水轮机常见故障诊断及处理

测量机组的压力脉动区，尽量使机组避开振动区运行
运行时发生异常响声
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）
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。
第一讲 :水轮机故障原因及分类
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。
(二）气蚀的破坏
局部汽蚀破坏
化学破坏作用
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
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
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；
九、压力表计指示不正常
剪断销剪断
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。
水轮机振动（水导轴承摆度曲线）
560 520 480 440 400 360 320 280 240 200 160 120 80 0 25 50 75 有功功率(M W) 100 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
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、水轮机其他故障
尾水管钢衬脱落
尾水管里衬脱落
尾水管钢衬脱落修复，或更换新钢衬
1）转轮叶片裂纹；（停机修复）
气蚀图片
导叶汽蚀
气蚀图片
导叶汽蚀
(二）气蚀的破坏作用
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
出力下降
拦污栅被杂物堵塞
拦污栅清理后
水轮机振动
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。
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。
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。
第三讲：气蚀、泥沙磨损和振动
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。
八、轴承温度过高
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 引起的原因
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。
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。
顶盖淹水
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。
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。
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。
第二讲 水轮机常见故障处理
一、出力下降
（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。
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空载开度变大
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。
停机困难
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
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。
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。
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。
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
电化破坏作用
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。