孫成玲

（江蘇沙河抽水蓄能發(fā)電有限公司，江蘇 溧陽 213333）

1 概述

沙河抽水蓄能電站安裝兩臺單機(jī)額定容量為50 MW立軸單級可逆混流式水泵水輪機(jī)（HLN178-LJ-332）及三相立軸懸式空冷可逆式同步發(fā)電電動機(jī)（SFD50-20/630），主機(jī)設(shè)備由原法國ALSTOM設(shè)計制造，總裝機(jī)容量為100 MW，設(shè)計年發(fā)電量1.82億kW·h，抽水電量2.44億kW·h。其中水泵水輪機(jī)安裝高程為-8 m，發(fā)電額定水頭97.7 m，單機(jī)發(fā)電額定流量60.8 m3/s，抽水最小揚程101 m，單機(jī)最小揚程抽水流量53.7 m3/s。

2 改造原因

發(fā)電電動機(jī)上導(dǎo)油盆蓋是機(jī)組組成件中的“較小”部件，其主要作用是防止轉(zhuǎn)軸與靜止部件之間的油霧泄漏[1]，同時還起到固定上導(dǎo)擺度測量傳感器、轉(zhuǎn)軸與軸瓦等電位碳刷、油霧吸收管道等作用。上導(dǎo)油盆蓋結(jié)構(gòu)是否合理將直接影響機(jī)組安全穩(wěn)定運行。

沙河抽水蓄能電站發(fā)電電動機(jī)推力軸承和上導(dǎo)軸承均安裝在上機(jī)架油盆內(nèi)，原法國ALSTOM設(shè)計制造的上導(dǎo)油盆蓋由碳鋼座圈、環(huán)氧密封環(huán)及抽油霧裝置等組成，其碳鋼座圈通過固定螺栓與上機(jī)架連接，布置在發(fā)電電動機(jī)轉(zhuǎn)子上方，位于發(fā)電電動機(jī)風(fēng)洞內(nèi)，如圖1所示。

圖1 原法國ALSTOM提供的上導(dǎo)油盆蓋及抽油霧裝置

上導(dǎo)油盆蓋自2002年投運以來，因上導(dǎo)油盆蓋強(qiáng)度不夠，導(dǎo)致機(jī)組檢修過程中常出現(xiàn)油盆蓋變形現(xiàn)象，每次拆卸、回裝時，均需要對其環(huán)氧密封環(huán)進(jìn)行修磨，以解決因油盆蓋變形帶來的安裝困難的問題。歷經(jīng)多次修磨上導(dǎo)油盆蓋油封間隙由最初的單邊0.5 mm變?yōu)閱芜? mm，局部達(dá)2 mm，因軸封間隙過大導(dǎo)致密封不嚴(yán)，無法形成氣密腔，以至產(chǎn)生大量潤滑油、油霧泄漏致使發(fā)電電動機(jī)風(fēng)洞內(nèi)油霧較多[2]，污染發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子線圈、上下機(jī)架、測量裝置等，造成絕緣降低[3]，危及機(jī)組安全運行。

3 改造過程

3.1 第一次改造

為解決上導(dǎo)油盆蓋存在的強(qiáng)度低，容易形變，拆卸、回裝困難，油盆蓋氣封間隙逐漸增大，油霧泄漏等問題，2010年，沙河抽水蓄能電站組織對上導(dǎo)油盆蓋進(jìn)行改造。通過市場調(diào)查研究分析，決定采用哈爾濱通能電氣股份有限公司設(shè)計制造的4片組裝接觸式密封蓋[4]，如圖2所示。

圖2 上導(dǎo)油盆蓋—4片

改造后的4片組裝接觸式油盆蓋由座圈及接觸齒組成。其中座圈采用特種輕質(zhì)鋁合金制成，具有強(qiáng)度大、不易變形等特點；接觸式密封齒采用非金屬多元復(fù)合碳精材料，具有耐磨、耐油、耐高溫、耐老化、自潤滑功能、耐化學(xué)腐蝕等特性。接觸式油盆蓋主要功能如下：

（1）4片組裝接觸式油盆蓋座圈強(qiáng)度大，不易變形。缺點是相對較重，安裝過程中會出現(xiàn)損壞接觸齒的現(xiàn)象。其主要性能參數(shù)如下：

比 重：1.56

抗壓強(qiáng)度：≥105 MPa

肖氏硬度：≥55

摩擦系數(shù)：0.03

使用溫度：≤700℃

介質(zhì)壓力：3 MPa

（2）4片組裝接觸式油盆蓋設(shè)置限位功能。精確的限位裝置能有效限制接觸齒的進(jìn)給量，使接觸齒與轉(zhuǎn)軸之間減少磨損，保證接觸齒與轉(zhuǎn)軸之間保持零間隙。

（3）4片組裝接觸式油盆蓋座圈固定件均加裝絕緣套管。每個連接螺栓都加裝了絕緣套管，使密封蓋與機(jī)架之間絕緣。

（4）4片組裝接觸式油盆蓋設(shè)置油霧自回收功能。通過油霧過濾呼吸器對機(jī)組運行中產(chǎn)生的油霧進(jìn)行自回收。其中油霧過濾呼吸器由罩體、本體、折流板、集油器等組成，使油霧在通過折流板到集油器的過程中，由油霧凝結(jié)成油滴，返流回油槽內(nèi)，經(jīng)過過濾的空氣被排出，使油槽內(nèi)外壓差保持一致。

（5）4片組裝接觸式密封齒采用多等分方式。接觸式密封齒按圓周方向等分成若干偶數(shù)等份，每等份均能徑向前進(jìn)和后退，靈敏度高，能緊隨軸的位移做徑向跟蹤，保障接觸式密封蓋在轉(zhuǎn)軸徑向擺動時一直保持和轉(zhuǎn)軸間無間隙狀況下穩(wěn)定運行。

（6）4片組裝接觸式密封齒具有補償及退后功能。接觸式密封齒每等分均可徑向前進(jìn)或后退，前進(jìn)量徑向單邊為1 mm，后退量徑向單邊為2.5 mm，靈敏度高，能夠有效補償在運行中的磨損量，保證接觸齒與轉(zhuǎn)軸之間保持零間隙。

沙河抽水蓄能電站上導(dǎo)油盆蓋通過第一次改造，解決了原法國ALSTOM設(shè)計制造的上導(dǎo)油盆蓋強(qiáng)度低、易變形、軸封密封失效的問題。但是在機(jī)組實際運行過程中出現(xiàn)了新的問題：

（1）4片組裝接觸式密封齒長時間與轉(zhuǎn)軸摩擦接觸，碳粉落入油盆內(nèi)引起軸瓦和轉(zhuǎn)軸間絕緣下降，軸瓦磨損問題；同時接觸齒與轉(zhuǎn)軸接觸面出現(xiàn)“啃軸”現(xiàn)象。

（2）油盆蓋座圈與上機(jī)架之間接觸部分用耐油絕緣墊相隔，通過48只套環(huán)氧樹脂的螺栓固定，絕緣墊震動位移、環(huán)氧樹脂套管破損，破壞油盆蓋板與上機(jī)架的絕緣，引起軸電流。

（3）耐油絕緣墊并非整體且螺栓孔洞較多，對位困難，蓋板結(jié)構(gòu)緊湊，現(xiàn)場作業(yè)空間小不具備吊裝條件，油盆蓋又較重，拆裝不便，易造成接觸齒出現(xiàn)損壞的問題。

3.2 第二次改造

為有效解決上導(dǎo)油盆蓋第一次改造中帶來的新問題，2016年，沙河抽水蓄能電站再次組織對4片組裝接觸式上導(dǎo)油盆蓋的結(jié)構(gòu)、位置、工作環(huán)境等進(jìn)行研究分析，向制造廠提出了由4片組裝而成的接觸式油盆蓋改為8片組裝而成接觸式蓋板，如圖3所示。

圖3 上導(dǎo)油盆蓋—8片

8片組裝接觸式上導(dǎo)油盆蓋的座圈分為主副兩圈座圈，在主座圈上留有10 mm的副座圈平推距離，主副座圈分別留有吊孔，將主副座圈之間、主座圈與上機(jī)架之間密封均由密封墊改為“O”型密封條。同時將8片接觸式油盆蓋的接觸齒材料由碳精材料改為新型非金屬多元復(fù)合材料，該材料除了具有耐磨、耐油、耐高溫、耐老化、自潤滑功能、耐化學(xué)腐蝕等特性外，還具有優(yōu)良的電絕緣性能。

4 改造成果

近6年的機(jī)組運行情況表明，自2016年沙河抽水蓄能電站安裝了8片接觸式上導(dǎo)油盆蓋不僅徹底解決了原法國ALSTOM提供的上導(dǎo)油盆蓋的諸多問題，還有效消除了4片接觸式油盆蓋帶來的“啃軸”、軸電流超標(biāo)、安裝過程中接觸齒破損等問題。8片接觸式油盆蓋具有如下優(yōu)點：

（1）上導(dǎo)油盆蓋接觸齒采用新材料。機(jī)組運行時，不需再考慮上導(dǎo)油盆蓋板與上機(jī)架之間絕緣問題，兩者可直接接觸，免去安裝環(huán)氧樹脂套管和耐油絕緣墊，降低了故障風(fēng)險和拆裝困難。

（2）上導(dǎo)油盆蓋結(jié)構(gòu)改進(jìn)后，主座圈（外圈）起吊時有更大作業(yè)調(diào)整空間，避免磕碰大軸；副座圈直接可以單人手拎至主座圈大致位置，并平推到位，便于拆裝，消除了拆裝過程中損壞接觸齒的隱患。

（3）上導(dǎo)油盆蓋密封改進(jìn)后省去了密封墊的螺栓打洞、對孔調(diào)整等工作，節(jié)省了檢修作業(yè)時間，保障了安裝質(zhì)量，消除了安全風(fēng)險。

綜上所述，接觸式上導(dǎo)油盆蓋有效地解決了沙河抽水蓄能電站機(jī)組油霧泄漏的問題，此種接觸式密封裝置通過完整的力學(xué)鏈來保證和約束接觸齒與轉(zhuǎn)軸之間的壓力，在此力學(xué)鏈的控制下，密封裝置和轉(zhuǎn)軸之間能夠有效接觸，形成零間隙，既滿足了動態(tài)的運行，又實現(xiàn)了靜態(tài)的需要，將動態(tài)與靜態(tài)有機(jī)地結(jié)合在一起，以滿足運行中各種壓力的需求，包含動靜結(jié)合處真實運行工況下可能需要的所有功能，從而達(dá)到長期有效的理想的密封效果。

5 結(jié)語

沙河抽水蓄能電站對技術(shù)改造工作務(wù)求做精、做細(xì)、做實，從“小”處著眼，以務(wù)實的態(tài)度，引入合作對象，大膽創(chuàng)新嘗試，解決機(jī)組運行中的“大”問題。其中上導(dǎo)油盆蓋改造著眼新材料的使用，創(chuàng)新優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)，消除了機(jī)組運行過程中因油霧泄漏而帶來的安全隱患，解決了水電機(jī)組常見的難題。改造成果可為其他常規(guī)水電機(jī)組或抽水蓄能機(jī)組類似改造提供參考，具備推廣價值。