立式水輪發(fā)電機(jī)組風(fēng)罩內(nèi)透平油霧重原因分析及處理

【摘要】立式水輪發(fā)電機(jī)組風(fēng)罩內(nèi)透平油霧重，主要是上導(dǎo)和推力抽承甩油及油霧外溢引起，嚴(yán)重時會影響機(jī)組的運(yùn)行性能并威脅機(jī)組安全。通過對福堂電站水輪發(fā)電機(jī)組的上導(dǎo)、推力油槽甩油和油霧外溢情況分析處理的過程介紹，希望能對其他電站的同類型機(jī)組出現(xiàn)相同情況時有一定的借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】上導(dǎo)；推力軸承；甩油；油霧；處理

1、前言

福堂電站位于四川省阿壩州汶川縣境內(nèi)，是岷江上游梯級開發(fā)繼映秀灣電站、太平驛電站上的第三個梯級電站；電站距離成都市111km。電站為單一發(fā)電樞紐工程。電站由首部樞紐、引水系統(tǒng)和廠區(qū)樞紐三部分組成。電站為徑流引水式；枯水期運(yùn)行時水庫具有不完全日調(diào)節(jié)能力；電站設(shè)計(jì)水頭為159.3m，最大工作水頭184.02m，最小工作水頭146.10m，發(fā)電引用流量為251m3/s，裝機(jī)容量為4×90MW，保證出力為133.4MW（P=95%），設(shè)計(jì)多年平均發(fā)電量為22.7億kWh，年利用小時數(shù)為6305h。水輪機(jī)型號為HLD307-LJ-290，額定出力92.3MW，轉(zhuǎn)速為272.7r/min。發(fā)電機(jī)型號為SF90-22/6000，單機(jī)容量90MW /105.88MVA，額定功率因數(shù)0.85（滯后），額定電壓13.8kV。

2、設(shè)備甩油現(xiàn)象

福堂電站的發(fā)電機(jī)上導(dǎo)和推力軸承為組合式軸承結(jié)構(gòu)，整體布置在轉(zhuǎn)子上方，上導(dǎo)和推力軸承合用一個油槽，下導(dǎo)軸承單獨(dú)布置在轉(zhuǎn)子下方，電站自2004年1月至7月四臺機(jī)組相繼投運(yùn)發(fā)電，投運(yùn)后不久，運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)風(fēng)罩內(nèi)即上導(dǎo)、推力軸承油槽蓋板上集油嚴(yán)重，風(fēng)罩內(nèi)油霧重，透平油氣味大，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子滑環(huán)及支架碳粉吸附多，碳刷打火頻繁，轉(zhuǎn)子絕緣值下降。在夏季環(huán)境溫度高的時候尤為突出，維護(hù)人員需要經(jīng)常清潔風(fēng)罩內(nèi)的油槽蓋和轉(zhuǎn)子滑環(huán)，以保證機(jī)組的安全運(yùn)行。

3、通過運(yùn)行觀察和分析，可能造成的主要危害

3.1 風(fēng)罩內(nèi)大量集油，溫度越高，油霧越大，油霧混合碳粉污染轉(zhuǎn)子滑環(huán)和轉(zhuǎn)子支架，造成轉(zhuǎn)子絕緣降低，嚴(yán)重時造成轉(zhuǎn)子正、負(fù)極短路，危害發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行，油霧混合碳粉吸附于風(fēng)洞內(nèi)壁，造成污染，維護(hù)清潔難度大。

3.2 長期甩油加上油霧外溢，造成蓋板大量集油，進(jìn)一步滲漏到發(fā)電機(jī)風(fēng)洞內(nèi)，嚴(yán)重污染發(fā)電機(jī)運(yùn)行環(huán)境，油霧受冷卻風(fēng)流的帶動，易吸附于發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子線圈上，影響發(fā)電機(jī)散熱，腐蝕發(fā)電機(jī)絕緣，降低發(fā)電機(jī)絕緣強(qiáng)度，減短發(fā)電機(jī)使用壽命，嚴(yán)重時還降低發(fā)電機(jī)效率。

3.3 透平油產(chǎn)生的油霧冷凝后形成油滴，對橡膠制品具有較強(qiáng)的腐蝕性，被油霧污染的線纜絕緣會因老化而下降，減短了使用壽命，嚴(yán)重時危害相關(guān)設(shè)備的安全運(yùn)行。

3.4 甩出和外溢的透平油造成不必要的浪費(fèi)，既污染生產(chǎn)環(huán)境，又給運(yùn)行人員的巡視檢查工作帶來一定的安全隱患，消耗大量的清潔材料，加大維護(hù)人員的工作量，增加了企業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)營成本。

4、甩油原因分析

福堂電站機(jī)組上導(dǎo)、推力油槽的滲漏油主要來自于油槽蓋邊沿密封以及上導(dǎo)油盆蓋與主軸之間的間隙外溢，具體有如下原因：

4.1 吸排油霧裝置的原因：福堂電站每臺機(jī)組設(shè)計(jì)制造時就每臺機(jī)組配置了兩套吸排油霧裝置，安裝在風(fēng)罩內(nèi)的推力油槽上，用于對機(jī)組運(yùn)行中油槽內(nèi)產(chǎn)生的油霧進(jìn)行抽取并回收，該裝置投運(yùn)后，由于裝置自身管路連接及電機(jī)安裝上的原因，造成裝置自身滲漏油情況嚴(yán)重，加大了上導(dǎo)、推力油槽的甩、漏油，后來只有將其停運(yùn)。

4.2 推力油槽蓋甩油：由于機(jī)組運(yùn)行，油槽內(nèi)的透平油在推力頭高速旋轉(zhuǎn)作用下，在油槽內(nèi)快速流動，加上旋轉(zhuǎn)離心力的作用，飛濺、涌動的油流和油滴有部分會從油槽蓋的外邊沿密封不嚴(yán)處滲出，當(dāng)機(jī)組軸承溫度升高后，油溫會升高，溫度升高后部分油槽內(nèi)就會形成一定的油霧，使得油霧進(jìn)一步汽化，油槽內(nèi)的壓力升高，在內(nèi)壓作用下，油槽內(nèi)的油霧就會以油氣的形態(tài)從蓋板的密封不嚴(yán)處溢出。

4.3 上導(dǎo)油盆蓋密封原因：福堂電站機(jī)組的上導(dǎo)和推力軸承共用一個油槽，上導(dǎo)油盆蓋與旋轉(zhuǎn)的主軸之間本身存在設(shè)計(jì)間隙：0.5～1mm，油盆蓋是分半組合蓋，密封采用的是迷宮環(huán)的結(jié)構(gòu)，迷宮環(huán)填充毛氈保證與主軸之間的擋油，上導(dǎo)瓦的潤滑是靠機(jī)組運(yùn)行時推力頭旋轉(zhuǎn)的油泵作用從推力頭的徑向孔供油給上導(dǎo)瓦提供潤滑油，當(dāng)機(jī)組運(yùn)行，推力頭旋轉(zhuǎn)，帶動油面爬升，加上徑向泵油孔的高速油流與上導(dǎo)瓦的相對運(yùn)動形成大量的油霧，上導(dǎo)瓦溫升高的同時油溫升高，內(nèi)壓增大，使得上導(dǎo)油盆蓋的迷宮環(huán)密封擋油效果差，造成大量的油滴和油霧從油盆蓋沿主軸密封處滲漏出來。

4.4 其他原因：油盆蓋制造材質(zhì)是鋁合金，本身硬度低，由于制造安裝過程中與設(shè)計(jì)間隙值偏差較大；安裝或運(yùn)輸過程中造成油盆蓋變形，無法校正，等固有缺陷原因造成滲漏油。

5、缺陷處理

福堂電站針對4臺機(jī)組上導(dǎo)油盆存在的甩油缺陷，積極查找原因，為了徹底消除機(jī)組甩油缺陷，咨詢了設(shè)備制造廠家，并認(rèn)真考察了同類型機(jī)組的運(yùn)行和改造情況，在全面分析了甩油原因和參考同類型機(jī)組處理經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，電站有針對性的選擇了與哈爾濱通能電氣有限公司合作，為電站的機(jī)組上導(dǎo)油盆專門設(shè)計(jì)制造了隨動耐壓接觸式密封油盆蓋。結(jié)構(gòu)如圖示2

5.1 油盆蓋接觸式擋油板總成的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)：

該類型接觸式密封蓋其密封齒與轉(zhuǎn)軸表面接觸，實(shí)現(xiàn)無間隙運(yùn)行；密封蓋其密封齒沿圓周為多等分結(jié)構(gòu)，每瓣均能與軸形成徑向跟蹤，徑向前 進(jìn)量1mm，后退量2.5mm，因此在轉(zhuǎn)軸偏心運(yùn)行時，可以自動跟蹤，實(shí)現(xiàn)無間隙運(yùn)行；與轉(zhuǎn)軸接觸材料采用特種復(fù)合材料，具有自潤滑特性；密封蓋在運(yùn)行中不損傷轉(zhuǎn)軸，不引起轉(zhuǎn)軸震動及軸溫升高；由于密封蓋與轉(zhuǎn)軸接觸運(yùn)行，因此在安裝時無需調(diào)整間隙，安裝十分方便；密封蓋在檢修時可根據(jù)密封情況更換密封齒。

5.2 油盆蓋油霧過濾呼吸器的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)：

油霧過濾呼吸器是由本體、折流板、集油器等組成。它可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。生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的含有大量固體微粒的油煙、油霧氣體進(jìn)行了有效的分離，保障生產(chǎn)操作的正常進(jìn)行和人員的身體健康，有效解決現(xiàn)場的空氣污染問題；油霧呼吸器最顯著的作用是平衡油槽壓力。因油槽內(nèi)油霧不斷產(chǎn)生，使油霧大量聚集，勢必使油霧對各處密封產(chǎn)生壓力，壓力過大可破壞密封，因此采用油霧過濾呼吸器，可平衡油霧壓力，又可阻止油霧溢出。

6、改造后效果

福堂電站2007年通過對第一臺機(jī)組進(jìn)行改造，安裝使用了接觸式密封油盆蓋，經(jīng)過較長時間的運(yùn)行觀察，發(fā)現(xiàn)該接觸式密封油盆蓋針對機(jī)組上導(dǎo)、下導(dǎo)油盆甩油缺陷處理效果非常好，在以后的兩年時間內(nèi)，電站對其余的3臺機(jī)組陸續(xù)進(jìn)行了改造更換，運(yùn)行至今，接觸式密封油盆蓋的成功運(yùn)用很好的改善了機(jī)組的運(yùn)行環(huán)境和人員的工作環(huán)境，減少了維護(hù)人員的工作量和節(jié)約了設(shè)備維護(hù)成本。

7、結(jié)語

福堂電站上導(dǎo)、下導(dǎo)油盆蓋甩油缺陷的成功處理，可以看出當(dāng)前科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，體現(xiàn)了科學(xué)技術(shù)研發(fā)成果的實(shí)際應(yīng)用，是科學(xué)知識與生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的充分結(jié)合。隨著先進(jìn)工藝和新型材料運(yùn)用，相信未來的電站電氣設(shè)備設(shè)計(jì)制造和運(yùn)行會越來越安全、可靠、經(jīng)濟(jì)。希望通過此文，能給其他同類型機(jī)組的缺陷消除提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉云 水輪發(fā)電機(jī)故障處理與檢修 中國水利水電出版社

[2]盛國林 水輪發(fā)電機(jī)組安裝與檢修 中國電力出版社