胡書平

（湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長沙 410004）

機組軸承甩油分析與處理

胡書平

（湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長沙 410004）

摘要：介紹了三板溪水電廠l號~4號水輪發(fā)電機組的上導、推力、下導軸承甩油改造過程。通過分析原因，找到解決辦法。成功消除了由于軸承油箱油擋密封裝置及擋油桶設計上存在缺陷而引起的甩油偏高問題。該方法可為同類型機組軸承油箱存在甩油處理提供一定參考價值。

關鍵詞：接觸式密封；間隙；集油盆；油霧凈化機

1　引言

三板溪水電站在貴州省黔東南苗族、侗族自治州錦屏縣境內,位于沅水上游清水江中下游，安裝4 臺250MW混流式水輪發(fā)電機組。電站以500 kV一級電壓接入系統(tǒng)，出線1回至懷化500 kV變電所，在系統(tǒng)中主要承擔調峰、調頻和事故備用等任務。電站保證出力234.9MW，多年平均發(fā)電量約24.28億kW·h，年利用小時數(shù)2 428 h。

2　上導、推力、下導軸承結構

2.1機組推力導軸承結構

三板溪電廠發(fā)電機為半傘式結構，推力軸承位于轉子下方于下機架油槽內（見圖1）。推力軸承采用彈性波紋油箱，其與托瓦之間設有高強度合金鋼托盤。1 6塊推力瓦采用彈性金屬氟塑料瓦，推力軸承設計成油浸式。潤滑油由放置于下機架推力油箱內部油冷卻器冷卻，冷卻器為抽屜式，共16臺，冷卻器與推力瓦相對應，循環(huán)油在機組鏡板旋轉的離心力作用下由鏡板與推力瓦進油邊進入，出油邊流出來實現(xiàn)其循環(huán)過程，熱油經(jīng)內部冷卻器進行冷卻交換后由冷卻水將熱量帶走，完成循環(huán)過程。推力油槽蓋板與推力頭之間間隙采用接觸式密封。

2.2上導軸承結構

上導軸承位于轉子上方上機架油槽內（見圖2）。軸承為巴氏合金，共12塊，冷卻器為油浸式共12臺，每臺冷卻器與上導軸承相對應。熱油經(jīng)軸承座排油孔流出經(jīng)分油板至冷卻器產(chǎn)生冷熱交換后由冷卻水將產(chǎn)生的熱量帶走，冷油經(jīng)分油板、軸承座下部冷油通道后在機組的離心力作用下由滑轉子下部12 個Φ30的孔射入軸承底部及軸承進油邊使軸承潤滑，潤滑油由于在瓦與滑轉子之間形成介質，在機組旋轉下產(chǎn)生摩擦，使之油溫升高經(jīng)軸瓦出油邊排出，熱油又經(jīng)軸承座排油孔流出，完成循環(huán)冷卻過程。

圖l　推力導軸承結構圖

2.3下導軸承結構

下導軸承位于轉子下方下機架油槽內（見圖3）。軸承為巴氏合金，共12塊，冷卻器為油浸式共12臺，每臺冷卻器與下導軸承相對應。熱油經(jīng)軸承座排油孔流出，經(jīng)分油板至冷卻器產(chǎn)生冷熱交換后由河水將產(chǎn)生的熱量帶走，冷油經(jīng)分油板、軸承座下部冷油通道后，在機組的離心力作用下由軸頸下部12個Φ30的孔射入軸承底部及軸承進油邊，潤滑油由于在瓦與軸頸之間形成介質，在機組旋轉下產(chǎn)生摩擦，使之油溫升高經(jīng)軸瓦出油邊排出，經(jīng)軸承座排油孔流出，完成循環(huán)冷卻過程。

圖2　上導結構圖

圖3　下導結構圖

3　甩油原因分析

（1）三板溪水電廠機組上導、推力、下導擋油筒為筒式結構,由于擋油管設計上焊有金屬環(huán)，滑轉子上設有多個壓力平衡孔，當機組運行時油溫從15℃升至45℃，在升溫的過程中油槽內的透平油體積膨脹并壓縮內部空氣，通過多個壓力平衡孔向擋油管方向排出，這些排出的空氣攜帶著膨化后的油霧，導致?lián)跤凸芟露擞忻黠@的油霧冷卻產(chǎn)生的油珠；沒有被冷卻的油霧隨著冷卻風吸附在轉子和定子上。

（2）在機組運行時，透平油不斷獲得能量進行膨化形成油霧，部分油霧會克服壓力平衡孔向擋油管外部溢出，溢出的油霧給機組運行帶來隱患和污染。同時易造成定子線棒絕緣老化，發(fā)生火災事故；為了設備健康穩(wěn)定運行，為此提出對機組擋油管加裝離心甩油環(huán)及集油盆，當集油盆內存有一定的積油后進行定期排放并回收，以解決甩油問題。

（3）機組在運行中，推力瓦與鏡板之間的透平油在離心力的作用下，從進油邊進入出油邊流出，如此往復循環(huán)，帶走推力瓦與鏡板之間介質產(chǎn)生的摩擦熱量，經(jīng)推力冷卻器進行熱交換，推力冷卻器水溫上升，水流連續(xù)不斷地把熱量帶走。隨著機組的持續(xù)運行，透平油油溫不斷上升，冷卻器不足以帶走透平油所產(chǎn)生的熱量，當油溫達到一定溫度后，透平油膨化產(chǎn)生油霧，產(chǎn)生的油霧無法由壓力平衡孔、呼吸器自行消除，油霧在離心力作用下便通過推力擋油管、密封蓋、呼吸器而溢出造成發(fā)電機風洞內設備及地面上有大量油珠及積油現(xiàn)象，因而提出在推力油槽蓋板上加裝油霧凈化機，改善風洞環(huán)境，徹底解決推力軸承油箱甩油問題。

（4）由于機組的高速旋轉，在機組軸承內部與外部之間形成了壓差，在壓差的作用下軸承密封蓋與軸頸之間產(chǎn)生油霧溢出現(xiàn)象。

（5）油槽蓋板、密封蓋上集油嚴重是由于擋油管甩油嚴重引起。雖然為接觸式密封，一旦隨動密封磨損及卡塞，將引起隨動密封與軸頸間存在間隙，用塞尺檢查時常發(fā)現(xiàn)某些部位存在間隙在0.10～0.40mm內。因此，導致了甩油嚴重。

（6）在解體密封蓋檢查中發(fā)現(xiàn)，接觸式密封材質不耐磨，在密封蓋板密封槽上堆積了大量的粉末，形成了油與粉末混合物，導致隨動密封體卡塞，造成油霧上溢。

4　甩油處理

4.1安裝集油盆

（1）在上導、推力、下導擋油管下端的主軸上裝有分瓣輕質離心甩油環(huán)，使順軸流到該位置的油滴在離心力的作用下改變方向。

（2）在離心甩油環(huán)外側裝有分瓣槽型接油盆（集油環(huán)），使從該部分流下的透平油及油霧收集在分瓣槽型接油盆（集油環(huán)）中；在分瓣槽型接油盆（集油環(huán)）中設有緩沖吸油層避免二次污染；分瓣槽型接油盆（集油環(huán)）采用102鑄鋁制造，隨動分瓣密封體采用柔性無塵密封材料，其密封壽命可達5年以上。

（3）在分瓣槽型接油盆（集油環(huán)）下端設有排油閥。

4.2安裝油霧凈化機

（1）在推力油槽蓋板上對稱布置2個吸油霧筒罩，并將原推力油槽蓋板上的2個呼吸器進行更換（呼吸器高度不允許超過450mm），并在推力油槽蓋板上與呼吸器成90°的對稱方向分別開孔，孔上焊接法蘭，便于安裝油霧凈化機吸油霧筒罩，此吸油霧筒罩采用離心吸入技術，保證有效的吸入油霧，同時在油霧管道另一側安裝強排油霧裝置，通過油霧凈化、過濾后的透平油通過油泵返回推力油槽。

（2）在下風洞內墻面對稱安裝2臺旋風式靜電油霧凈化機，凈化機設有固定架。

（3）每臺油霧凈化機用鋼管和塑料軟管與吸油霧筒罩連接并固定。

（4）油霧凈化機由油霧分離層、凝聚層、電子分離層、整流板、風機、集油槽、排油閥、油泵等組成。

（5）油霧凈化機的開停信號，使用機組LCU技術總供水閥開啟/關閉信號繼電器的結點。

（6）油霧凈化機油泵根據(jù)油量進行啟、停，并將積油抽至推力油槽。

（7）油霧凈化系統(tǒng)由以下部分組成：

①采用對稱4個吸油霧筒罩使油槽內部負壓均衡，吸油霧筒罩采用離心吸入技術，保證有效的吸入油霧，同時使油霧進行初步油空分離（油霧與空氣分離）。

②油霧凈化機采用超速緩沖旋風技術，對大粒徑的油霧進行二次油空分離，然后將小粒徑的油霧經(jīng)過靜電荷電凝聚技術進行捕捉，以達到三次油空分離，提高油霧分離的效率，避免了油霧對機組的污染。

③油霧凈化機內設排油泵，當集油箱中油位到達上限時，自動啟動油泵，將油排入推力油槽內。

④2臺旋風式靜電油霧凈化機由一臺主控柜進行控制，當機組啟動時，油霧凈化機開始工作；機組停止工作時，油霧凈化機延時5min停止工作。

⑤電油霧凈化機設有阻力傳感器、故障傳感器及各種工作狀態(tài)指示。

⑥油霧凈化機基本參數(shù)（見表1）：

表1　XTJH-600型旋風式靜電油霧凈化機參數(shù)

⑦吸油管道采用鋼管并附有管道支架，法蘭連接，便于檢修拆裝。

⑧主控柜安裝在發(fā)電機風洞動力箱旁邊。

⑨推力軸承油槽密封蓋上隨動密封，應解體檢查處理，增加隨進量到1.5mm并活動自如，確保密封體與推力頭無間隙，機組運行后大軸旋轉產(chǎn)生的擺度，密封體始終與大軸接觸，防止推力油槽油霧甩出。

（8）在推力油槽蓋板上加裝的一對油霧過濾呼吸器，應能可靠的平衡內外壓差。

（9）油霧凈化機采用的離心吸入技術、進出風口均設有過濾元件，過濾元件可再生重復使用。

（10）油霧進入凈化機后，經(jīng)過分離層使大部分油霧被分離出來，再經(jīng)過凝聚層使小顆粒油霧粒子液化為油滴流入集油槽，最后經(jīng)過電子分離層使分離出的油霧徹底分離凈化，工作原理如圖4。

圖4　油霧凈化裝置工作原理

（11）靜電油霧凈化機內下設傾斜的集油箱，用于搜集被分離出來的油霧，通過油泵抽至推力油槽。

（12）油霧凈化裝置可確保機組安全穩(wěn)定運行。機組在檢修、檢查過程中需拆卸時，可直接拆除吸油霧管路，如圖5。

圖5　改造后安裝的油霧凈化裝置

5　機組改造后運行效果

三板溪水電廠4臺機組經(jīng)過上述技術改造后，經(jīng)實際運行，甩油現(xiàn)象已經(jīng)消失，油位未發(fā)生下降，油霧已經(jīng)消除，停機檢查發(fā)電機上、下風洞干爽清潔，無油污及油霧飄散現(xiàn)象。

6　結語

水輪發(fā)電機組內部發(fā)生的甩油、油霧現(xiàn)象，在很

多水電廠中不同程度地存在著，像三板溪水電廠上導、推力、下導軸承油箱如此嚴重的甩油現(xiàn)象，長期運行將造成定子線棒、引線、轉子磁極、阻尼環(huán)的污染，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被粘到線棒上，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，加大了檢修維護工作量，個別部位又難以清掃，給發(fā)電機運行留下了隱患，轉子下部的制動環(huán)被油污覆蓋，直接影響機組停機時間，甚至影響設備整體的穩(wěn)定運行。所以，及時有效地處理機組甩油及油霧具有重要意義。三板溪水電廠相關技術人員通過分析油霧逸出的內甩油及外甩油現(xiàn)象，采用安裝擋油筒和油霧凈化機2項舉措，有效抑制了軸承油箱甩油現(xiàn)象，保障了機組安全運行。

參考文獻

[1]DL/T 5038-94燈泡貫流式水輪發(fā)電機組安裝工藝導則[S].

[2]DL/5420-2099水輪發(fā)電機定子現(xiàn)場裝配工藝導則[S].

中圖分類號：TV735

文獻標識碼：B

文章編號：1672-5387（2015）08-0065-04

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.08.019

收稿日期：2015-05-04

作者簡介：胡書平（1982-），男，肋理工程師，從事水電站檢修管理工作。