魏玉國

(哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江哈爾濱 150040)

0 引言

發(fā)電機出現(xiàn)油霧現(xiàn)象可造成定子線棒、轉(zhuǎn)子引線、轉(zhuǎn)子磁極、阻尼環(huán)的污染，在機架、底板、支架和支臂等部件表面形成黑色油污層，嚴重的會在空氣冷卻器的穿片或翅片上出現(xiàn)油滴，油污對線棒等絕緣造成腐蝕，加速老化。尤其塵埃中的粉狀鐵磁性物質(zhì)被粘到線棒上，造成的危害就更大。定子通風槽、磁極外表面等處的油污清掃起來十分困難，而且個別部位無法徹底清理干凈，加大了檢修維護工作量，給發(fā)電機留下很大隱患。轉(zhuǎn)子下部的制動環(huán)被油污覆蓋，停機制動時間無疑會增加。風閘與制動環(huán)的劇烈摩擦產(chǎn)生熱量，可能會引起油污的煙霧，其后果更是不堪設想［1］。廣東長湖電廠［2］，廣蓄電廠6 號機［3］，二灘電站由加拿大Hydro GE 公司設計的6 臺550MW 水輪發(fā)電機［4］，云峰電廠1 號水輪發(fā)電機［5］都曾受到過發(fā)電機油霧問題的困擾。

可以看出不管是早期機組還是近期機組，國內(nèi)機組還是國外機組，立式機組還是臥式機組，都或多或少會出現(xiàn)油霧困擾的問題，可以說這是水輪發(fā)電機業(yè)內(nèi)一個長期存在的共性問題。

1 水輪發(fā)電機甩油及油霧問題產(chǎn)生的原因

水輪發(fā)電機中油槽甩油及油霧問題分為兩類:

(1)外甩油:從密封油擋處出現(xiàn)甩油及油霧現(xiàn)象，因為油擋處于油槽外部所以稱為外甩油;

(2)內(nèi)甩油:從擋油管處出現(xiàn)甩油及油霧現(xiàn)象，因為擋油管處于油槽內(nèi)部所以稱為內(nèi)甩油。

水輪發(fā)電機甩油及油霧問題產(chǎn)生的主要原因有:

(1)水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，帶動油槽中的轉(zhuǎn)動部件高速旋轉(zhuǎn)將潤滑油高速甩出，遇到固定部件會發(fā)生反彈，導致油槽內(nèi)如下雨般油滴飛濺，同時油槽液面發(fā)生涌動;

(2)機組運行時潤滑油溫度會上升，導致潤滑油體積膨脹，油面上升;

(3)發(fā)電機軸承油路設計不合理出現(xiàn)局部阻力過大，導致油流不暢，產(chǎn)生甩油及油霧問題。

2 水輪發(fā)電機甩油及油霧問題防治

2.1 外甩油防治

2.1.1 氣密封油擋

該結構采用氣密封油擋，同時增設油霧吸收裝置和取風口，可以解決油霧溢出問題，對產(chǎn)生的油霧進行有效的收集。

圖1 氣密封原理圖

該措施中油槽隨動油擋分為2 個隔腔，上腔接壓力氣體，壓力氣體可以取自轉(zhuǎn)子固定擋風板處，空氣冷卻器進風處或經(jīng)過減壓閥的壓縮空氣，油擋下腔接油霧吸收裝置。進入上腔的壓力氣體一部分通過上密封齒泄漏到發(fā)電機冷卻風路中，由于泄漏的氣體為潔凈氣體因此不會污染定轉(zhuǎn)子;另一部分氣體通過中間密封齒進入下腔與從油槽內(nèi)溢出的油霧匯合后，進入集油管，最后進入油霧吸收裝置，油霧凝結成液體后進入收集盒。

2.1.2 增加隨動油擋可獨立運動密封體數(shù)量

圖紙中如沒有特殊要求，含有3 道密封齒的油擋，廠家為降低成本，通常將密封齒中的密封體做成一體結構，即共含3 層獨立運動的密封體，降低了密封效果。將圖紙中每道密封齒所含的可獨立運動的密封體層數(shù)優(yōu)化為2 層，即共含6 層獨立運動的密封體。各密封體均可以獨立移動，增強密封效果，

2.1.3 梳齒式油擋

該類型油擋防止軸承甩油效果良好。飛濺的油液很難通過4 道梳齒，進入發(fā)電機內(nèi)部，如圖2所示。

圖2 梳齒式油擋細部圖

這種密封結中，除有擴大、縮小外，還有多次拐彎磨阻。下梳齒上鉆有8 組φ10 回油孔，間隔塞焊回油孔以防止積油直接流通。下梳齒為轉(zhuǎn)動部件，根據(jù)結構實際空間，下梳齒可以采用熱套，螺栓把合的方式與轉(zhuǎn)動部件連接，也可以直接在轉(zhuǎn)動部件上加工出密封齒。

油擋上加工有上密封梳齒，隨動密封體。上密封梳齒有同軸度要求，保證與下密封齒的配合精度，同時上下密封齒之間要留有一定距離，滿足水輪機抬機距離要求。為了加強密封作用，可在2 道隨動密封體之間通有壓力氣體。

2.2 內(nèi)甩油防治

2.2.1 泵環(huán)間隙密封擋油管

擋油管位于轉(zhuǎn)動的主軸與滑轉(zhuǎn)子之間，用調(diào)整墊片調(diào)整泵環(huán)與滑轉(zhuǎn)子之間的間隙為3mm，泵環(huán)處于油槽油位之下，機組運行時，由于離心力作用，間隙中的油被甩回油槽，避免油槽內(nèi)甩油問題發(fā)生見圖3。

圖3 擋油管泵環(huán)部分細節(jié)圖

擋油管及密封管均為分瓣結構，擋油管合縫處設有密封墊片。密封管外圓柱面為精加工表面，密封管與擋油管之間為精配合，密封管將擋油管完全罩起來，避免了擋油管上合縫板攪油問題，同樣可阻止油槽內(nèi)甩油問題的發(fā)生。

2.2.2 螺旋密封擋油管

螺旋密封擋油管安裝在轉(zhuǎn)軸與滑轉(zhuǎn)子之間，擋油管與轉(zhuǎn)動部件之間間隙為1.5 ～2.0mm。螺旋密封管與擋油管之間精密配合，密封條沿螺旋密封管表面均勻分布，密封條用鉚釘固定在螺旋密封管表面。密封條傾斜方向與油流方向相反，當機組運行時，密封條會對油流有一個下壓作用力，可有效防止擋油管內(nèi)側液面升高，避免發(fā)生內(nèi)甩油問題。

2.2.3 擋油管頂端距液面距離規(guī)范

水輪發(fā)電機出現(xiàn)油霧問題后，一個比較有效的辦法是降低油位運行，也就是說液位距擋油管的距離對機組是否甩油影響很大，在空間允許的情況下，高度越大，防甩油及油霧效果越理想，一般情況下可參照如下標準執(zhí)行［6］，見表1。

表1 油面至擋油管高度取值范圍

2.3 穩(wěn)定液面結構優(yōu)化

軸承運行時，轉(zhuǎn)動部件周速可達20m/s，油液在高速狀態(tài)下被甩出，遇有筋板阻擋，會發(fā)生飛濺，液面波動，導致油槽出現(xiàn)甩油問題。因此在油槽上方設置一層穩(wěn)油板，可以將飛濺油滴的不良影響及油面波動控制在最小范圍內(nèi)。

2.3.1 巨型機組帶合縫板形式導軸承穩(wěn)油蓋板

該合縫板形式導軸承穩(wěn)油蓋板結構形式見圖4，為鋼板焊接結構，焊后加工;在穩(wěn)油板內(nèi)側設有3 層密封條，密封條材料為2 硬黃銅板H62，密封條應裝配在穩(wěn)油蓋板中，裝配合格后沿周向每隔約50mm 雙側各沖鉚一處，沖鉚長度約10mm。密封條與滑轉(zhuǎn)子之間0.3mm 間隙。

圖4 帶合縫板形式導軸承穩(wěn)油蓋板位置圖

2.3.2 浮動形式穩(wěn)油蓋板

該形式密封蓋板與轉(zhuǎn)動部件之間可以形成軸向與徑向的間隙密封，密封間隙為3mm，阻止油液飛濺見圖5。

圖5 浮動式穩(wěn)油蓋板

穩(wěn)油蓋板與機架支架為間隙配合，穩(wěn)油蓋板可以沿機架在軸向上下滑動。頂轉(zhuǎn)子時，穩(wěn)油蓋可以隨轉(zhuǎn)子上移。穩(wěn)油蓋板軸向及徑向的間隙由穩(wěn)油蓋板軸向及徑向調(diào)整螺釘調(diào)整。

2.3.3 推力油槽穩(wěn)油板

蓋板對推力油槽進行了全面的密封，穩(wěn)油板為分塊結構便于安裝，各塊之間設置連接板對合縫進行封堵;穩(wěn)油板內(nèi)側設置梳齒密封圈，梳齒密封圈與旋轉(zhuǎn)部件之間留有小間隙;穩(wěn)油板外側與推力油槽之間緊密貼合，減小了液面外側的拋物線波動見圖6。

圖6 推力油槽穩(wěn)油板位置圖

2.4 軸承潤滑油路優(yōu)化

水輪發(fā)電機軸承潤滑油路的設計是軸承設計的一個關鍵點，合理的潤滑油路設計可以及時的將軸承損耗帶走，降低瓦溫，同時不會出現(xiàn)甩油及油霧問題。油位的設計應滿足如下兩條:

(1)油槽中各被分隔開的空氣腔應在最高點開設均壓孔，避免氣腔憋氣，影響潤滑油流動，必要時可以在存在憋氣的氣腔上方增加呼吸器;

(2)油槽中被分隔開的油腔之間應該根據(jù)設計需要設置連通管，避免出現(xiàn)各油腔油量分配不均，導致某一油腔出現(xiàn)液位上升問題，設置合理的連通管后，在重力作用下潤滑油會流經(jīng)連通管，使液面趨于一平，從而避免出現(xiàn)甩油及油霧問題。

3 結語

在密封理論上述方法是降低流體的雷諾數(shù)，使流體處于層流狀態(tài)，避免紊流，避免油霧及甩油。在設計中注意上述各個部分的細節(jié)設計，可以最大程度的降低甩油及油霧問題的風險，同時也應不斷吸取其他公司的優(yōu)良經(jīng)驗，最終避免出現(xiàn)甩油及油霧問題，為電廠提供良好的產(chǎn)品。

［1］ 張裕三. 水輪發(fā)電機油霧及防治.大電機技術，2002.No 7.

［2］ 何光超，王勝五，張俊江.廣東省長湖水電廠2 號機組推力軸承油槽安裝油擋裝置的技術改造.大電機技術，2002.No 7.

［3］ 黃曉東.廣州蓄能水電廠Ⅱ期機組軸承甩有問題處理及改進設想.大電機技術，2002.No 7.

［4］ 賀蘊谷.立軸式水輪發(fā)電機軸承油槽甩油的治理.大電機技術，2002.No 7.

［5］ 徐剛.云峰發(fā)電廠1 號水輪發(fā)電機推力軸承甩油處理.大電機技術，2002.No 7.

［6］ 宋洪占.立式水輪發(fā)電機軸承防甩油及油霧溢出結構分析.防爆電機，2012 年.1.