瀑布溝水電站發(fā)電機(jī)油霧的治理研究及應(yīng)用

武 彬，任澤民，敬燕飛

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瀑布溝水電站發(fā)電機(jī)油霧的治理研究及應(yīng)用

武 彬，任澤民，敬燕飛

（國電大渡河瀑布溝水力發(fā)電總廠，四川漢源 625304）

針對瀑布溝水電站發(fā)電機(jī)軸承油霧嚴(yán)重的問題，從發(fā)電機(jī)軸承油霧形成機(jī)理及油霧泄漏路徑分析了造成發(fā)電機(jī)油霧嚴(yán)重的原因，通過研究攻關(guān)并不斷優(yōu)化改進(jìn)治理措施，最終徹底解決了發(fā)電機(jī)油霧難題，為其他大型水輪發(fā)電機(jī)油霧治理提供了借鑒和參考。

油霧；密封阻擋；抽吸回收；組合密封；擋油環(huán)；接油槽

0 前言

瀑布溝水電站是大渡河干流水電梯級開發(fā)第17個(gè)梯級電站，以發(fā)電為主，兼有防洪、攔沙等綜合利用效益的大型水電工程。電站裝機(jī)總?cè)萘?600MW，采用6臺單機(jī)容量600MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組[1]。自電站投產(chǎn)以來，6臺發(fā)電機(jī)的推力軸承與下導(dǎo)軸承均存在嚴(yán)重的油霧問題，油霧隨機(jī)組通風(fēng)路徑擴(kuò)散致使發(fā)電機(jī)下導(dǎo)軸承油槽蓋、下機(jī)架中心體內(nèi)、轉(zhuǎn)子下圓盤邊緣、發(fā)電機(jī)空氣冷卻器風(fēng)口、下機(jī)架及水車室花鐵板等部位存在大量油跡，發(fā)電機(jī)油霧不僅要消耗大量的潤滑油，而且還嚴(yán)重污染發(fā)電機(jī)定子鐵心、定子線棒及轉(zhuǎn)子線圈，降低定子線棒及轉(zhuǎn)子線圈的絕緣強(qiáng)度及使用壽命，嚴(yán)重危及機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 發(fā)電機(jī)軸承結(jié)構(gòu)

（1）推力軸承結(jié)構(gòu)。推力軸承安裝于下機(jī)架中心體上，推力軸承推力負(fù)荷為2900t，共設(shè)有20塊扇形瓦，推力軸承采用彈性金屬塑料瓦、多波紋彈性油槽支撐方式，軸承采用外加泵外循環(huán)冷卻方式，推力油槽的擋油管、油槽壁直接安裝于下機(jī)架中心體上平面，推力油槽蓋為TNS密封蓋，采用碳精塊接觸密封，油槽蓋上裝設(shè)三臺吸油霧裝置，鏡板直徑為4.3m，推力結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 推力結(jié)構(gòu)圖

（2）下導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)。下導(dǎo)軸承安裝于下機(jī)架中心體內(nèi)，下導(dǎo)軸承采用巴氏合金分塊瓦、抗重螺栓支撐、油浸式自循環(huán)冷卻方式，下導(dǎo)油槽的內(nèi)擋油管及底板直接安裝于下機(jī)架中心體下平面，大軸與油槽內(nèi)擋油管之間安裝接油槽，油槽蓋為TNS密封蓋，采用碳精塊接觸密封，油槽蓋上裝設(shè)三臺吸油霧裝置，下導(dǎo)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 下導(dǎo)結(jié)構(gòu)圖

2 原因分析

從瀑布溝發(fā)電機(jī)推力軸承及下導(dǎo)軸承油槽的油霧實(shí)際情況和其他電廠運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可知，油霧產(chǎn)生機(jī)理是機(jī)組運(yùn)行過程中鏡板、推力頭、軸領(lǐng)帶動靜止油運(yùn)動，軸承動、靜部件在工作中摩擦生熱，從而導(dǎo)致油溫升高，油槽內(nèi)的油在離心力的作用下向油槽外壁飛濺、攪動，從而使油滴、油霧從油槽蓋板、擋油管及組合面等縫隙處溢出。雖然瀑布溝發(fā)電機(jī)推力軸承和導(dǎo)軸承油槽在制造設(shè)計(jì)時(shí)采用了穩(wěn)流板、吸油霧裝置、接觸式油槽密封蓋等防油霧措施，但實(shí)際防油霧效果不佳。從瀑布溝機(jī)組推力軸承及導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)，以軸承油槽外甩油霧和內(nèi)甩油霧兩類來源進(jìn)行綜合分析，造成機(jī)組油霧嚴(yán)重的主要原因有以下五點(diǎn)：

（1）軸承油槽容積偏小，油霧凝結(jié)空間受限。機(jī)組運(yùn)行時(shí)大軸帶動軸承的鏡板、推力頭、軸領(lǐng)等部分不斷轉(zhuǎn)動，使油槽內(nèi)已形成的油霧四處飛逸，油霧需要一定的空間來凝結(jié)，但現(xiàn)有油槽容積偏小，油霧有效凝結(jié)空間不足，造成油霧從油槽各縫隙處逸出。

（2）軸承油槽密封蓋密封結(jié)構(gòu)不合理，形成外甩油霧的主泄漏通道。油槽密封蓋動密封為雙層碳精塊接觸式密封，雙層碳精塊形成一空腔，空腔處安裝吸油霧裝置進(jìn)行抽吸、處理油霧。TNS密封蓋對應(yīng)大軸區(qū)域未設(shè)置防止油順軸上爬的阻擋措施，造成大量油沿軸上爬至密封蓋的碳精密封塊處，同時(shí)該密封蓋的雙層碳精塊需要依靠彈簧作用使碳精塊貼緊大軸才能形成零間隙密封。因碳精塊自身材料的摩擦系數(shù)大，潤滑效果不佳，造成碳精塊與大軸接觸區(qū)域溫度升高，不利于油霧凝結(jié)。另主軸因受熱發(fā)生局部變形造成機(jī)組軸系變化，影響機(jī)組安全運(yùn)行。因此碳精塊與大軸不能做到真正的零間隙密封，該處成為油霧的主要外泄通道。

（3）軸承油槽內(nèi)部壓力高于外部氣壓，促使油霧外泄。機(jī)組運(yùn)行時(shí)軸承動、靜部件在工作中相互摩擦生熱，導(dǎo)致油槽內(nèi)油溫升高，使?jié)櫥褪軣崤蛎?，另加之油槽?nèi)的攪動使空氣進(jìn)入潤滑油，造成了油槽內(nèi)油面升高，并隨油霧的不斷形成及加劇，使得油槽內(nèi)部油霧混合空氣壓力高于油槽外部氣壓，油槽內(nèi)外的氣壓差使得油槽內(nèi)的油霧更易泄漏[2]。

（4）推力油槽內(nèi)擋油管與大軸間無接油槽，形成油槽內(nèi)甩油霧的外泄通道。機(jī)組運(yùn)行過程中軸承油槽內(nèi)不斷形成油霧，油槽內(nèi)氣壓也高于正常氣壓，加之大軸旋轉(zhuǎn)使推力油槽內(nèi)擋油管與大軸間區(qū)域形成負(fù)壓區(qū)域，進(jìn)一步加劇油霧外溢。

（5）軸承組合面及管路存在滲油現(xiàn)象，促使油霧加劇。發(fā)電機(jī)下導(dǎo)軸承的油槽蓋與下機(jī)架組合面的螺栓為通孔，造成油霧從螺栓通孔處泄漏，檢修時(shí)封堵組合面上的螺栓通孔，該處滲油得到徹底解決。推力軸承的副油槽蓋由四瓣組合而成，因加工制造等原因使副油槽組合面存在錯(cuò)牙和局部間隙等情況造成該處明顯滲油現(xiàn)象，利用檢修對組合面進(jìn)行了局部加工及密封處理。

3 治理措施研究

針對發(fā)電機(jī)油霧的嚴(yán)重情況，電廠聯(lián)合檢修單位及發(fā)電機(jī)廠家開展發(fā)電機(jī)油霧治理攻關(guān)，在工廠內(nèi)的機(jī)組模型臺上開展油霧試驗(yàn)。研究分析油槽形成機(jī)理，結(jié)合油槽油霧實(shí)際情況將油霧分成軸承油槽外甩油霧和內(nèi)甩油霧兩類進(jìn)行綜合治理，經(jīng)過6次不斷的優(yōu)化改進(jìn)，最終形成了密封阻擋與抽吸回收相結(jié)合的核心治理措施，具體針對性治理措施如下。

（1）結(jié)合設(shè)備空間位置更換加高的油槽密封蓋，整體加高了密封蓋67mm，增大軸承油槽內(nèi)部容積，有效地增加了油霧的凝結(jié)空間，一定程度上減輕了油霧的形成。

（2）在密封蓋動密封對應(yīng)的大軸位置下部50mm處加裝擋油環(huán)，擋油環(huán)采用非金屬材料，大軸焊接擋塊用于固定擋油環(huán)，擋油環(huán)阻止?jié)櫥晚樦筝S向上攀爬，擋油環(huán)相對面有油霧吸收層，可有效吸收擋油環(huán)甩出的油滴，避免油滴四處飛濺，進(jìn)一步減輕了油霧的形成和擴(kuò)散。

當(dāng)前，學(xué)生的座位編排依據(jù)主要有身高、成績、男女搭配、互助共進(jìn)、個(gè)性互補(bǔ)等，但不論是哪種編排依據(jù)，都存在一定的弊端，也受到家長與社會的詬病。

（3）密封蓋采用組合密封的密封結(jié)構(gòu)，組合密封由三道接觸密封齒及兩道柔性密封片組成，組合密封示意圖如圖3所示。接觸密封齒按圓周方向等分為偶數(shù)份，每等份密封齒通過專用彈簧的作用能靈活地徑向前進(jìn)和后退，保證跟隨大軸的轉(zhuǎn)動做到實(shí)時(shí)跟蹤，同時(shí)彈簧能夠有效補(bǔ)償密封齒的運(yùn)行磨損量，實(shí)現(xiàn)了密封齒與大軸零間隙密封；接觸密封齒材料采用非金屬復(fù)合材料，該材料具有良好的自潤滑功能、摩擦系數(shù)較小，并具有耐油、耐高溫、耐腐蝕等特性，并且密封齒與大軸為尖齒線形接觸，極大地減輕了密封齒與大軸間的摩擦熱量，又起到良好的密封阻擋作用。柔性密封片具有自動密封功能，該材料具有優(yōu)良的自潤滑性能、摩擦系數(shù)極小、耐油、耐高溫、耐摩擦，機(jī)組在運(yùn)行中由送風(fēng)裝置的送氣及大軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生風(fēng)壓的共同作用，使柔性密封片自動鼓起緊密貼合大軸，達(dá)到最佳的密封狀態(tài)；密封蓋的組合密封能徹底避免油霧及油通過大軸與密封蓋的間隙泄漏。

圖3 組合密封示意圖

（4）組合密封的結(jié)構(gòu)形式將密封蓋的密封部分分為上、下兩個(gè)腔室。在密封蓋上腔室安裝送風(fēng)裝置，向上腔室輸送加壓空氣，防止該區(qū)域形成負(fù)壓，隔斷油霧外泄通道，并有利于柔性密封片自動鼓起密封，形成最佳密封狀態(tài)。在送風(fēng)裝置出風(fēng)口側(cè)加裝單向閥，避免油霧在送風(fēng)裝置停運(yùn)狀態(tài)從送風(fēng)通道外泄；在密封蓋下腔室安裝油霧自動處理裝置，將下腔室的油霧抽吸進(jìn)油霧處理裝置，并將油霧進(jìn)行油與空氣分離處理，分離后的油回流至油槽內(nèi)，并在油霧自動處理裝置吸油霧口側(cè)及排油口側(cè)加裝單向閥，避免油霧在油霧自動處理裝置停運(yùn)狀態(tài)從油霧吸收處理通道外泄。送風(fēng)裝置及油霧自動處理裝置路徑示意圖如圖4所示，送風(fēng)裝置和油霧自動處理裝置分為兩組，采用輪換啟動方式，實(shí)現(xiàn)了油霧的抽吸與回收處理。同時(shí)密封蓋上安裝6只呼吸器，呼吸器使油槽內(nèi)的油霧在通過呼吸器內(nèi)的折流板過程中使油霧凝結(jié)成油滴，油滴返流回油槽內(nèi)，經(jīng)過濾處理的空氣被排出油槽，保障了油槽內(nèi)外壓力平衡，避免油槽內(nèi)油霧因內(nèi)外壓差大溢出。

（5）在推力軸承內(nèi)擋油管與大軸間加裝具有組合密封結(jié)構(gòu)的接油槽，在接油槽對應(yīng)的大軸區(qū)域上部50mm處加裝擋油環(huán)，接油槽及擋油環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示，將油槽由于內(nèi)甩油和負(fù)壓吸出的油霧封閉在密閉空間，使油霧在密閉空間內(nèi)凝結(jié)，通過擋油環(huán)將凝結(jié)的油滴收集在接油槽內(nèi)，從而有效地避免了油槽內(nèi)甩油和負(fù)壓吸出的油霧擴(kuò)散，接油槽及擋油環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示；同時(shí)在接油槽上裝設(shè)4只呼吸器，保證接油槽內(nèi)外壓力平衡，防止接油槽內(nèi)部產(chǎn)生較大負(fù)壓吸出軸承內(nèi)的大量油霧，另在接油槽底部裝設(shè)2根排油管，定期排放接油槽內(nèi)收集的積油，防止接油槽內(nèi)積油過多通過組合密封大量外泄。

圖5 接油槽及擋油環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖

（6）軸承組合面及管路法蘭滲油處理。將各組合面及管路法蘭的普通密封件更換為耐油、耐高溫的密件墊，各密封面涂抹專用密封膠，并嚴(yán)格控制工藝，防止油霧通過軸承的各處靜密封泄漏擴(kuò)散，另擇機(jī)對推力副油槽進(jìn)行整體拆除返廠加工處理，徹底消除該處缺陷。

4 應(yīng)用效果及結(jié)論

本文從發(fā)電機(jī)軸承油霧形成機(jī)理及油霧泄漏路徑入手，按發(fā)電機(jī)油霧來源分為軸承油槽外甩油霧和內(nèi)甩油霧兩類進(jìn)行了綜合研究治理，外甩油霧通過大軸加裝擋油環(huán)，整體加高密封蓋，密封蓋與大軸間采用組合密封，組合密封形成的上腔室安裝送風(fēng)裝置送氣，下腔室安裝油霧自動處理裝置回收處理油霧；內(nèi)甩油霧通過大軸加裝擋油環(huán)及安裝有組合密封的接油槽，在密閉空間內(nèi)凝結(jié)回收油霧。通過采取上述措施后，經(jīng)過發(fā)電機(jī)的長時(shí)間運(yùn)行檢驗(yàn)，發(fā)電機(jī)軸承密封蓋未發(fā)現(xiàn)油霧痕跡，機(jī)組風(fēng)洞、下機(jī)架及水車室內(nèi)未見積油。

在不改變發(fā)電機(jī)軸承結(jié)構(gòu)的前提下，通過采取密封阻擋與抽吸回收相結(jié)合的核心理念，通過改進(jìn)軸承密封蓋結(jié)構(gòu)和加裝有組合密封的接油槽，徹底解決了大型水輪機(jī)發(fā)電機(jī)油霧的難題，為其他大型水輪機(jī)發(fā)電機(jī)油霧治理提供了借鑒和參考。

[1] 敬燕飛. 某水電站發(fā)電機(jī)下導(dǎo)軸承擺度異常原因分析[J]. 人民長江, 2013, (S1): 177-181.

[2] 馬新紅, 羅斌, 任濤, 成超. 小浪底電廠發(fā)電機(jī)軸承油霧研究與治理[J]. 水電能源科學(xué), 2011, (10): 107-109.

Research and Application of Oil Fog Treatment of Hydrogenerator at Pubugou Hydropower Station

WU Bin, REN Zemin, JING Yanfei

(Pubugou Hydropower General Plant in Guodian Dadu River of National Grid, Hanyuan 625304, China)

To solve the serious problem of oil fog from generator bearing at Pubugou hydropower station, analysis is carried out on the formation mechanism and oil fog leakage path. Through research and optimization, treatment measures are improved, and finally the problem is solved. This can provide reference for other large hydro- generator oil fog treatment.

oil fog; sealing barrier; suction recovery; combined seal; oil thrower; oil sump

TM312

A

1000-3983(2016)05-0052-04

2016-01-20

武彬（1973-），1995年7月畢業(yè)于河海大學(xué)水利水電動力工程專業(yè)，主要研究方向?yàn)樗娬炯夹g(shù)管理，現(xiàn)從事水電生產(chǎn)技術(shù)管理工作，高級工程師。

審稿人：吳軍令