高從闖，肖先照，黃 艷，陳忠賓

（1．江蘇國信溧陽抽水蓄能發(fā)電有限公司，江蘇省常州市 213334；2．江蘇沙河抽水蓄能發(fā)電有限公司，江蘇省常州市 213333）

0 前言

甩油和油霧是水輪發(fā)電機組一個較為普遍的問題，也是一個疑難雜癥問題。是否存在甩油、油霧現(xiàn)象是評價水輪發(fā)電機組安全穩(wěn)定性的一項重要指標。某抽水蓄能電站裝有多臺單機容量為250MW的混流可逆式水泵水輪機—發(fā)電電動機組，發(fā)電電動機采用立軸半傘式全空冷結構，為國內某大型水電設備制造廠制造供貨。本文以該抽水蓄能電站發(fā)電電動機推力及下導軸承為研究對象，針對推力及下導軸承存在的甩油油霧問題進行分析和處理。

1 推力及下導軸承結構[1-2]

該抽水蓄能電站發(fā)電電動機推力軸承、下導軸承位于轉子下方下機架油槽內，采用的是推力和下導軸承組合體共用一個油槽的結構。機組額定轉速為300r/min，飛逸轉速為475r/min，推力負荷為815t，潤滑油為46號汽輪機機油。推力軸承配置12塊巴氏合金推力瓦，并配備有高壓油頂起系統(tǒng)，采用單波紋彈性油箱的支撐方式。推力頭與鏡板合為一體成為鏡板推力頭，推力頭上端與轉子支架采用銷套連接固定，推力頭下平面即為鏡板面，直接與推力瓦面接觸，側面兼作下導滑轉子軸領面，下導瓦的支撐為球面支柱加調整墊片結構，配置16塊巴士合金導瓦。推力軸承的潤滑油循環(huán)方式為外加泵外循環(huán)。具體結構如圖1所示。

圖1 推力及下導軸承裝配Figure 1 Thrust and lower guide bearing assembly

2 甩油和油霧問題

該抽水蓄能電站機組在調試及投入商業(yè)運行后部分機組推力及下導軸承存在外甩油、油霧問題。即油槽內的油從接觸式油擋與推力頭的接觸處溢出，甩出的油流淌到油槽蓋板，再從油槽蓋板流淌到發(fā)電機下蓋板，最終散落到水車室控制環(huán)上。從油槽逸出的油霧彌漫到整個發(fā)電機風洞，在冷卻風的循環(huán)作用下定子線棒、磁極、自動化元件黏附油漬，定子鐵芯通風溝內和空氣冷卻器散熱片內黏附油污，風洞內壁及地面黏附一層透平油。其中，第6號發(fā)電電動機甩油和油霧問題最為嚴重，第1～3號發(fā)電電動機存在輕微油霧，第4號和5號機發(fā)電電動機在過速時也不存在甩油、油霧問題。另外，2號和4號發(fā)電電動機在C

級檢修后出現(xiàn)過補氣管路噴油現(xiàn)象，吸油霧裝置吸油現(xiàn)象。推力及下導軸承甩油、油霧如圖2～圖5所示。

圖2 接觸式油擋及油槽蓋板覆蓋一層油Figure 2 A layer oil on contact oil baffle and oil groove

圖3 控制環(huán)上覆蓋一層油Figure 3 A layer oil on operating

圖4 絕緣盒上懸掛油珠Figure 4 The oil drops on insulating box

圖5 空氣冷卻器上黏附油漬Figure 5 Oil stains adhering to the air cooler

3 甩油油霧的危害[3-4]

以該抽水蓄能電站為例，較為嚴重的甩油、油霧影響機組的安全穩(wěn)定運行，增加電廠檢修維護的工作量，而且還會造成電站周圍環(huán)境污染。

3．1 對機組的危害

發(fā)電電動機推力及下導軸承在運行過程中甩出來的油，從油槽逸出的油霧會導致定、轉子繞組污染，影響繞組的散熱效果，腐蝕繞組絕緣，降低繞組絕緣強度以及減少使用壽命。推力及下導軸承甩油和油霧導致油槽油位下降，當油位下降到一定程度會導致下導瓦溫度、潤滑油溫度升高，最終導致燒瓦事故。油霧凝結成油堵塞定子通風溝、空氣冷卻器散熱片，影響通風循環(huán)效果，最終風洞內整體溫度上升，高壓絕緣部件會出現(xiàn)損傷。另外，油霧混雜著粉塵黏附在自動化元件上，導致自動化元件誤報警或者誤動作。

3．2 增加檢修工作量及安全風險

對發(fā)電電動機風洞內設備、風洞墻壁及地面、水車室內設備部件上油漬反復清理，頻繁地往油槽內補油以及對吸油霧裝置排油等增加了電站檢修維護人員的工作量，而且還增加了電站運行和檢修人員滑倒、高處墜落等人身傷害的風險。

3．3 造成環(huán)境污染

逸出的油霧擴散到整個廠房導致廠房工作環(huán)境彌漫著透平油味；甩出來的油收集、處理不到位，會影響電站上、下庫水域及周邊生態(tài)環(huán)境。

4 甩油和油霧問題分析[5-7]

該抽水蓄能電站多臺發(fā)電電動機推力及下導軸承甩油、油霧問題存在很大差異，共同點是甩油、油霧都發(fā)生在推力接觸式油擋的密封齒與推力頭接觸處，即“外甩油，外逸油霧”。下面將從結構設計、制造安裝兩個方面進行分析。

4．1 結構設計方面

相對于常規(guī)水輪發(fā)電機，該抽水蓄能電站發(fā)電電動機屬于大容量、高轉速機組。由于廠房的高度限制、機組軸系的要求致使發(fā)電電動機結構緊湊、空間有限，推力及下導軸承設計為共用一個油槽成組合軸承結構。受下機架處混凝土墻的影響，組合軸承油槽在結構尺寸上受到限制。組合軸承內推力瓦、導瓦、托板、彈性油箱等零部件較多，外循環(huán)所必備的油管路也較多，冷熱油隔板、防止甩油油霧所采用的措施也很復雜。結構的限制導致接觸式油擋密封齒與油面的距離僅為265mm，油位在機組運行的過程中波動極易導致油從接觸式油擋密封齒處溢出到油槽外。另外，推力油槽蓋板距離正常液位油面距離僅為185mm，機組運行過程中產生的油霧極易充滿相對有限的空間，隨著機組運行的時間變長，油槽內潤滑油的溫度升高，油霧越來越多，并形成一定壓力的油霧。最終，帶有壓力的油霧便會從接觸式油擋的密封齒處逸出到油槽外。圖6為該抽水蓄能電站推力及下導軸承油霧逸出三維仿真。

圖6 推力及下導軸承油霧逸出三維仿真Figure 6 Three dimensional simulation of oil mist escaping from thrust and lower bearing

4．2 制造安裝方面

根據(jù)該抽水蓄能電站多臺機組運行狀態(tài)，第4、5號發(fā)電機推力及下導軸承從未出現(xiàn)甩油、油霧問題。第1～3號推力及下導軸承存在輕微的甩油、油霧問題，第6號機甩油較為嚴重。為何機組存在如此大的差異？分析其中很大的一個原因在于制造安裝方面。油槽內穩(wěn)油蓋、穩(wěn)油板、隔油蓋、冷熱油隔板等重要部件各瓣之間的間隙，以及這些部件與轉動部件的間隙至關重要。這些部件安裝不平整、間隙達不到設計要求、穩(wěn)油板與導瓦位置安裝不匹配，轉動部件與機架不同心，水平度不好等，都會導致推力及下導軸承內油面波動大，進而出現(xiàn)甩油和油霧現(xiàn)象。另外，冷熱油隔板、穩(wěn)油板制造時與圖紙尺寸存在偏差，各瓣間的縫隙較大；接觸式油擋密封齒彈簧質量問題導致密封齒不能與轉動部件隨動，密封齒磨損量較大，與推力頭接觸間隙變大。在轉子旋轉風扇的作用下，油槽內的油霧、潤滑油從油擋與推力頭的間隙處被抽出，這更加重了推力及下導軸承的甩油和油霧。

5 甩油和油霧問題處理及過程[7-8]

針對該抽水蓄能電站機組的甩油油霧問題，根據(jù)多臺機組推力及下導軸承甩油、油霧程度的不同，采取了不同的措施，如降低推力及下導軸承油位；在油槽蓋上增加呼吸器來平衡油槽內壓力；在接觸式油擋上增加毛刷裝置來密封油和油霧；將接觸式油擋換成氣密封裝置，用氣來密封油霧和甩油；在油槽內增加泵環(huán)，封堵推力頭上甩油孔等。其中具有一定成效的處理方案如下：

（1）降低推力及下導軸承油槽油位50～70mm（正常油位超過導瓦中心線50mm），改善了第1～3號機組推力及下導軸承的油霧問題，但是第6號機組甩油、油霧問題絲毫沒有得到改善。

（2）接觸式油擋分上、下兩個腔，將吸油霧補氣系統(tǒng)更改為上腔補氣和下腔吸油霧（與原先相反），解決了第2號和第4號機組推力及下導軸承呼吸器噴油，吸油霧裝置吸油的現(xiàn)象。

（3）采用氣密封裝置、在油槽內增加甩油環(huán)、封堵推力頭上泵孔等方案的綜合實施，一定程度上延緩和改善了機組甩油和油霧，但沒有從根本上解決問題。

（4）匹配穩(wěn)油板和導瓦位置，讓穩(wěn)油板各瓣間縫隙和導瓦邊緣錯開，防止油在導瓦邊緣受阻后上串到接觸式油擋和推力頭形成的密封腔。同時，將分瓣的穩(wěn)油蓋與分瓣的穩(wěn)油板間隙錯開，并按照圖紙調整穩(wěn)油蓋與推力頭側面間隙。除此之外，安裝時保證接觸式油擋與推力頭同軸度，更換合適的密封齒（含密封齒上的彈簧）。幾種方案的共同實施基本解決了該抽水蓄能電站第6號機組推力及下導軸承的甩油問題，也很大程度上改善了油霧外溢狀況。

6 結語

抽水蓄能發(fā)電電動機推力軸承與常規(guī)機組相比具有轉速高、空間緊湊、結構復雜的特點。由于是推導組合軸承，機組運行時產生的熱量，所需要的潤滑油量也要多于常規(guī)機組。本文以某抽水蓄能電站發(fā)電電動機推力及下導軸承為研究對象，針對推力及下導軸承在調試及投入商業(yè)運行后部分機組出現(xiàn)的甩油、油霧問題進行了分析和處理，極大地改善了該抽水蓄能電站發(fā)電電動機推力及下導軸承甩油和油霧問題，總結如下：

（1）發(fā)電電動機在整體結構設計時應該充分考慮推力及下導軸承的甩油油霧問題，提前留足布置空間。

（2）在具體結構設計前，在主設備廠推力軸承試驗平臺上模擬真機試驗，弄清楚機組甩油、油霧的機理，有指導性地開展結構設計。

（3）關鍵影響機組甩油油霧的部件如穩(wěn)油板、穩(wěn)油蓋、冷熱油隔板等部件制造要嚴格把好質量關。

（4）對接觸式油擋密封齒開展研究，耐磨損、隨動性好的密封齒能有效地防止油霧的產生。

（5）針對不同機組甩油、油霧問題，從本質上分析原因，以“疏通”的思想代替“封堵”。

（6）在安裝的時候嚴格按照相關文件進行，注重關鍵部件的安裝，保證安裝間隙。