史恩澤，陸 波

(國網東北分部綠源水力發(fā)電公司太平灣發(fā)電廠，遼寧 丹東 118000)

1 概況

某電站位于遼寧省寬甸滿族自治縣鴨綠江流域，距丹東市82 km，距寬甸滿族自治縣48 km。廠區(qū)內有兩座引水式地面廠房，其中A 站廠房內安裝1，2 號水輪發(fā)電機組，單機容量75 MW，1989 年兩臺機組相繼投產發(fā)電;B 站廠房內安裝3，4 號水輪發(fā)電機組，單機容量100 MW，2014 年兩臺機組相繼投產發(fā)電。

2 問題簡述

B 站廠房內的3，4 號機組在投產發(fā)電不足兩年時間后，其水輪發(fā)電機的推力軸承和下導軸承就開始出現(xiàn)甩油問題。2018 年10 月以后，甩油問題開始加重，尤其是推力軸承，油霧從油擋的密封齒與轉動部件的縫隙逸出，在發(fā)電機轉子的旋轉鼓風作用下，吹入定子、轉子、機架、油槽和水車室等部件的表面。推力頭與推力油擋的密封齒之間的間隙由安裝時幾乎為0，到2019 年4 月測量時間隙呈不均勻狀態(tài)，最大的部位達到0.30 mm，個別部位無間隙。油擋的密封齒與轉動部件接觸部位磨損嚴重，推力頭外緣和下導滑轉子與密封齒的接觸部位普遍被研磨出0.5 ～1 mm 深的溝痕。

3 軸承甩油的原因分析

3.1 水輪發(fā)電機軸承的密封結構形式

B 站廠房內的3，4 號機組：水輪發(fā)電機型號為SF100-40/9200，額定轉速150 r/min，設有上導、下導和推力三部軸承，推力軸承安裝在轉子下方。軸承的密封結構形式均為接觸式密封油擋。推力軸承的油擋密封齒為上下腔結構，上下腔各設兩個擋油管，其中上腔的兩個擋油管和下腔的一個擋油管用法蘭封堵，下腔的另一個擋油管連接吸油霧裝置。上導軸承和下導軸承的油擋密封齒為單腔結構，各設兩個擋油管，一個擋油管用法蘭封堵，另一個擋油管連接吸油霧裝置，油霧收集裝置全部安裝在水輪機層地面上，機組運行時自動投入，機組停機時，自動停止。油擋的密封蓋上未設計呼吸器或油霧分離器。

3.2 軸承甩油的原因分析

3.2.1 油霧產生的原理

(1) 由于透平油使用過程中混入了一定量的水分和空氣，隨著機組運行中油溫度的升高，透平油中的水分產生了汽化現(xiàn)象，汽化時帶走一定量的透平油，從而形成油霧。

(2) 隨著機組的轉動，透平油跟隨轉動部件(推力軸承的鏡板或導軸承的滑轉子)流動，使透平油與機組的動、靜部件產生碰磨，產生大量的泡沫，加大了透平油與空氣的接觸面積，使透平油自身的汽化加劇，形成了大量油霧。機組轉速愈大，轉動件直徑愈大，產生的汽化效應愈強[1]。

(3) 由于受機組運行中轉子旋轉的鼓風作用影響，在推力頭或滑轉子內下側至油面之間容易形成局部負壓，這也加劇了透平油的汽化速度，從而形成油霧。

3.2.2 甩油的原因

由于油擋的密封齒與轉動部件的摩擦損耗，當磨損量大于彈簧的可調節(jié)量時，密封齒與轉動的結合部位就產生間隙，間隙越來越大，油霧逸出量也隨之變得更加嚴重。盡管電站設有吸油霧裝置，但因裝置與油槽距離較遠，且吸油管有多處彎頭，吸油霧效果有限，不僅沒能起到較好的疏導作用，而且由于裝置投入過程中產生的負壓作用，還會加速油槽內油霧的產生。油霧在發(fā)電機旋轉負壓和油槽內油霧膨脹壓力的雙重作用下，沿著油擋密封齒縫隙和油槽密封結合不良的部位溢出，形成了機組甩油問題[2]。

4 甩油問題的危害及處理方法

4.1 危害

(1) 造成透平油大量損失，油槽內需要不斷補充損失的透平油，增加了運行成本，也給日常維護帶來不必要的負擔。

(2) 妨礙油的循環(huán)，造成供油不足，影響散熱；油霧飄落到定子線棒和轉子線圈等絕緣部件的表面，會使絕緣阻值降低，可能發(fā)生嚴重的事故。

(3) 透平油外逸導致運行環(huán)境惡化，使機組內部地面光滑難行，極易造成運維人員滑倒或磕碰事件，存在導致人身安全受損的風險隱患。

4.2 處理方法

4.2.1 處理方案的論證

針對水電機組甩油的問題，目前的處理方法按原理可劃分為三類。一類是采用阻擋法，即“堵”的方法，在轉動部件的結合部位安裝密封齒或毛氈等，阻止油霧的逸出。二類是采用均壓法，通過自然補氣或強制補氣，破壞機組運行時油槽內形成的負壓區(qū)，減少油霧的形成，如密封蓋加裝呼吸器或油霧分離器，推力頭或滑轉子再加工通孔等。三類是采用“疏”的方法，即加裝吸油霧裝置，將產生的油霧收集到裝置中，防止發(fā)生油污染[3]。

除上述三種方法之外，在滿足推力軸承和導軸承的安全溫度的情況下，適當降低油位，也可以減輕甩油。

4.2.2 方案確定

根據水輪發(fā)電機軸承油霧產生的原理及甩油處理方案的論證結果，考慮到機組的運行條件和現(xiàn)場的實際情況，確定如下處理方案。

(1) 保留原油槽密封蓋、原吸油霧裝置，在其余的擋油管上加裝呼吸器，在推力軸承上加裝三個，下導軸承加裝一個，更換密封齒。

(2) 密封齒的選材。原密封齒在應用較短的時間后就產生了較大的磨損，對主軸產生了較大的損害，說明電站安裝時應用的接觸式密封存在產品質量問題或在安裝過程中存在偏心的問題。推力頭和滑轉子的磨損，說明密封齒與轉動部件接觸部位滑動摩擦力大，或者密封齒材質過于堅硬等。可見現(xiàn)場存在上述環(huán)節(jié)中的一個或多個問題，因此必須做好新密封齒的選材、安裝工作。

密封齒與轉動部件接觸越緊密，擋油霧效果越好，但如果接觸過于緊密，會使接觸部位溫度升高，且摩擦損耗大，對主軸和密封都有損害作用。最理想的狀況是密封齒后面的彈簧不受力時，密封齒與主軸接觸處間隙為零，但由于主軸在運行中產生擺度，所以摩擦不可避免。在密封齒的選材上，材料的特性應是摩擦系數小、硬度低且抗磨好、耐高溫，運行中不產生粉塵。

經過調研，最后選擇了哈爾濱仟兆電力有限公司生產的極限間隙密封(專利號：CN101648330A)，該產品使用的密封齒材質為一種有機高分子復合材料[4]，具有上述特點，產品在國內許多水電站應用，客戶反響較好。

5 處理效果

按照事先制定的處理方案進行處理，該電站的推力密封和下導油擋密封于2019 年6 月改造完成。經過近兩年時間的運行，期間又經歷了2019 年和2020 年兩個年度的汛期長時間大發(fā)電，風洞、軸承部件表面及附近檢查均未發(fā)現(xiàn)任何油跡，密封齒也未發(fā)現(xiàn)明顯磨損，吸油霧裝置未有大量油吸出；目前機組運行穩(wěn)定，瓦溫正常，這說明該電站水輪發(fā)電機軸承的甩油問題處理是成功的，并且效果良好，消除了設備隱患，確保了機組的安穩(wěn)運行。

6 下一步建議

6.1 現(xiàn)行改造方案存在的問題

該電站水輪發(fā)電機軸承甩油霧問題處理雖然取得了較好的效果，但受條件限制，仍有一些不足的地方，包括:

(1) 由于現(xiàn)主軸與密封齒結合的部位磨損較為嚴重，改造方案僅更換密封齒，新密封齒仍與磨損部位重合，影響了密封效果。

(2) 加裝的呼吸器安裝位置在原有擋油管上，擋油管設置在兩道密封之間，不能及時將油槽內油霧平衡掉，影響均壓效果。

6.2 改進建議

(1) 結合水輪發(fā)電機組B 級及以上檢修時機，對軸承的密封油擋進行整體更換，將密封齒與轉動部件磨損的部位錯開，獲得更好的密封效果。

(2) 呼吸器設計在軸承蓋上，根據產生的油霧量設計多個呼吸器，增加補氣效果，更好地平衡油槽內油霧產生的壓力，減少油霧的產生。

(3) 在運行一個機組大修周期后，如果吸油霧裝置無油霧吸出，可將吸油霧裝置拆除，這樣不僅可以節(jié)約能源，還可以減輕設備維護的工作量，使發(fā)電機內部騰出更多的空間，便于運維作業(yè)。

7 結束語

水輪發(fā)電機組軸承的甩油問題是水電站常見問題之一，其治理方法也沒有統(tǒng)一的標準，各個水電站需要根據水輪發(fā)電機組、軸承結構形式以及運行工況，選擇合適的密封結構。該電站水輪發(fā)電機軸承甩油的治理經驗，為水電行業(yè)治理同類問題提供了借鑒。