王 琪，陳晶晶，蔣 璆，劉少偉，楊季松

(1.南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電有限公司檢修試驗分公司，廣州 511400；2.惠州經(jīng)濟職業(yè)技術(shù)學院，廣東 惠州 516057；3.惠州蓄能水電廠，廣東 惠州 516100)

0 引 言

惠州蓄能水電廠(以下簡稱惠蓄)位于廣東省博羅縣羅陽鎮(zhèn)，距深圳市77 km，距廣州市112 km，共安裝8臺可逆式水泵水輪發(fā)電機組，單機容量300 MW，額定轉(zhuǎn)速500 r/min，為高水頭大容量純抽水蓄能電站[1]，是中國南方電網(wǎng)公司成立后興建的第一個特大型水電工程項目?；菪钭鳛殡娋W(wǎng)中重要的調(diào)峰調(diào)頻及事故備用電源，機組可靠運行為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定提供了保證。

自電站投入運行以來，8臺機組導軸承均存在嚴重的油霧問題，在機組運行期間油霧隨著機組的旋轉(zhuǎn)造成上導油盆、發(fā)電機定子線棒、下導油盆、水導油盆等諸多設(shè)備和生產(chǎn)區(qū)域存在油滴、油污積聚的現(xiàn)象，導軸承油霧不僅要消耗大量的潤滑油，而且還嚴重影響環(huán)境，降低傳感器等自動化設(shè)備的使用壽命，嚴重危及機組的安全可靠運行[2]。

1 導軸承抽油霧裝置組成及作用

惠蓄機組抽油霧系統(tǒng)由抽油霧裝置(包括電機、葉輪、濾芯、油霧收集裝置等)、抽油霧管路、閥門、氣密封腔和氣密封塊等組成。抽油霧裝置是在軸承蓋上部和內(nèi)檔油圈下部安裝的雙槽形圓環(huán)，每個雙槽形圓環(huán)包含兩個環(huán)狀密封腔，即內(nèi)外兩腔，外腔接轉(zhuǎn)子擋風板，與轉(zhuǎn)子內(nèi)部接通，內(nèi)腔與油盆內(nèi)部相通(其中油盆下部氣密封腔在內(nèi)油盆和軸領(lǐng)之后)，且內(nèi)腔接管路至抽油霧裝置。機組運行過程中，氣密封腔外腔進轉(zhuǎn)子循環(huán)風，內(nèi)腔則充滿從油盆溢出的油霧，利用轉(zhuǎn)子循環(huán)風氣壓大于所產(chǎn)生的油霧氣壓的特點，達到密封的目的。抽油霧裝置電機啟動，將內(nèi)腔的油霧沿管路抽至濾芯進行收集。如圖1所示。

圖1 導軸承油霧裝置原理圖Fig.1 Principle diagram of oil mist pumping device for guide bearing

2 運行中的問題

惠蓄電廠自2011年8月機組全面投產(chǎn)以來，設(shè)備運行基本穩(wěn)定，各運行參數(shù)指標良好。但在機組年度檢修期間，檢查均能發(fā)現(xiàn)上導油盆蓋、上導油盆底、發(fā)電機定子線棒、下導油盆蓋、水導油盆蓋等諸多設(shè)備和生產(chǎn)區(qū)域存在油滴、油污積聚的現(xiàn)象，如圖2所示。油霧對機組尤其是發(fā)電機的安全運行帶來了較大的安全隱患。油霧與碳粉混合在一起，污染集電環(huán)和碳刷，也會造成轉(zhuǎn)子、定子絕緣性能下降，同時油霧與灰塵在定子鐵芯及磁極通風槽內(nèi)堆積，造成發(fā)電機內(nèi)部通風循環(huán)受阻，影響發(fā)電機散熱效果，多重因素的作用造成發(fā)電機整體性能下降，降低發(fā)電機運行壽命。部分發(fā)電廠由于油霧污染嚴重，造成轉(zhuǎn)子絕緣下降、回路接地故障，被迫停機處理，為此帶來的經(jīng)濟損失和電網(wǎng)影響巨大。頻繁的滲漏也使檢修工作任務(wù)加重，積聚后造成地面濕滑，威脅運維人員行走時的安全。同時油霧彌漫在空氣中，給廠房環(huán)境帶來一定的影響，如果被人體較長時間吸入，還會影響身體健康。

圖2 水導油盆蓋及頂蓋上油污Fig.2 Oil contamination on oil basin cover and top cover of hydraulic bearing

3 原因分析[3-10]

根據(jù)導軸承的結(jié)構(gòu)特點，機組運行過程中甩油一般分為兩種情況。一是透平油從機組大軸軸領(lǐng)內(nèi)側(cè)的內(nèi)油盆溢出，這種甩油稱之為內(nèi)甩油。另一種情況是透平油通過大軸與油盆蓋之間的間隙或油盆蓋板密封甩向油盆外部，稱為外甩油。

軸承內(nèi)甩油一般原因為機組運行時，內(nèi)油盆形成局部負壓，使油吸入或內(nèi)油盆由于制造、安裝原因產(chǎn)生不同程度的偏心，形成油泵效應，造成透平油上溢。而對于惠蓄，由于平壓孔和密封擋圈的合理設(shè)計，基本不存在導軸承油盆內(nèi)甩油現(xiàn)象。

軸承外甩油的主要原因是由于主軸軸領(lǐng)的高速旋轉(zhuǎn)，造成軸承油槽內(nèi)油面波動加劇，從而產(chǎn)生許多油泡。當這些油泡破裂時，也會形成很多油霧。另外，隨著軸承溫度的升高，使油槽內(nèi)的油和空氣體積逐漸膨脹，從而產(chǎn)生一個內(nèi)壓，在內(nèi)壓的作用下，油槽內(nèi)的油霧隨氣體從軸承蓋板縫隙處溢出，導致水導油盆蓋上有細小的油滴。

3.1 水導油盆蓋與大軸非接觸式密封甩油

惠蓄水導軸承油盆蓋與大軸間迷宮式非接觸密封，密封裝配在油盆上，與大軸的設(shè)計間隙為0.685 mm。該處密封表現(xiàn)不盡人意，所有機組均不同程度的發(fā)生油霧從該間隙處甩出，油霧長時間積聚成油滴在水導油盆蓋等區(qū)域，污染水導油盆及頂蓋，導致水導軸承油盆存在外甩油現(xiàn)象。

3.2 上下導軸承非接觸式密封油霧逸出

惠蓄上下導軸承油盆氣密封塊與大軸的設(shè)計間隙為0.5 mm，部分氣密封塊間隙明顯大于設(shè)計間隙；同時部分位置氣密封塊圓弧度不好，即若按照設(shè)計間隙安裝，不能保證所有間隙都能達到0.50 mm，個別區(qū)域存在間隙明顯超標。檢修時檢查了氣密封塊與軸的間隙，發(fā)現(xiàn)油霧甩出與氣密封塊接觸狀況、氣密封塊與軸之間的間隙有一定的因果關(guān)系。導致上下導軸承油盆存在外甩油現(xiàn)象。

4 改造方案[11-17]

原抽油霧系統(tǒng)在實際運用中存在以下幾個問題：①氣密封塊難以與大軸保持相同弧度，兩者之間間隙不均勻且易發(fā)生變化。氣密封塊與大軸為非接觸式密封，難以避免油霧的溢出；②轉(zhuǎn)子循環(huán)風從管路接縫和氣密封塊間隙發(fā)生泄漏，造成壓力不足，密封效果不佳。針對發(fā)電機導軸承與水輪機導軸承進行了相應的改造。

4.1 上下導軸承接觸式密封改造

對發(fā)電機上下導軸承，在原有氣密封裝置基礎(chǔ)上進行改良，采用接觸式密封刷與原氣密封裝置相結(jié)合的方式解決油霧溢出問題。在上、下導軸承氣密封裝置上增加接觸式密封，防止油霧從氣密封裝置再次溢出，最終改造方案如圖3所示。

圖3 上下導軸承接觸式密封及刷座示意圖(單位：mm)Fig.3 Drawing of contact seal and brush base for upper and lower guide bearings

綜上所述，發(fā)電機上、下導軸承抽油霧裝置改造原則為：

(1)保留原氣密封裝置的作用，最大程度地提高設(shè)備利用率；密封刷支座簡便且實用，零部件數(shù)量少、重量輕，便于安裝。

(2)增加的接觸式密封刷選用尼龍作為接觸式密封材料，其特點是：①徑向力小，對軸無損傷；②安裝維護簡單，便于更換；③密封材料無腐蝕性，對人體接觸無較大風險；④密封刷具有柔順、耐磨等優(yōu)良性能；

4.2 水導軸承防油霧腔及接觸式密封改造

對水輪機導軸承，采用防油霧罩與接觸式密封刷相結(jié)合的方式解決油霧溢出問題。在水導油盆蓋上增加防油霧腔，通過螺栓連接固定在水導油盆蓋內(nèi)圓上，防油霧腔頂部與大軸相結(jié)合的部位采用接觸式密封，防止油霧再次溢出。防油霧腔用于收集從水導軸承油盆蓋與大軸間迷宮式非接觸密封溢出的油霧，待油霧冷卻集聚成油滴后在重力的作用下從非接觸式密封處流回水導油盆，避免油的浪費。

水導接觸式密封設(shè)計原則與發(fā)電機導軸承相同。

防油霧腔的按如下原則設(shè)計：①內(nèi)環(huán)方向與水輪機軸有足夠空間，同時校核各機組水導軸承擺度傳感器支架高度，確保與刷座罩子合理搭配；②水導油盆密封腔重量不能影響油盆蓋架的穩(wěn)定。水導防油霧腔最終改造終結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 水導油盆蓋接觸式密封及刷座示意圖Fig.4 Drawing of contact seal and brush seat for oil pot cover of hydraulic bearing注：1-罩子；2-刷座，固定密封刷，承載徑向力；3-密封刷墊；4-密封板；5-壓板。

5 實施效果

改造完成后，惠蓄機組上導油盆蓋、上導油盆底、發(fā)電機定子線棒、下導油盆蓋、水導油盆蓋油污明顯減少，機組運行過程中風洞內(nèi)及水車室油霧濃度明顯降低，機組設(shè)備整體運行環(huán)境得到較大改善，一定程度上提高了機組運行的可靠性。同時，導軸承甩油現(xiàn)象的解決使透平油消耗量有所降低，檢修維護工作量減少，提高了自動化元器件的使用壽命。

6 結(jié) 語

針對惠蓄上下導抽油霧裝置效果差、水導軸承油盆多點滲漏及水車室內(nèi)油污現(xiàn)象嚴重的問題，通過對導軸承甩油的理論研究和各導軸承設(shè)計特點的實際分析，多項改造措施并舉，有效地解決了導軸承甩油和抽油霧裝置效率低等問題。消除了機組運行的重大安全隱患，保證了電站安全穩(wěn)定運行，為抽水蓄能機組導軸承油霧治理提供了一定的借鑒和參考。