓦温升高。（轴承甩油）此时油轴承油槽油面下降掉牌。7、由于轴承测温元件损坏、温度计或巡检仪故障引起误警报。8、强油循环系统，供油量不足或断流，以及油循环系统工作不正常。9、导轴承瓦间隙设计部合理或调整不当；八、轴承温度过高引起的原因这种故障的原因是测量管路中有空气或堵塞，应进行排气或清扫。如测量管路正常，则可能是表计损坏，应予以更换。所以油和水的表阀要装设三通阀，目的是为了排气；而气阀不装三通阀，目的是防止漏气。九、压力表计指示不正常尾水管钢衬脱落九、水轮机其他故障尾水管钢衬脱落修复，或更换新钢衬尾水管里衬脱落1）转轮叶片裂纹；（停机修复）2）尾水管人孔门川水；3）补气阀川水；4）水轮机导轴承轴颈裂纹或磨损严重（返厂修复）。5）水导轴承严重甩油（严重时导致烧瓦）；6）机组停机状态潜动；（导叶漏水量大引起）。总之，水轮机运行性能的好坏与机组的设计、制造、安装、检修、维护的质量有关。在实际工作中，应根据设备的运行情况，及存在的设备缺陷及隐患，充分利用当代新技术、新工艺、新采料，针对性地进行改进或改造，使机组始终处于良好的状态运行。如果条件条件允许，针对设备的薄弱环节，安装机组状态监测与故障诊断分析系统，定期对机组的运行状态进行诊断分析，安排机组的检修计划。一、水轮机的气蚀特性（一）气蚀现象气蚀现象最早发现于1891年，英国高速驱逐舰“达令”号在试航中，发现螺旋桨在较短时间遭到破坏，其后在水泵和水轮机叶片中也发现类似的破坏现象。由于当时水力机械处于低速阶段，这种破坏并不显著。随着水轮机向大容量、高水头和高转速方面的发展，这种破坏日趋严重，经研究，发现这是一种叫做“气蚀”的现象所造成的。日常生活中存在-种普通的物理现象，即任何液体在一定的压力下，当温度升高到一定数值时.液体开始沸腾；反过来说，若将液体保持在一定的温度，而改变作用在液体上的压力，则当压力变化到某一数值时，液体也开始沸腾。第三讲：气蚀、泥沙磨损和振动例如，水在一个标准大气压℃下，加热到100℃才会沸腾汽化；如果改变作用在水面的压力，当压力降低到0.24mH20时，水温仅20℃便汽化了。在一定温度下水开始汽化的临界压力.称为汽化压力。水在各种温度下的汽化压力列于表1-12-1中。.第三讲气蚀、泥沙磨损和振动在反击式水轮机的流道中，由于边界条件的变化，某些地方流速会增加，致使压力降低。由于水中含有气蚀核(小气泡、空气等)，当压力低于汽化压力时会发生汽化，释放出蒸汽泡，溶解在水中的气体也会分离出来，变成空气泡，这些蒸汽泡和空气泡的混合物，一般称为汽穴。这些微泡的形成、发展、溃裂以及对过流表面所产生的破坏过程称为气蚀。第三讲气蚀、泥沙磨损和振动气蚀图片导叶汽蚀气蚀图片导叶汽蚀1．机械破坏作用在通流部件压力低于汽化压力的地方会有蒸汽和空气从水中析出，成为夹杂在水中的气泡群，它随着水流运动被带到高压区，在高压作用下，气泡受压，被压缩到一定的程度开始溃裂重新凝结成水。在气泡瞬息破裂时伴随发生两种水击压力，一种是水流力图在瞬间充满原气泡占据的空间而产生的冲击压力；另一种是气泡破裂自身所产生的聚能压力。这些压力形成微观的水击效应，由于发生在极短的瞬间，因此这种瞬时水击压力相当大，可达几百个大气压。(二）气蚀的破坏作用1．机械破坏作用过流表面的某些局部区域，气泡的产生与溃灭处于反复循环的动态过程。产生周期性的脉冲水击压力，使过流表面承受反复的冲击载荷。这样，材料在两种形式上遭到破坏，一种属于在屈服点内的疲劳破坏，气泡溃灭后周围流体高速射流挤入金属晶格，冲击过去之后流体又力图从这些金属品格中流出，正反两种作用都导致晶粒脱落。另一种形式属于超过屈服点后产生塑性变形而直至破坏。在气蚀脱下材料破坏的过程本质上是一种疲劳过程，其形式是表面发生剥蚀。对于粗糙的表面，这一过程由于应力集中而加速破坏。(二）气蚀的破坏作用局部汽蚀破坏(二）气蚀的破坏2．化学破坏作用一些试验研究认为，化学作用来源于局部高温和氧化。当气泡被压缩时要放出热量。气泡溃灭时形成的高速射流可以产生局部高温。从理论上讲，当射流速度高达1600~2000m/s时，可使钢材熔化。有的实验表明，在气泡破裂时，局部高温可达数百度，在这种高温高压的作用下，引起金属材料的局部氧化。化学破坏作用3．电化破坏作用气泡在高温高压下产生放电现象，即产生电化作用，金属表面的局部温差也形成热电偶，从而对金属表面产生电解作用。气蚀对金属表面的破坏作用，目前的研究还很不完善。一般认为主要是机械破坏作用。在机械作用的同时，化学破坏作用和电化破坏作用，加速了机械破坏过程。气蚀对金属材料的破坏，一般是首先使金属表面失去光泽而变暗，接着变毛糙而发展成为麻点，进而成蜂窝状(海棉状)，严重时可使叶片穿孔、开裂和成块脱落。电化破坏作用3．电化破坏作用气蚀破坏造成的后果和影响是十分有害的：气蚀直接破坏水轮机的过流部件，特别是转轮叶片，严重时可使叶片穿孔、缺口甚至脱落；水轮机在气蚀情况下运行、出力和效率都要显著降低，并且要引起噪音、机组的强烈振动和运行不稳定；气蚀缩短了检修周期、延长了检修工期，气蚀检修要耗用大量的贵重金属材料和人力物力。因此，在设计、制造、安装、运行和维修中，采取有效措施，以防止和减缓水轮机的气蚀程度，是极为必要|的。电化破坏作用根据汽蚀发生的部位和发生条件的不同，水轮机的气蚀一般可分为三类。1．翼型汽蚀翼型气蚀一般指发生在转轮叶片上的气蚀。它在反击式水轮机中普遍存在。反击式水轮机转轮叶片迫使水流的动量矩发生改变它意味着叶片的正面和背面必然存在压差