李 璞

(廣東省粵電集團(tuán)天生橋一級(jí)水電開發(fā)有限責(zé)任公司水力發(fā)電廠，貴州 興義 562400)

1 概述

某電站為引水式水電站，裝機(jī)容量4×300?MW，設(shè)計(jì)水頭 111.00?m，額定轉(zhuǎn)速 136.4?r/m in。其水輪機(jī)型號(hào)為HLA 630—LJ—577.5；發(fā)電機(jī)采用立式三相同步半傘式發(fā)電機(jī)，型號(hào)為SF300—44/12440，具有自激并勵(lì)可控硅靜止勵(lì)磁系統(tǒng)和全封閉雙路徑向自循環(huán)空氣冷卻系統(tǒng)。

整臺(tái)機(jī)組采用上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)及推力4道軸承。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子下方設(shè)置1道推力軸承，裝在發(fā)電機(jī)下機(jī)架上；轉(zhuǎn)子上方設(shè)置1道上導(dǎo)軸承，裝在發(fā)電機(jī)上機(jī)架中心體內(nèi)；轉(zhuǎn)子下方設(shè)置1道下導(dǎo)軸承，裝在發(fā)電機(jī)下機(jī)架中心體內(nèi)；水輪機(jī)中設(shè)置1道水導(dǎo)軸承。其中，?推力瓦為彈性金屬塑料瓦結(jié)構(gòu)，上導(dǎo)瓦、下導(dǎo)瓦為分塊瓦結(jié)構(gòu)，水導(dǎo)瓦為筒式瓦結(jié)構(gòu)。

該電站4臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組自1998年12月投產(chǎn)以來，發(fā)電機(jī)下導(dǎo)軸承一直存在嚴(yán)重的甩油問題(此缺陷也是很多已投產(chǎn)老電廠的共性問題)，是困擾該電站多年的機(jī)組安全隱患。經(jīng)在機(jī)組下部加裝防甩油裝置進(jìn)行改造治理(在擋油管下部的大軸上加裝甩油環(huán)和接油盆，將甩出的油集中到接油盆，定期或利用每年機(jī)組小修機(jī)會(huì)將油排走)后，問題仍未徹底解決。發(fā)電機(jī)下導(dǎo)軸承甩油不僅嚴(yán)重污染水車室運(yùn)行環(huán)境，造成資源浪費(fèi)，污染下游用水；還會(huì)導(dǎo)致油位降低，引起軸瓦溫度升高，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致燒瓦。因此，在機(jī)組的整個(gè)運(yùn)行過程中必須定期補(bǔ)油，以保證下導(dǎo)軸承始終在正常油位。

經(jīng)分析研究，2014年底3號(hào)機(jī)組A修時(shí)，對(duì)發(fā)電機(jī)下導(dǎo)軸承內(nèi)擋油管和油路循環(huán)方式進(jìn)行了技術(shù)改造，消除了下導(dǎo)軸承甩油的缺陷。

2 下導(dǎo)軸承甩油原因分析

2.1 主要原因

發(fā)電機(jī)下導(dǎo)軸承甩油的主要原因是原擋油管為分瓣結(jié)構(gòu)。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，分瓣擋油管的合縫板阻擋了油流旋轉(zhuǎn)，造成油流面局部升高，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)組在運(yùn)行初期甩油非常嚴(yán)重。此后，對(duì)分瓣擋油管的合縫板進(jìn)行圍擋，以削弱擋油管合縫板的阻油影響，但由于圍擋與擋油管中間部位安裝時(shí)存在一定空檔，效果不明顯。此外，由于擋油管與下機(jī)架存在止口定位，下機(jī)架與軸線的不同心直接導(dǎo)致?lián)跤凸芘c軸線不同心，且無法對(duì)擋油管進(jìn)行同心調(diào)整，加劇了擋油管與軸領(lǐng)間的偏心泵效應(yīng)，直接造成下導(dǎo)軸承甩油。

2.2 次要原因

下導(dǎo)軸承潤滑油經(jīng)過軸領(lǐng)下端泵孔后，進(jìn)入導(dǎo)瓦室，參與軸承潤滑；然后通過座圈上的連通孔進(jìn)入冷卻器室，經(jīng)冷卻器冷卻后，再次流回泵孔，完成一次循環(huán)。在機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可能出現(xiàn)冷卻器室回油不暢的現(xiàn)象，導(dǎo)致瓦室液面升高。當(dāng)瓦室液面高于軸領(lǐng)上部的均壓孔時(shí)，油經(jīng)過均壓孔倒灌入擋油管側(cè)，出現(xiàn)下導(dǎo)軸承甩油問題。

3 改造過程

3.1 改造方案

由于原擋油管結(jié)構(gòu)的限制，無法在原檔油管的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)新結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理念，因此需設(shè)計(jì)制造新?lián)跤凸?。新?lián)跤凸茉O(shè)計(jì)方案如下。

（1）?擋油管仍為分兩瓣結(jié)構(gòu)。

（2）?在擋油管上部設(shè)擋油桶，擋油管覆蓋分瓣擋油管合縫板，以消除擋油管合縫板因機(jī)組運(yùn)行滑轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)引起的油流阻堵和油面上升。

（3）?將下導(dǎo)擋油管改為螺旋形雙層擋油管，并在擋油管圓周方向設(shè)油流導(dǎo)向鋁合金板條，其傾斜方向與油流方向相反。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，擋油管與軸領(lǐng)間的油在流動(dòng)過程中會(huì)受到向下的作用力，可有效阻止擋油管與軸領(lǐng)間油面的上升，從而保證油不會(huì)從擋油管溢出。

（4）?擋油管與油面相對(duì)高度計(jì)算。擋油管與液面的相對(duì)高度系數(shù)K的計(jì)算公式為：K=(h/nrb)×105。

其中，h為擋油管口至液面的高度，mm；r為發(fā)電機(jī)下導(dǎo)軸領(lǐng)的半徑，mm；b為擋油管與軸領(lǐng)的單邊間隙，mm；n為額定轉(zhuǎn)速，r/m in。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)K應(yīng)該大于1.3。

從上述公式可以看出，擋油管與軸領(lǐng)之間的間隙b對(duì)密封效果影響明顯，間隙越小，密封效果越好?，F(xiàn)設(shè)b=2?mm，取h=44.5?mm，發(fā)電機(jī)下導(dǎo)軸領(lǐng)內(nèi)徑 Φ=1?810?mm，則r=1?810/2=905?mm，n=136.4?r/m in，根據(jù)公式可計(jì)算出K=18，遠(yuǎn)大于規(guī)范值1.3。同時(shí)，軸領(lǐng)與發(fā)電機(jī)大軸為一體結(jié)構(gòu)，具有較高的同軸度，故2?mm的安裝間隙可以滿足機(jī)組安全運(yùn)行要求。

(5)?在位于各導(dǎo)瓦之間的座圈上用萬向鉆加工Φ35排油孔32個(gè)，高程設(shè)置在下導(dǎo)瓦中心線附近。

(6)?測量擋油管外圓與軸領(lǐng)內(nèi)圓的間隙，間隙測量孔由4個(gè)改為8個(gè)，按圓周均布。

(7)?在擋油管下油盤內(nèi)圓側(cè)下平面設(shè)置調(diào)整擋油管與軸同心度的頂絲結(jié)構(gòu)。

(8)?將24個(gè)泵油孔堵塞12個(gè)(每間隔1個(gè)堵1 個(gè))。

(9)?擋油管與下機(jī)架間不設(shè)定位止口，以方便調(diào)整擋油管與軸線的同心度。

(10)?擋油管在制造廠完成整體加工，現(xiàn)場無需進(jìn)行焊接和其他加工工作。

(11)?在油槽蓋上開通氣孔，并加裝氣窗，以避免出現(xiàn)冷卻器室憋氣問題。另外，將絕緣墊板與軸領(lǐng)之間的間隙調(diào)大為3-5?mm，并在機(jī)組運(yùn)行時(shí)注意觀測瓦溫度。

3.2 制造加工要求

(1)?設(shè)備制造應(yīng)保證擋油管與把合固定孔確定的軸線的同心度要求。

(2)?設(shè)備制造應(yīng)保證擋油管與擋油管的把合法蘭的垂直度要求。

(3)?擋油管焊接件應(yīng)進(jìn)行退火處理，以防止工件因焊接應(yīng)力釋放而變形。

(4)?工件運(yùn)輸應(yīng)采取必要的防變形措施。

3.3 安裝要求

(1)?擋油管安裝前應(yīng)進(jìn)行尺寸檢查，檢查合格后方可安裝。

(2)?工地安裝應(yīng)采用導(dǎo)向桿定位，均勻提升，以保證擋油管的安裝位置正確。

(3)?擋油管同心度調(diào)整，應(yīng)利用擋油管底法蘭上設(shè)的測量間隙孔，調(diào)整擋油管與軸領(lǐng)間的間隙(2?mm)均勻。

(4)?擋油管分兩瓣，瓣間間隙應(yīng)用密封膠填充，以避免間隙存在。

(5)?由于擋油管尺寸的限制，擋油管更換需在機(jī)組A修時(shí)實(shí)施。

4 結(jié)束語

發(fā)電機(jī)下導(dǎo)軸承甩油缺陷，是許多已建老水電廠(混流式機(jī)組)的共性問題。2014年底，3號(hào)機(jī)組A修時(shí)，對(duì)發(fā)電機(jī)下導(dǎo)軸承內(nèi)擋油管和油路循環(huán)方式進(jìn)行了改造。通過上述改造，該電站徹底消除了3號(hào)機(jī)下導(dǎo)軸承甩油缺陷，機(jī)組軸瓦溫度正常，振、擺值均優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)組運(yùn)行安全穩(wěn)定。