葛洲壩電站滑環(huán)油霧污染防治研究與處理

周峰峰+吳定平+楊舉

摘 要：通過對葛洲壩機組滑環(huán)油霧污染來源的分析，介紹了葛洲壩電站采取的相應措施并提出改進意見，為大型軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機組防治滑環(huán)污染提供了思路和經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：油霧；滑環(huán)；上導軸承；受油器

中圖分類號：TV734 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）34-0168-02

1 概述

水電站水輪發(fā)電機組在運行過程中，受油器和上導軸承內(nèi)油霧有逸散現(xiàn)象，油霧會在滑環(huán)、碳刷、上機架中心體處形成油滴或積油，不僅會浪費潤滑油，更重要的是油滴可能在附著在滑環(huán)上，磨損的碳粉顆粒也會粘黏在滑環(huán)上，影響其絕緣效果，甚至可能引發(fā)一系列的危險事故，嚴重影響了水輪發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行。這種現(xiàn)象在水電站均普遍存在，只是污染程度不同。對此，各水電廠及相關(guān)制造、科研單位都進行過積極的研究和處理，由于各水電站機組的結(jié)構(gòu)形式、布置方式、上導冷卻方式等因素不同，各電站采取的針對措施也不盡相同。下面以葛洲壩電站機組為例，通過對滑環(huán)處積油來源的分析，提出處理及實施方案。

2 油霧來源分析

2.1 機組概況

葛洲壩電站共安裝有21臺水輪發(fā)電機機組，分別裝在二江廠房和大江廠房內(nèi)，其中二江廠房安裝有7臺機組，大江廠房安裝14臺機組。1F、2F發(fā)電機型號為：TS1760/200-110，3F、5F、12F、15F發(fā)電機型號為SF150-96/15600，其余機組發(fā)電機型號為：SF125-96/15600。所有機組發(fā)電機結(jié)構(gòu)均為立軸半傘式。機組均為軸流轉(zhuǎn)槳式，在機組上部安裝有受油器，進行輪葉調(diào)節(jié)，保持與導葉的協(xié)聯(lián)配合。

2.2 油霧來源

機組停機檢查時，發(fā)現(xiàn)上機架中心體頂部、滑環(huán)上部、上導油槽外圍有油滴或積油現(xiàn)象。結(jié)合積油部位，通過對機組結(jié)構(gòu)的分析及相關(guān)試驗，確定機組油霧的來源主要有以下三點。

2.2.1 固定油盆中油霧

受油器是軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機組液壓操作系統(tǒng)的一個重要部件之一，其主要作用是將調(diào)速系統(tǒng)的壓力油自固定油管引入到操作油管，并將其傳送至槳葉接力器，調(diào)整槳葉開度，從而使水輪發(fā)電機機組始終處在協(xié)聯(lián)工況下運行。

機組運行過程中，機組主軸及受油器操作油管是充滿透平油的，與主軸相連接的上端軸內(nèi)的油會隨受油器轉(zhuǎn)動油盆的轉(zhuǎn)動甩出，聚集在受油器固定油盆內(nèi)，然后通過回油管回流至集油槽。透平油在隨轉(zhuǎn)動油盆甩出的過程中會形成油滴或油霧，導致固定油盆內(nèi)存在油霧。以12F、15F機組為例進行過統(tǒng)計，具體方法是：在受油器固定油盆側(cè)邊上部位置開孔，安裝管路連接至油霧吸收裝置，油霧吸收裝置運行一段時間后對油霧吸收裝置內(nèi)積油進行測量，測量數(shù)據(jù)如表1。

表中數(shù)據(jù)說明受油器固定油盆內(nèi)油霧確實存在，在機組調(diào)節(jié)頻繁時油霧較多。通過查看受油器圖紙（圖1），可以看到，此處油霧可能通過圖中位置進入上機架中心體，進而在滑環(huán)、上機架中心體內(nèi)聚集成油滴，污染滑環(huán)。

2.2.2 上導軸承油霧

機組在高速運轉(zhuǎn)中，上端軸將有帶動上導油槽內(nèi)粘滯的透平油運動的趨勢，由于上導瓦的阻擋作用，油面有涌高或飛濺的現(xiàn)象，會形成油霧。同時機組在運行時油溫逐漸升高，油槽中的油和空氣體積膨脹，油霧可能沿上導油槽密封蓋與上端軸之間、上導油槽蓋板與油槽上端面之間間隙逸出，造成上導軸承外圍積油，油霧也可能在粘附滑環(huán)上，造成污染。

2.2.3 輪葉反饋鋼絲繩套管滲漏

葛洲壩電站機組為軸流轉(zhuǎn)槳式機組，通過導輪葉的協(xié)聯(lián)配合保證機組正常高效運行。輪葉反饋裝置中，輪葉反饋鋼絲繩從回復軸承上部引出，然后穿過受油器體、上機架中心體，到達風洞外圍。鋼絲繩穿過受油器體時，防止透平油滲漏主要措施是在受油器體上加裝套管，鋼絲繩從其中穿過。但是機組檢修時，發(fā)現(xiàn)套管下部普遍存在積油現(xiàn)象，主要原因是套管螺紋滲漏的透平油及套管中間油霧累積引起。此處積油可能通過固定油盆螺絲孔滲透進入上機架中心體；同時因油溫高形成油霧，油霧或者積油可能沿上機架中心體上部孔洞進入上機架中心體，進而引起滑環(huán)污染。

3 處理方案及效果

3.1 解決固定油盆中油霧

針對固定油盆中油霧，最直接的解決方法就是在固定油盆處安裝油霧吸收裝置，將此處油霧直接收集，防止油霧外泄。葛洲壩12F、15F機組曾經(jīng)安裝過受油器油霧吸收裝置，但是效果不理想，不能達到油霧吸收的目的，反而會成為油霧發(fā)生器，最終取消該裝置。既然固定油盆中油霧不能直接清除，那么怎樣防止其擴散、減小污染滑環(huán)的可能成為需要解決的問題。方案一：改造固定油盆，如圖3，增設(shè)迷宮式密封。經(jīng)理論論證，此方案可以在一定程度上減小油霧逸散。

方案二：改進滑環(huán)、碳刷，增設(shè)外罩及粉塵吸收裝置，防止油霧及粉塵在其上積累。此方案經(jīng)過廠家重新設(shè)計集電環(huán)，整合刷架與碳粉吸收裝置，并在滑環(huán)室內(nèi)增加碳粉除塵器，碳粉收集裝置作為一套獨立系統(tǒng)采用獨立的控制盤柜。此方案在12F、15F、20F機組上投入實施后，未出現(xiàn)過滑環(huán)打火、局部過熱等運行缺陷，碳粉吸收裝置運行良好，能有效防止油霧在滑環(huán)上粘附，提高其運行穩(wěn)定性。

3.2 消除上導軸承油霧溢散

上導軸承可能出現(xiàn)的油霧溢出處主要有兩處：一、上導油槽密封蓋與上端軸接觸處，二、上導油槽蓋板與其配合面處。油溫的高低影響上導軸承的運行狀態(tài)，油溫高也會加速油霧的產(chǎn)生。針對問題一，葛洲壩電站進行上導油槽密封蓋改造，由原來的迷宮環(huán)式密封改造為接觸式密封。上導油槽密封蓋使用接觸式密封后，密封效果較好，有效防止油霧逸散。針對問題二，更換上導油槽蓋板密封墊，對有問題的螺栓、蓋板進行處理或更換，防止油霧從此處逸散。除此之外，葛洲壩電站還對上導軸承油冷器及供水管路進行改造，增加軸承冷卻效果，降低油槽油溫，不僅保證上導軸承處于良好的運行狀態(tài)，而且降低了油霧的產(chǎn)生。

3.3 輪葉反饋鋼絲繩套管改進

在目前使用的輪葉反饋鋼絲繩套管上進行改造，消除油滲漏問題。在套筒外增設(shè)鎖緊螺母，鎖緊螺母下面增設(shè)密封圈，增加密封性。套管下部積油為無壓油滲漏長期積累引起，兩道密封足以應對此處滲漏油。同時在套管上部增加橡膠蓋板，蓋板中間留有鋼絲繩穿過位置，用兩塊薄鋼板將其固定。改進后套管如下圖。套管改造后，機組運行一段時間后，檢查發(fā)現(xiàn)受油器內(nèi)套管下部沒有積油，滑環(huán)上部上機架內(nèi)壁上油珠明顯減少。

4 結(jié)束語

本文對葛洲壩機組滑環(huán)油霧污染來源進行分析，確定不同油霧來源后，采取一系列的應對措施。通過對各方案的實施，最終取得良好效果，上機架中心體內(nèi)油霧基本消除，保障滑環(huán)安全穩(wěn)定運行，為其他同類型電站提供了改進經(jīng)驗。

參考文獻：

[1]丁學俊.迷宮密封流場與泄露特性研究[J].流體機械，2006.

[2]張雷.立式水輪發(fā)電機組軸承油霧的治理[J].水電與抽水蓄能，2015（3）.endprint