水輪發(fā)電機軸承油霧的產(chǎn)生及防油霧技術(shù)

郭臻臣

摘要：通過介紹水輪發(fā)電機結(jié)構(gòu)，分析油霧產(chǎn)生的原因，對機組結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化，對不同部件采取不同的措施，通過多重措施的組合，可以有效降低機組運行中的油霧問題。油霧問題的解決，對于機組運行、維護(hù)有很好的借鑒意義，有利于機組運行出現(xiàn)問題時，快速采取措施降低機組油霧，迅速恢復(fù)生產(chǎn)，有利于水電站長期穩(wěn)定運行，持續(xù)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)與社會效益。

關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機；組合軸承；油霧問題

中圖分類號：TM312 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095—6487（2018）02—0089—02

0引言

水輪發(fā)電機組合軸承結(jié)構(gòu)是水輪發(fā)電機機組的常用結(jié)構(gòu)。油循環(huán)方式分為外加泵與自泵循環(huán)形式。在水輪發(fā)電機組運行中，由于水輪發(fā)電機組合軸承結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，壓力差的存在以及壓力差的變化，經(jīng)常會發(fā)生油霧擴(kuò)散及漏油問題。

1水輪發(fā)電機組合軸承的結(jié)構(gòu)

水輪發(fā)電機推力軸承與下導(dǎo)軸承在一個油槽內(nèi)時稱為組合軸承。組合軸承的油循環(huán)冷卻方式為外循環(huán)，可以采用兩種不同的結(jié)構(gòu)：一種為外加泵外循環(huán)，使用外部油泵產(chǎn)生循環(huán)的動力；另一種采用自身泵產(chǎn)生循環(huán)的動力。采用外加泵方案時的組合軸承結(jié)構(gòu)見圖1；采用自身泵方案時的組合軸承結(jié)構(gòu)見圖2。

水輪發(fā)電機組合軸承的結(jié)構(gòu)，位于推力頭外圈、轉(zhuǎn)子支架下方，下機架上方所圍成的區(qū)域內(nèi)。

外加泵方案油槽內(nèi)部有冷油環(huán)管、推力瓦和導(dǎo)瓦供油管，推力瓦供油管伸到瓦間，由于循環(huán)系統(tǒng)有外加泵，壓力較大。自身泵方案油槽內(nèi)部有冷油環(huán)管和供油管，供油管伸到瓦間入口，相比外加泵方案系統(tǒng)壓力較小。油槽內(nèi)部還有集油槽及熱油出油管。

外加泵方案外部設(shè)有油泵、油冷卻器、管路及附件等，自身泵方案外部僅設(shè)有油冷卻器、管路及附件等，管路也較簡單。

2水輪發(fā)電機軸承的油霧的危害

（1）水輪發(fā)電機運行在機坑密閉的環(huán)境內(nèi)，軸承油霧產(chǎn)生后，會在機坑密閉的環(huán)境內(nèi)無法散發(fā)到機坑外，在密閉的系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行通風(fēng)循環(huán)會粘附在機組部件上，形成油滴。例如可以潤滑機組制動環(huán)，導(dǎo)致機組剎車制動時間延長。

（2）水輪發(fā)電機運行在機坑密閉的環(huán)境內(nèi)，軸承油霧產(chǎn)生后會粘附在機組部件上，形成油滴。在繞組上產(chǎn)生油滴，當(dāng)機坑內(nèi)有火花產(chǎn)生時，會有引燃機組，產(chǎn)生爆炸的嚴(yán)重事故，影響電氣絕緣。

（3）當(dāng)油霧在機組部件表面粘附時，會形成油滴及油膜，結(jié)構(gòu)表面很滑，影響工作人員的運行、維護(hù)工作，影響安全。

3水輪發(fā)電機軸承油壓的產(chǎn)生

3.1自身泵循環(huán)壓力

影響的參數(shù)是流體的密度與鏡板的內(nèi)外徑旋轉(zhuǎn)速度：鏡板泵產(chǎn)生的總壓力為△p。油冷卻器及管路有壓力損耗，考慮一定的安全系數(shù)后，可以增大壓力損耗ΔP_ring；節(jié)流元件設(shè)計為能將壓力調(diào)整減少（ΔP₀-ΔP_ring）。

3.2外加泵循環(huán)壓力

外加泵循環(huán)壓力是外加泵提供的，壓力的大小為工作壓力加上整個循環(huán)系統(tǒng)的總損耗。油泵提供的壓力要經(jīng)過油泵、濾油器和冷卻器進(jìn)入軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在這些路徑上，要克服所有的壓力損耗，最終提供給軸承冷卻油需要的工作壓力。

4水輪發(fā)電機減少軸承油霧的措施

4.1軸承油槽油霧的循環(huán)與防油霧

發(fā)電機結(jié)構(gòu)部件在設(shè)計時，設(shè)計成可以阻止?jié)櫥脱刂屏︻^、鏡板內(nèi)壁或上、下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子內(nèi)壁爬升的結(jié)構(gòu)，阻斷油霧的爬升。推力頭外圈密封設(shè)計允許空氣進(jìn)入油槽。油霧產(chǎn)生時，油槽底部的密封空氣，以及來自于通氣孔由旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的氣流將把油霧限制在油槽上部的腔室內(nèi)，然后由油霧吸收裝置將油霧吸出。

電站中常見的防止油氣溢出的軸承密封方式，一般采用帶有壓力的空氣密封，推力軸承油槽防油霧逸出措施可以見原理圖3。

推力軸承油槽上部有油槽蓋，與推力頭外圓柱面配合，有很小間隙；兩層密封內(nèi)部構(gòu)成一空腔，該空腔通入壓力空氣，壓力空氣從發(fā)電機循環(huán)冷卻空氣回路的高壓處取得；通入的空氣從油槽蓋上部密封間隙處逸出到外部，匯入循環(huán)冷卻空氣，由于是潔凈空氣，所以不會污染發(fā)電機；同時一部分空氣從油槽蓋下部密封間隙處進(jìn)入油槽，阻止了油槽內(nèi)的油霧從油槽蓋間隙向外逸出。在油槽蓋上安裝有油霧吸收裝置，具有適當(dāng)?shù)呢?fù)壓，將油槽內(nèi)油霧吸出、過濾后，凝結(jié)的油回流到油槽，潔凈的空氣回到大氣中。密封空氣的進(jìn)氣量大小，可以通過閥門來調(diào)節(jié)。油霧吸收口分布，沿著圓周方向布置數(shù)個。在推力頭上，有加工的通氣孔，在旋轉(zhuǎn)時具有一定的離心作用，再加上油霧吸收裝置的負(fù)壓作用，空氣從擋油管內(nèi)側(cè)間隙進(jìn)入擋油管與推力頭之間的間隙，通過推力頭上通氣孔進(jìn)入油槽，從而防止了油霧從擋油管處向外逸出。上述措施可有效防止推力軸承油槽的油霧逸出，是常規(guī)機組油霧循環(huán)路徑。在電站設(shè)計中，會根據(jù)電站的結(jié)構(gòu)與客戶的要求，進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)，更好的減少油霧。

4.2結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施及改進(jìn)措施

（1）為防止油霧的產(chǎn)生和甩油，在設(shè)計時，在油槽內(nèi)要選擇合理的擋油管高度。在油槽油位以下，將轉(zhuǎn)動部件上增加穩(wěn)油板，目的是防止?jié)櫥驮跈C組運行時的波動，減少油霧的產(chǎn)生和降低甩油現(xiàn)象，將攪動產(chǎn)生的損耗和甩油的可能性控制在一個很低的水平。

（2）在發(fā)電機的轉(zhuǎn)動部分和靜止部分之間，油槽都進(jìn)行了較好地密封，以防止油或油氣進(jìn)入發(fā)電機或空氣循環(huán)冷卻系統(tǒng)。在靜止部分設(shè)置密封，例如，在軸承油槽把合面上，設(shè)置密封；在軸向上，所有在油面以下、用螺栓把合的結(jié)合面均采用0型密封圈密封；在圓周方向上，分瓣法蘭面均采用密封膠來密封；自動化元件的引線電纜出口均高于油面，以防止油通過線纜滲出油槽，并且在出口的孔洞上，也將采用填充材料密封；管路與油槽的連接法蘭采用O型密封圈密封。

（3）在自身泵系統(tǒng)的參數(shù)選取上，減小回路壓力損耗，減少了鏡板泵的工作壓力，以減少泄露流量，減少油槽內(nèi)油的攪動，減少油霧的產(chǎn)生。

（4）油槽上部密封蓋采用接觸式密封結(jié)構(gòu)，防止油霧從該處泄露。

（5）導(dǎo)瓦上部的推力頭外圓設(shè)有環(huán)形凹槽，目的是阻止從該處擋油板間隙向上竄出的油，防止其沿推力頭表面向上爬升，導(dǎo)瓦上部的上部蓋板、上增設(shè)環(huán)形擋板、與推力頭外圓上環(huán)形凹槽配合，進(jìn)一步阻擋上升的油流，見圖4。

備注：1.上密封腔；2.空氣進(jìn)入上密封腔；3.在負(fù)壓作用下，空氣從擋油管處進(jìn)入；4.油槽蓋上部間隙，排出密封空氣；5.密封空氣，由油槽蓋下部間隙進(jìn)入油槽；6.空氣經(jīng)過通氣孔；7.空氣/油霧被吸收；8.油霧吸收裝置-吸氣泵；9.油霧吸收裝置，油過濾器；10.潔凈空氣排出；11.油回收

（6）在油槽上部設(shè)有油霧吸收裝置接口，連接管路到機坑外的油霧吸收裝置，油槽上部的接口數(shù)量為6～8個，以使油霧的吸收更加均勻。該接口內(nèi)部設(shè)有多層擋板，可以使得部分油霧液化回流，同時防止油滴直接被抽出。油霧吸收裝置靠近油霧產(chǎn)生的源頭區(qū)域，有利于提高吸油霧的效果。

（7）油槽內(nèi)的冷油環(huán)管位于油面高度，能阻止油面的過大波動及攪動，穩(wěn)定油面，減少油霧的產(chǎn)生。

（8）改進(jìn)了集油槽的結(jié)構(gòu)，增加一層密封環(huán)，使鏡板泵打出的壓力油封閉在鏡板外圍的區(qū)域內(nèi)，使得導(dǎo)軸承處壓力減少，有效減少油霧的逸出。

5水輪發(fā)電機軸承系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化建議

水輪發(fā)電機的組合軸承結(jié)構(gòu)是一個受油的溫度變化、結(jié)構(gòu)強度影響的復(fù)雜系統(tǒng)。機組設(shè)計中應(yīng)兼顧考慮在冷油、熱油溫度變化的溫度場分布，又要考慮結(jié)構(gòu)的可靠性問題，同時要考慮機組的油霧擴(kuò)散及結(jié)構(gòu)漏油問題。采取適當(dāng)措施，從源頭上降低油霧產(chǎn)生的油量，從結(jié)構(gòu)上采取合理的密封方式，從結(jié)構(gòu)上增強結(jié)構(gòu)強度，才可以保證系統(tǒng)安全可靠。

6結(jié)論

水輪發(fā)電機的組合軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，很難通過計算機模擬的方式模擬油霧的真實狀態(tài)，但是通過長期項目經(jīng)驗的積累，通過以上采取的措施，可以有效降低油霧量。對水輪發(fā)電機的組合軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)增加0型密封圈，以及提供足夠容量的油霧吸收裝置，并對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，可以有效降低油霧量。

文章對水輪發(fā)電機的組合軸承內(nèi)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了學(xué)習(xí)，了解到水輪發(fā)電機軸承系統(tǒng)壓力的產(chǎn)生，分析了油霧產(chǎn)生的原因，并根據(jù)機組不同結(jié)構(gòu)，采取不同的設(shè)計方案，采取不同的措施，減少油霧的產(chǎn)生。根據(jù)對具體項目的分析，學(xué)習(xí)了解到了不同的防油霧措施，在現(xiàn)實安裝、維護(hù)、運行過程中，有很好的指導(dǎo)借鑒意義，有利于機組的安全、穩(wěn)定長期運行。當(dāng)機組出現(xiàn)類似問題，可以迅速采取措施，恢復(fù)生產(chǎn)，繼續(xù)發(fā)揮很好的經(jīng)濟(jì)與社會效益。