胡書(shū)平

（湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

機(jī)組軸承甩油分析與處理

胡書(shū)平

（湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

摘要：介紹了三板溪水電廠l號(hào)~4號(hào)水輪發(fā)電機(jī)組的上導(dǎo)、推力、下導(dǎo)軸承甩油改造過(guò)程。通過(guò)分析原因，找到解決辦法。成功消除了由于軸承油箱油擋密封裝置及擋油桶設(shè)計(jì)上存在缺陷而引起的甩油偏高問(wèn)題。該方法可為同類(lèi)型機(jī)組軸承油箱存在甩油處理提供一定參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：接觸式密封；間隙；集油盆；油霧凈化機(jī)

1　引言

三板溪水電站在貴州省黔東南苗族、侗族自治州錦屏縣境內(nèi),位于沅水上游清水江中下游，安裝4 臺(tái)250MW混流式水輪發(fā)電機(jī)組。電站以500 kV一級(jí)電壓接入系統(tǒng)，出線1回至懷化500 kV變電所，在系統(tǒng)中主要承擔(dān)調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用等任務(wù)。電站保證出力234.9MW，多年平均發(fā)電量約24.28億kW·h，年利用小時(shí)數(shù)2 428 h。

2　上導(dǎo)、推力、下導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)

2.1機(jī)組推力導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)

三板溪電廠發(fā)電機(jī)為半傘式結(jié)構(gòu)，推力軸承位于轉(zhuǎn)子下方于下機(jī)架油槽內(nèi)（見(jiàn)圖1）。推力軸承采用彈性波紋油箱，其與托瓦之間設(shè)有高強(qiáng)度合金鋼托盤(pán)。1 6塊推力瓦采用彈性金屬氟塑料瓦，推力軸承設(shè)計(jì)成油浸式。潤(rùn)滑油由放置于下機(jī)架推力油箱內(nèi)部油冷卻器冷卻，冷卻器為抽屜式，共16臺(tái)，冷卻器與推力瓦相對(duì)應(yīng)，循環(huán)油在機(jī)組鏡板旋轉(zhuǎn)的離心力作用下由鏡板與推力瓦進(jìn)油邊進(jìn)入，出油邊流出來(lái)實(shí)現(xiàn)其循環(huán)過(guò)程，熱油經(jīng)內(nèi)部冷卻器進(jìn)行冷卻交換后由冷卻水將熱量帶走，完成循環(huán)過(guò)程。推力油槽蓋板與推力頭之間間隙采用接觸式密封。

2.2上導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)

上導(dǎo)軸承位于轉(zhuǎn)子上方上機(jī)架油槽內(nèi)（見(jiàn)圖2）。軸承為巴氏合金，共12塊，冷卻器為油浸式共12臺(tái)，每臺(tái)冷卻器與上導(dǎo)軸承相對(duì)應(yīng)。熱油經(jīng)軸承座排油孔流出經(jīng)分油板至冷卻器產(chǎn)生冷熱交換后由冷卻水將產(chǎn)生的熱量帶走，冷油經(jīng)分油板、軸承座下部冷油通道后在機(jī)組的離心力作用下由滑轉(zhuǎn)子下部12 個(gè)Φ30的孔射入軸承底部及軸承進(jìn)油邊使軸承潤(rùn)滑，潤(rùn)滑油由于在瓦與滑轉(zhuǎn)子之間形成介質(zhì)，在機(jī)組旋轉(zhuǎn)下產(chǎn)生摩擦，使之油溫升高經(jīng)軸瓦出油邊排出，熱油又經(jīng)軸承座排油孔流出，完成循環(huán)冷卻過(guò)程。

圖l　推力導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)圖

2.3下導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)

下導(dǎo)軸承位于轉(zhuǎn)子下方下機(jī)架油槽內(nèi)（見(jiàn)圖3）。軸承為巴氏合金，共12塊，冷卻器為油浸式共12臺(tái)，每臺(tái)冷卻器與下導(dǎo)軸承相對(duì)應(yīng)。熱油經(jīng)軸承座排油孔流出，經(jīng)分油板至冷卻器產(chǎn)生冷熱交換后由河水將產(chǎn)生的熱量帶走，冷油經(jīng)分油板、軸承座下部冷油通道后，在機(jī)組的離心力作用下由軸頸下部12個(gè)Φ30的孔射入軸承底部及軸承進(jìn)油邊，潤(rùn)滑油由于在瓦與軸頸之間形成介質(zhì)，在機(jī)組旋轉(zhuǎn)下產(chǎn)生摩擦，使之油溫升高經(jīng)軸瓦出油邊排出，經(jīng)軸承座排油孔流出，完成循環(huán)冷卻過(guò)程。

圖2　上導(dǎo)結(jié)構(gòu)圖

圖3　下導(dǎo)結(jié)構(gòu)圖

3　甩油原因分析

（1）三板溪水電廠機(jī)組上導(dǎo)、推力、下導(dǎo)擋油筒為筒式結(jié)構(gòu),由于擋油管設(shè)計(jì)上焊有金屬環(huán)，滑轉(zhuǎn)子上設(shè)有多個(gè)壓力平衡孔，當(dāng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)油溫從15℃升至45℃，在升溫的過(guò)程中油槽內(nèi)的透平油體積膨脹并壓縮內(nèi)部空氣，通過(guò)多個(gè)壓力平衡孔向擋油管方向排出，這些排出的空氣攜帶著膨化后的油霧，導(dǎo)致?lián)跤凸芟露擞忻黠@的油霧冷卻產(chǎn)生的油珠；沒(méi)有被冷卻的油霧隨著冷卻風(fēng)吸附在轉(zhuǎn)子和定子上。

（2）在機(jī)組運(yùn)行時(shí)，透平油不斷獲得能量進(jìn)行膨化形成油霧，部分油霧會(huì)克服壓力平衡孔向擋油管外部溢出，溢出的油霧給機(jī)組運(yùn)行帶來(lái)隱患和污染。同時(shí)易造成定子線棒絕緣老化，發(fā)生火災(zāi)事故；為了設(shè)備健康穩(wěn)定運(yùn)行，為此提出對(duì)機(jī)組擋油管加裝離心甩油環(huán)及集油盆，當(dāng)集油盆內(nèi)存有一定的積油后進(jìn)行定期排放并回收，以解決甩油問(wèn)題。

（3）機(jī)組在運(yùn)行中，推力瓦與鏡板之間的透平油在離心力的作用下，從進(jìn)油邊進(jìn)入出油邊流出，如此往復(fù)循環(huán)，帶走推力瓦與鏡板之間介質(zhì)產(chǎn)生的摩擦熱量，經(jīng)推力冷卻器進(jìn)行熱交換，推力冷卻器水溫上升，水流連續(xù)不斷地把熱量帶走。隨著機(jī)組的持續(xù)運(yùn)行，透平油油溫不斷上升，冷卻器不足以帶走透平油所產(chǎn)生的熱量，當(dāng)油溫達(dá)到一定溫度后，透平油膨化產(chǎn)生油霧，產(chǎn)生的油霧無(wú)法由壓力平衡孔、呼吸器自行消除，油霧在離心力作用下便通過(guò)推力擋油管、密封蓋、呼吸器而溢出造成發(fā)電機(jī)風(fēng)洞內(nèi)設(shè)備及地面上有大量油珠及積油現(xiàn)象，因而提出在推力油槽蓋板上加裝油霧凈化機(jī)，改善風(fēng)洞環(huán)境，徹底解決推力軸承油箱甩油問(wèn)題。

（4）由于機(jī)組的高速旋轉(zhuǎn)，在機(jī)組軸承內(nèi)部與外部之間形成了壓差，在壓差的作用下軸承密封蓋與軸頸之間產(chǎn)生油霧溢出現(xiàn)象。

（5）油槽蓋板、密封蓋上集油嚴(yán)重是由于擋油管甩油嚴(yán)重引起。雖然為接觸式密封，一旦隨動(dòng)密封磨損及卡塞，將引起隨動(dòng)密封與軸頸間存在間隙，用塞尺檢查時(shí)常發(fā)現(xiàn)某些部位存在間隙在0.10～0.40mm內(nèi)。因此，導(dǎo)致了甩油嚴(yán)重。

（6）在解體密封蓋檢查中發(fā)現(xiàn)，接觸式密封材質(zhì)不耐磨，在密封蓋板密封槽上堆積了大量的粉末，形成了油與粉末混合物，導(dǎo)致隨動(dòng)密封體卡塞，造成油霧上溢。

4　甩油處理

4.1安裝集油盆

（1）在上導(dǎo)、推力、下導(dǎo)擋油管下端的主軸上裝有分瓣輕質(zhì)離心甩油環(huán)，使順軸流到該位置的油滴在離心力的作用下改變方向。

（2）在離心甩油環(huán)外側(cè)裝有分瓣槽型接油盆（集油環(huán)），使從該部分流下的透平油及油霧收集在分瓣槽型接油盆（集油環(huán)）中；在分瓣槽型接油盆（集油環(huán)）中設(shè)有緩沖吸油層避免二次污染；分瓣槽型接油盆（集油環(huán)）采用102鑄鋁制造，隨動(dòng)分瓣密封體采用柔性無(wú)塵密封材料，其密封壽命可達(dá)5年以上。

（3）在分瓣槽型接油盆（集油環(huán)）下端設(shè)有排油閥。

4.2安裝油霧凈化機(jī)

（1）在推力油槽蓋板上對(duì)稱(chēng)布置2個(gè)吸油霧筒罩，并將原推力油槽蓋板上的2個(gè)呼吸器進(jìn)行更換（呼吸器高度不允許超過(guò)450mm），并在推力油槽蓋板上與呼吸器成90°的對(duì)稱(chēng)方向分別開(kāi)孔，孔上焊接法蘭，便于安裝油霧凈化機(jī)吸油霧筒罩，此吸油霧筒罩采用離心吸入技術(shù)，保證有效的吸入油霧，同時(shí)在油霧管道另一側(cè)安裝強(qiáng)排油霧裝置，通過(guò)油霧凈化、過(guò)濾后的透平油通過(guò)油泵返回推力油槽。

（2）在下風(fēng)洞內(nèi)墻面對(duì)稱(chēng)安裝2臺(tái)旋風(fēng)式靜電油霧凈化機(jī)，凈化機(jī)設(shè)有固定架。

（3）每臺(tái)油霧凈化機(jī)用鋼管和塑料軟管與吸油霧筒罩連接并固定。

（4）油霧凈化機(jī)由油霧分離層、凝聚層、電子分離層、整流板、風(fēng)機(jī)、集油槽、排油閥、油泵等組成。

（5）油霧凈化機(jī)的開(kāi)停信號(hào)，使用機(jī)組LCU技術(shù)總供水閥開(kāi)啟/關(guān)閉信號(hào)繼電器的結(jié)點(diǎn)。

（6）油霧凈化機(jī)油泵根據(jù)油量進(jìn)行啟、停，并將積油抽至推力油槽。

（7）油霧凈化系統(tǒng)由以下部分組成：

①采用對(duì)稱(chēng)4個(gè)吸油霧筒罩使油槽內(nèi)部負(fù)壓均衡，吸油霧筒罩采用離心吸入技術(shù)，保證有效的吸入油霧，同時(shí)使油霧進(jìn)行初步油空分離（油霧與空氣分離）。

②油霧凈化機(jī)采用超速緩沖旋風(fēng)技術(shù)，對(duì)大粒徑的油霧進(jìn)行二次油空分離，然后將小粒徑的油霧經(jīng)過(guò)靜電荷電凝聚技術(shù)進(jìn)行捕捉，以達(dá)到三次油空分離，提高油霧分離的效率，避免了油霧對(duì)機(jī)組的污染。

③油霧凈化機(jī)內(nèi)設(shè)排油泵，當(dāng)集油箱中油位到達(dá)上限時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)油泵，將油排入推力油槽內(nèi)。

④2臺(tái)旋風(fēng)式靜電油霧凈化機(jī)由一臺(tái)主控柜進(jìn)行控制，當(dāng)機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，油霧凈化機(jī)開(kāi)始工作；機(jī)組停止工作時(shí)，油霧凈化機(jī)延時(shí)5min停止工作。

⑤電油霧凈化機(jī)設(shè)有阻力傳感器、故障傳感器及各種工作狀態(tài)指示。

⑥油霧凈化機(jī)基本參數(shù)（見(jiàn)表1）：

表1　XTJH-600型旋風(fēng)式靜電油霧凈化機(jī)參數(shù)

⑦吸油管道采用鋼管并附有管道支架，法蘭連接，便于檢修拆裝。

⑧主控柜安裝在發(fā)電機(jī)風(fēng)洞動(dòng)力箱旁邊。

⑨推力軸承油槽密封蓋上隨動(dòng)密封，應(yīng)解體檢查處理，增加隨進(jìn)量到1.5mm并活動(dòng)自如，確保密封體與推力頭無(wú)間隙，機(jī)組運(yùn)行后大軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的擺度，密封體始終與大軸接觸，防止推力油槽油霧甩出。

（8）在推力油槽蓋板上加裝的一對(duì)油霧過(guò)濾呼吸器，應(yīng)能可靠的平衡內(nèi)外壓差。

（9）油霧凈化機(jī)采用的離心吸入技術(shù)、進(jìn)出風(fēng)口均設(shè)有過(guò)濾元件，過(guò)濾元件可再生重復(fù)使用。

（10）油霧進(jìn)入凈化機(jī)后，經(jīng)過(guò)分離層使大部分油霧被分離出來(lái)，再經(jīng)過(guò)凝聚層使小顆粒油霧粒子液化為油滴流入集油槽，最后經(jīng)過(guò)電子分離層使分離出的油霧徹底分離凈化，工作原理如圖4。

圖4　油霧凈化裝置工作原理

（11）靜電油霧凈化機(jī)內(nèi)下設(shè)傾斜的集油箱，用于搜集被分離出來(lái)的油霧，通過(guò)油泵抽至推力油槽。

（12）油霧凈化裝置可確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。機(jī)組在檢修、檢查過(guò)程中需拆卸時(shí)，可直接拆除吸油霧管路，如圖5。

圖5　改造后安裝的油霧凈化裝置

5　機(jī)組改造后運(yùn)行效果

三板溪水電廠4臺(tái)機(jī)組經(jīng)過(guò)上述技術(shù)改造后，經(jīng)實(shí)際運(yùn)行，甩油現(xiàn)象已經(jīng)消失，油位未發(fā)生下降，油霧已經(jīng)消除，停機(jī)檢查發(fā)電機(jī)上、下風(fēng)洞干爽清潔，無(wú)油污及油霧飄散現(xiàn)象。

6　結(jié)語(yǔ)

水輪發(fā)電機(jī)組內(nèi)部發(fā)生的甩油、油霧現(xiàn)象，在很

多水電廠中不同程度地存在著，像三板溪水電廠上導(dǎo)、推力、下導(dǎo)軸承油箱如此嚴(yán)重的甩油現(xiàn)象，長(zhǎng)期運(yùn)行將造成定子線棒、引線、轉(zhuǎn)子磁極、阻尼環(huán)的污染，油污對(duì)線棒等絕緣造成腐蝕，加速老化，尤其塵埃中的粉狀鐵磁性物質(zhì)被粘到線棒上，危害就更大，定子通風(fēng)槽、磁極外表面等處的油污清掃起來(lái)十分困難，加大了檢修維護(hù)工作量，個(gè)別部位又難以清掃，給發(fā)電機(jī)運(yùn)行留下了隱患，轉(zhuǎn)子下部的制動(dòng)環(huán)被油污覆蓋，直接影響機(jī)組停機(jī)時(shí)間，甚至影響設(shè)備整體的穩(wěn)定運(yùn)行。所以，及時(shí)有效地處理機(jī)組甩油及油霧具有重要意義。三板溪水電廠相關(guān)技術(shù)人員通過(guò)分析油霧逸出的內(nèi)甩油及外甩油現(xiàn)象，采用安裝擋油筒和油霧凈化機(jī)2項(xiàng)舉措，有效抑制了軸承油箱甩油現(xiàn)象，保障了機(jī)組安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]DL/T 5038-94燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組安裝工藝導(dǎo)則[S].

[2]DL/5420-2099水輪發(fā)電機(jī)定子現(xiàn)場(chǎng)裝配工藝導(dǎo)則[S].

中圖分類(lèi)號(hào)：TV735

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-5387（2015）08-0065-04

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.08.019

收稿日期：2015-05-04

作者簡(jiǎn)介：胡書(shū)平（1982-），男，肋理工程師，從事水電站檢修管理工作。