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        沙灣水電站軸承密封蓋優(yōu)化改造

        2015-07-28 02:38:44胡小剛中廣核亞王木里縣沙灣電力有限責任公司四川木里615000
        水電站機電技術(shù) 2015年1期
        關(guān)鍵詞:水輪發(fā)電機油霧

        胡小剛(中廣核亞王木里縣沙灣電力有限責任公司,四川 木里 615000)

        沙灣水電站軸承密封蓋優(yōu)化改造

        胡小剛
        (中廣核亞王木里縣沙灣電力有限責任公司,四川 木里 615000)

        摘要:水輪發(fā)電機由于間隙密封原因產(chǎn)生的油霧及甩油現(xiàn)象,對機組有危害性,通過對甩油及油霧產(chǎn)生原因的分析,選用無間隙密封裝置。經(jīng)實踐運行證明,密封效果良好,值得推廣。

        關(guān)鍵詞:水輪發(fā)電機;油霧;無間隙密封

        0 前言

        沙灣水電站位于四川省涼山彝族自治州木里縣境內(nèi),是木里河干流(上通壩~阿布地)水電規(guī)劃“一庫六級”的第三級電站。工程開發(fā)任務為發(fā)電,兼顧下游生態(tài)環(huán)境用水,電站采用低閘引水式開發(fā),具有日調(diào)節(jié)性能,裝機容量280MW,多年平均發(fā)電量12.511億kW·h,于2012年10月20日前建成供四川省電網(wǎng)。

        沙灣電站水輪發(fā)電機為HLA351-LJ-305立式混流式水輪機,與SF70-18/5500懸式水輪發(fā)電機直聯(lián),其主要參數(shù):

        額定水頭:220m額定轉(zhuǎn)速:333.3r/min

        額定容量:80MVA額定功率:70MW

        額定電壓:10500V額定電流:4399A

        飛逸轉(zhuǎn)速:558r/min機組安裝高程:2309m

        整個水電站由成都勘測設(shè)計研究院設(shè)計,四川二灘國際有限責任公司監(jiān)理,東方電氣集團東風電機有限公司制造安裝的水輪發(fā)電機組。四臺機組軸承的密封方式均為間隙密封,設(shè)計單邊間隙為1.5~2mm,由于間隙較大,四臺機組軸承密封處均出現(xiàn)了不同程度的甩油及油霧外溢現(xiàn)象,運行一段時間檢查發(fā)現(xiàn)發(fā)電機定子、上機架、下機架蓋板、風洞混凝土地面、水車室蓋板、頂蓋及機坑里襯上有許多油跡,造成轉(zhuǎn)子一點接地和嚴重的油污染,給機組的運行、維護造成了嚴重的安全隱患。對此,沙灣水電站機械專業(yè)技術(shù)人員及時提出了相應解決方案,首先對1號機組軸承密封蓋進行了技術(shù)改造,收到了較好的效果,然后對2號、3號、4號機組軸承密封蓋也給予實施改造。

        1 改造前水輪發(fā)電機組各部軸承的特點

        (1)上導軸承、下導軸承均采用內(nèi)部油冷卻器自循環(huán)分塊瓦結(jié)構(gòu)。其中上導10塊烏金瓦,下導12塊烏金瓦,均采用支柱螺絲偏心支撐方式,軸承體為鑄鋼,是承受徑向動荷的主要零件,軸承密封蓋材料為鑄鐵。

        (2)發(fā)電機推力軸承推力負荷為4000kN,推力軸承采用雙層瓦加托盤的剛性支撐方式,推力軸承共設(shè)有8塊瓦,瓦面材料采用彈性金屬塑料瓦。軸承采用內(nèi)循環(huán)冷卻方式,在油槽內(nèi)部設(shè)有高效油冷卻器,推力軸承設(shè)于發(fā)電機上機架上面的油槽內(nèi)。推力軸承密封蓋材料為鑄鐵。

        (3)水導軸承為稀油潤滑拋物面外循環(huán)筒式軸承,軸瓦用法蘭固定在軸承座上,內(nèi)嵌巴氏合金瓦,并加工成拋物線曲面。油的循環(huán)為自循環(huán)形式,無需泵和外部油箱,當轉(zhuǎn)動油盆隨主軸轉(zhuǎn)動時,油盆內(nèi)的畢托管把油吸入并通過外置冷卻器導向上油箱,油從上油箱經(jīng)軸承體流入轉(zhuǎn)動油盆軸承。冷卻器位于機坑內(nèi)。軸承體為鑄鋼,是承受徑向動荷的主要零件,軸承密封蓋材料為鑄鐵。

        (4)各軸承密封蓋均為圓錐式結(jié)構(gòu),合縫面用橡皮墊密封,其中推力與上導為6瓣結(jié)構(gòu),下導為4瓣結(jié)構(gòu),水導為2瓣結(jié)構(gòu)。通過連接螺栓將密封蓋固定在軸承座(密封支持座)上,密封蓋與旋轉(zhuǎn)軸的設(shè)計單邊間隙為1.5~2.0mm,此外,在密封蓋上段靠近軸領(lǐng)部位設(shè)有羊毛氈,以避免軸承蓋碰傷軸領(lǐng)工作面。

        2 對水輪發(fā)電機組密封改造的必要性分析

        四臺機組自投運以來,油槽軸承油位注油正常,推力油面以鏡板和推力頭把合面處為準,上導油槽、下導油槽以瓦抗重螺栓中心線處為準,水導正常油位為260mm?,F(xiàn)把油槽運行一段時間后軸承密封蓋甩油及外溢產(chǎn)生不良情況介紹如下:

        (1)滑環(huán)室的上下碳刷架、發(fā)電機大軸引出線及絕緣支撐件表面附著油泥,導致絕緣下降出現(xiàn)轉(zhuǎn)子一點接地。

        (2)機組上導、下導、推力油槽甩油以及油霧外溢造成發(fā)電機轉(zhuǎn)子磁極、磁軛以及定子線棒的污染,油霧與灰塵在定子鐵芯通風溝和轉(zhuǎn)子磁極通風溝處堆積,造成發(fā)電機通風散熱變差,嚴重影響發(fā)電機的散熱效果。油霧和灰塵長期吸附在絕緣層上,對發(fā)電機線棒等絕緣造成腐蝕,使其絕緣性能下降,降低線棒的絕緣強度及使用壽命,極易造成發(fā)電機線圈短路或擊穿,給機組安全穩(wěn)定運行帶來潛在的危害,威脅發(fā)電機的安全運行。

        (3)長期的油槽甩油及油霧外溢,運行人員必須密切關(guān)注油槽的油位變化,油位下降至最低油位時應立即及時向油槽內(nèi)加油,這樣就造成了透平油的浪費,增加機組的運行成本和維護工作量。同時,對環(huán)境和設(shè)備衛(wèi)生的打掃也增加了維護人員工作量和大量清潔材料消耗。

        (4)發(fā)電機風洞內(nèi)地面和水車室地面的積油,容易導致運行和維護人員在日常設(shè)備巡回和缺陷處理中滑倒,存在人身傷害安全隱患。

        (5)由于我公司機組為高水頭懸式機組,機組及廠房振動較大,軸承密封蓋在運行一段時間后與轉(zhuǎn)軸之間的間隙變?yōu)椴痪鶆颍斐奢S承密封蓋局部偏磨,甚至發(fā)生塑性變形,油槽內(nèi)油容易從變形處溢出,不僅增加了漏油量,而且羊毛氈被磨損后掉入油槽內(nèi),使透平油受到污染,影響軸承的潤滑冷卻效果。

        種種現(xiàn)象表明,軸承內(nèi)油霧擴散對機組設(shè)備的損害程度是不可低估的,所以我們不能把軸承密封蓋間隙加大甩油問題視為小事,必須結(jié)合實際情況,采取有利措施解決密封蓋間隙加大而產(chǎn)生的油霧泄漏問題。

        3 原來機組油槽甩油及油霧外溢原因分析

        (1)原來的油槽密封蓋為鑄鐵材質(zhì),材質(zhì)較重(見圖1),由于運輸和安裝等各方面原因,極易造成蓋板存在變形的問題,油槽蓋底座與油槽軸承座“O”型密封,因為油槽蓋板存在變形現(xiàn)象,造成部分螺栓無法正常安裝和緊固,致使油槽蓋板與油槽底座間密封有滲油現(xiàn)象,機組運行后大量透平油將從油槽蓋密封結(jié)合面甩出。

        (2)油槽蓋分瓣結(jié)合面密封設(shè)計為橡膠平板密封,因此在油槽蓋板安裝時部分螺栓無法正常安裝和緊固,造成油槽蓋分瓣結(jié)合面密封有滲油現(xiàn)象,機組運行后大量潤滑油將從密封結(jié)合面甩出。

        圖1原油槽密封蓋板

        (3)油槽蓋與軸領(lǐng)間隙處油霧外溢

        油槽密封蓋板與機組大軸在運行中處于一種相對高速旋轉(zhuǎn)的運動關(guān)系,因此就要求它們之間應該有足夠的間隙,以防止二者發(fā)生摩擦造成設(shè)備的損壞。改造前的油槽密封蓋板與軸領(lǐng)之間的設(shè)計間隙是1.5~2.0mm,間隙設(shè)置三處梳齒迷宮環(huán),間隙密封材料為5mm羊毛氈條,密封壓在油槽蓋頂部間隙表面。此間隙密封設(shè)計形式,當羊毛氈條磨損或吸油后,機組運行中油槽密封蓋板處的迷宮環(huán)密封起到的密封作用就相對較差,機組運行時會產(chǎn)生離心力,油面會因離心力的作用向外壁涌高,容易讓油霧從密封蓋與軸領(lǐng)之間的縫隙甩出;同時,隨著軸承溫度的升高,油槽內(nèi)油和空氣體積膨脹而產(chǎn)生內(nèi)壓,使轉(zhuǎn)動油盆內(nèi)的油霧隨氣體從間隙之間的縫隙逸出。從運行情況來看,這種甩油原因存在,而且油量比較大,因此這是引起甩油的主要原因之一。油槽的油霧就易通過密封蓋板與大軸之間的間隙大量溢出。

        4 油霧過多處理方案及使用效果

        針對水輪發(fā)電機組上導軸承、下導軸承、推力軸承及水導軸承密封蓋,由于密封蓋板與軸領(lǐng)存在間隙、密封蓋板在運行后間隙過大又無法補償,而導致密封不嚴,造成軸承油槽潤滑油及油霧大量泄漏而影響設(shè)備運行,電站機械專業(yè)技術(shù)人員組織討論,提出了密封蓋板進行改造的技術(shù)方案,并于2013年春季檢修的時候?qū)γ芊馍w進行改造處理。

        將4部軸承(推力、上導、下導、水導)的間隙梳齒密封改造為專為解決大型水輪機組漏油問題而研制開發(fā)的新產(chǎn)品:CX-FS無間隙密封裝置(見圖2),防止油槽內(nèi)油霧從密封蓋與軸領(lǐng)處溢出。

        (1)無間隙密封蓋板,改造后無間隙密封蓋板有如下結(jié)構(gòu)特點:蓋板的金屬部分采用ZL102高強度輕鋁合金結(jié)構(gòu),重量輕不易變形,在密封面上開有類似梳齒迷宮環(huán)式3個齒口,在其中上下的齒口內(nèi)安裝有彈簧和密封齒,密封齒采用非金屬耐磨特種復合密封材料,密封材料具有自潤滑特性,以及獨特的分子結(jié)構(gòu),吸噪音、抗靜電、比重輕、絕緣性能好,極高抗滑動摩擦能力、耐高溫、耐化學物質(zhì)侵蝕,材料自潤滑性能優(yōu)于用潤滑油的鋼或黃銅。密封齒沿圓周分布,每瓣均能與軸形成徑向跟蹤,靠彈簧的作用可實現(xiàn)徑向2~4mm,后退3~5mm,在軸偏擺運行時,密封齒可通過彈簧的作用自動跟蹤調(diào)整其與轉(zhuǎn)軸之間的間隙,實現(xiàn)蓋板與軸領(lǐng)之間的無間隙運行,密封蓋在運行中不損傷軸領(lǐng),也不引起轉(zhuǎn)軸震動及軸溫升高,從而保證機組運行中油槽蓋內(nèi)油霧無外溢及避免甩油現(xiàn)象產(chǎn)生。

        圖2改造后的密封蓋板

        (2)油槽軸承密封蓋板在圓周上仍采取推力與上導為6瓣結(jié)構(gòu),下導為4瓣結(jié)構(gòu),水導為2瓣結(jié)構(gòu),蓋板的金屬部分采用高強度鋁合金結(jié)構(gòu),并用銷釘螺栓定位把合,重量輕不易變形,安裝方便;油槽蓋分半結(jié)合面密封均改為平面耐壓密封膠密封,密封安裝也更簡單,比橡膠密封更耐油耐腐蝕,因此,各油槽蓋安裝后能保證油槽蓋各密封結(jié)合面無滲漏油,機組運行時各密封面無甩油現(xiàn)象發(fā)生。

        (3)因為新油槽軸承蓋為無間隙密封形式,油槽與外界空氣完全隔離,為保證內(nèi)部空氣與外部聯(lián)通,在上導、下導、推力油槽密封蓋面上各安裝4個空氣呼吸器,空氣呼吸器結(jié)構(gòu)見圖3,空氣呼吸器設(shè)計為折疊擋板式,油槽內(nèi)部油霧經(jīng)擋板過濾后成滴狀,油滴重新落入油槽內(nèi),使油霧不會外溢,但外部空氣能與內(nèi)部聯(lián)通,以防止油槽內(nèi)部產(chǎn)生高溫、高壓氣體。

        圖3改造后的空氣呼吸器

        2013年3月24日至4月7日,結(jié)合機組春季年度檢修,沙灣水電站首先對1號機組進行軸承密封改造,機組啟動24h后,上導、下導、推力油槽密封良好,但水導運行后油位有減少的趨勢,沙灣電站對1號機組水導油盆進行解體檢查,并再次對轉(zhuǎn)動油盆進行煤油滲漏試驗,經(jīng)6h后未見滲漏,機組再次運行一段時間后發(fā)現(xiàn)水導油位繼續(xù)有甩油的現(xiàn)象。

        水導甩油分析:由于靜止時煤油滲漏,試驗無滲漏說明甩油是由于機組旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的,所以要對轉(zhuǎn)動部位加強檢查。

        首先,當水導擺度過大,超過允許值時會造成水導軸承甩油,檢查運行記錄,并在現(xiàn)場進行實地測量發(fā)現(xiàn),水導擺度未超出設(shè)計規(guī)范要求,排除此原因。

        其次,檢查是不是因安裝過程中的原因?qū)е滤畬лS承甩油,檢查轉(zhuǎn)動油盆蓋分瓣面間隙,0.02mm塞尺無法通過,無間隙;檢查轉(zhuǎn)動油盆與轉(zhuǎn)動油盆蓋之間的把合螺栓是否松動,經(jīng)檢查新更換的螺栓彈簧墊壓不緊,原來新螺栓較長;轉(zhuǎn)動油盆蓋與轉(zhuǎn)動油盆之間的組合面是否有間隙,經(jīng)檢查原來水導瓦為筒式瓦由四瓣組合而成,各組合面由錐銷定位和螺栓把合,螺栓與銷釘后存在空隙,而后對空隙采用具有耐磨性好的,質(zhì)量輕的聚四氟乙烯膠封堵,并對轉(zhuǎn)動油盆蓋與轉(zhuǎn)動油盆加裝Φ4“O”型圈,并將新?lián)Q的24-M16×50的沉頭螺釘更換為以前的M16×40的沉頭螺釘。經(jīng)過一系列檢查處理,水導軸承設(shè)備全部回裝完,對所有電氣監(jiān)測設(shè)備進行全面檢查,調(diào)整水導軸承監(jiān)測設(shè)備數(shù)據(jù)至合格后,分別正常啟動至額定轉(zhuǎn)速監(jiān)測水導甩油情況,機組在經(jīng)過24h左右的運行,機組甩油情況已經(jīng)得到控制,水車室頂蓋已經(jīng)沒有油污。

        2013年5月我們分別完成對沙灣水電站1~4號機組的四部軸承改進工作,通過將近一年多的運行考驗,檢查發(fā)電機風洞內(nèi)、下機架、水車室、定轉(zhuǎn)子線棒及磁軛等設(shè)備部件無油漬,從設(shè)備源頭消除了油槽密封蓋甩油和油霧外溢的發(fā)生。機組油槽蓋改造后運行一年多時間,油槽蓋板比較干凈,無此前油污染的現(xiàn)象發(fā)生,避免了油槽內(nèi)透平油的浪費,減輕了維護人員的日常工作量。實際證明,達到了優(yōu)化改造的預期效果。

        5 經(jīng)濟效益分析

        如每年每臺機組小修期用于處理發(fā)電機上導、下導、推力、水導軸承部位油污的至少需要6人、6h才能處理干凈,除去人工成本,按機組功率60MW、電價0.28元/kW·h計算折合人民幣10.08萬元,經(jīng)濟效益十分可觀。而汛期大發(fā)電的期間,由于受油污染停機后可能造成的經(jīng)濟損失和社會影響是無法估量的。將軸承密封蓋更換為CX-FS型無間隙密封蓋后,將延長設(shè)備使用壽命,保證機組的安全,縮短檢修工期,降低檢修費用,從而達到提高經(jīng)濟效益的目的。

        6 結(jié)論

        沙灣水電站對油槽軸承密封蓋的優(yōu)化改造處理后,甩油整治效果明顯,甩油現(xiàn)象徹底消除,此次技術(shù)改造的方案是切實可行的,提高了機組運行的可靠性,進一步保障了設(shè)備穩(wěn)定運行,為電廠創(chuàng)造了更好的經(jīng)濟效益。運行證明,效果很好,值得在行內(nèi)推廣。

        參考文獻:

        [1]劉云.水輪發(fā)電機故障處理與檢修[M].北京:中國水利水電出版社,2002.

        [2]盛國林.水輪機組安裝與檢修[M].北京:中國水利水電出版社,2008.

        [3]于海文,李克健.水電廠設(shè)備安裝、運行、維護、檢修與標準規(guī)范全書[M].北京:當代中國音像出版社,2001.

        中圖分類號:TK730.3

        文獻標識碼:B

        文章編號:1672-5387(2015)01-0053-04

        DOI:10.13599/j.cnki.11-5130.2015.01.018

        收稿日期:2014-08-01

        作者簡介:胡小剛(1984-),男,工程師,從事水電站機械設(shè)備管理工作。

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