淺析吸排油霧裝置在水電站的應(yīng)用

鄧堯曦，葉玉麟

(1.國家能源集團國電大渡河檢修安裝有限公司，四川 樂山 614900；2. 中國水電基礎(chǔ)局有限公司，天津 301700)

目前，國內(nèi)外的水輪發(fā)電機組的導(dǎo)軸承和推力軸承多采用油槽冷卻方式，軸承油槽因結(jié)構(gòu)設(shè)計形式、制造安裝質(zhì)量以及運行工況等因素的影響，運行中存在甩油及油霧溢出現(xiàn)象。無論是早期機組還是近期機組、國內(nèi)機組或者國外的機組，立式或臥式機組均會出現(xiàn)油霧泄漏問題，油霧的形成不僅影響水電站清潔衛(wèi)生，嚴重時導(dǎo)致軸承油槽內(nèi)油位下降，降低冷卻效果，從而影響機組的安全運行。

1 油霧形成的原因

水輪發(fā)電機組在運行過程中，油槽中的潤滑油會被高速運轉(zhuǎn)的部件甩出，使油飛濺和霧化，當油霧聚集到一定程度，油槽內(nèi)空氣壓力升高，油霧就會從密封部件與轉(zhuǎn)動部件結(jié)合的薄弱處溢出，包括軸承油槽蓋與大軸間縫隙、呼吸孔、油槽蓋板接縫處、內(nèi)擋油筒等，導(dǎo)致大量油霧在發(fā)電機內(nèi)部彌漫，在定子、轉(zhuǎn)子絕緣層上形成油霧附著層造成腐蝕，使其絕緣性能下降，極易造成發(fā)電機定子轉(zhuǎn)子線圈短路或擊穿，威脅發(fā)電機的運行安全。油霧附著灰塵在定子鐵芯通風溝和轉(zhuǎn)子磁極通風溝處堆積，造成發(fā)電機通風散熱變差，嚴重影響發(fā)電機散熱效果。另外也會與碳刷粉末在滑環(huán)室結(jié)合形成油污，附著在刷架和集電環(huán)支架上，致使接地短路，嚴重影響機組的安全和運行。歷年來各電廠及主機廠技術(shù)人員針對清除油霧問題采取多種措施。有些措施短期能取得一些效果，運行一段時間則無法有效解決此問題。

2 油霧的泄漏處理措施

軸承油槽油霧過重是各個水電站普遍存在的問題，各電站采用多種手段對油霧進行處理，主要有以下幾點。

2.1 設(shè)置呼吸器

在水輪發(fā)電機冷卻油槽蓋外壁上安裝呼吸器，呼吸器內(nèi)部有互相交錯的擋板，油槽內(nèi)溢出的油霧沿著擋板排出，其工作原理是延長油霧的溢出路線，使部分油霧凝集在呼吸器擋板壁上，對減少油霧溢出會產(chǎn)生一定的效果。

幾乎所有的水輪發(fā)電機軸承設(shè)計時均設(shè)有呼吸器，以釋放油槽內(nèi)部壓力。但因為發(fā)電機內(nèi)部結(jié)構(gòu)空間小、油槽內(nèi)油位較高，油槽內(nèi)油位上部空間無法加大到理想程度，造成油霧容積空間不足，油槽內(nèi)油霧壓力高于外部壓力，呼吸器無法全部聚結(jié)通過的油霧，從而形成了油霧外泄的直接通道。某些電廠在機組運行過程中就明顯的觀測到油霧從呼吸器外泄。

2.2 改善油槽內(nèi)部結(jié)構(gòu)

優(yōu)化油槽內(nèi)部結(jié)構(gòu)有助于減小油面波動，防止油霧溢出。通過增加擋油管的剛度、圓度，防止運行時與轉(zhuǎn)動部件產(chǎn)生泵效應(yīng)；另一方面是增加穩(wěn)油板或穩(wěn)油密封蓋，盡量減小油面波動；再有就是設(shè)置吸油霧裝置及補氣管路，及時將機組運行時產(chǎn)生的油霧排出，防止油霧聚積、溢出污染定轉(zhuǎn)子。

從改善油槽內(nèi)部結(jié)構(gòu)以減小油面波動，防止油霧溢出方面著手，在已投運的機組中改造難度巨大，很難實現(xiàn)。在新項目設(shè)計中由于油槽內(nèi)部軸承結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不確定性過多，加之安裝調(diào)試差異，導(dǎo)致常出現(xiàn)同一結(jié)構(gòu)在不同電站或同一電站不同機組中差異很大，無規(guī)律可循，也由于水輪發(fā)電機設(shè)計生產(chǎn)單位因設(shè)計周期短，油霧問題一般不在機組性能指標考核范圍內(nèi)，重視度不足，在國外也無成熟技術(shù)方案，所以一直沒有從根本上解決油霧問題。

2.3 改善密封

近10多年來行業(yè)內(nèi)的專家、技術(shù)人員都從改善軸承油槽密封方面進行了大量的探討和實踐，取得了一些成果。很多方法都試圖解決軸承油槽轉(zhuǎn)動部件與固定部件接觸面的密封問題。希望通過這一問題的解決可有效地解決軸承甩油和大軸的爬油外溢問題，使機組內(nèi)部的油污污染得以根本解決。但是這只是“堵”的方法，密封嚴密了，油槽內(nèi)部的油霧并不會減少，并且因為油槽在結(jié)構(gòu)上并不是一個完全密閉的承壓空間，這就造成了油霧會尋找出路，釋放壓力。從而加大了呼吸器、內(nèi)擋油桶、油槽蓋板間隙等處的油霧外泄量。經(jīng)常出現(xiàn)對油槽蓋板密封結(jié)構(gòu)加強了以后，油霧大量從油槽內(nèi)擋油桶溢出，水車室油霧明顯增加的現(xiàn)象。油霧外溢的問題并沒有徹底解決。

2.4 加裝油霧吸收裝置

此類油霧收集裝置的統(tǒng)一特點是通過風機產(chǎn)生壓力將油槽內(nèi)的油霧吸出，再通過各種方式將油霧分離(有離心式、靜電式、過濾式等)，通過在油槽上開有孔洞或者通過管路把油霧吸入油槽內(nèi)部。

吸油霧裝置是新建電站常用設(shè)備，提升了以往通過改變結(jié)構(gòu)或者密封減少軸承油槽油霧的方法，從而使油槽油霧大大減少，圖1是某電站的導(dǎo)軸承油槽吸油霧裝置布置。

3 吸油霧裝置的分類

3.1 平壓式和負壓式吸油霧裝置

圖1 某電站導(dǎo)軸承吸油霧裝置布置圖

平壓式吸油霧裝置采用小風量大風壓風機，腔體與呼吸孔之間無任何阻隔，腔體外殼進氣阻力小于孔內(nèi)油霧吸出的阻力，只需要對溢出油霧抽取，這樣就不會對油槽內(nèi)部形成負壓，抽取油槽內(nèi)的油霧，將溢出到吸油軟管中的油霧通過多層過濾將油滴凝結(jié)在過濾介質(zhì)中，排出潔凈空氣，可保持油槽內(nèi)外空氣壓力的平衡，不會在油槽內(nèi)形成負壓，無油品損失，并可通過軸承油霧吸收裝置中的排油孔將收集的油品直接排入油槽(見圖2)。

圖2 平壓式吸油霧裝置圖

負壓式吸油霧裝置的統(tǒng)一特點是通過風機產(chǎn)生負壓將油槽內(nèi)的油霧吸出，再通過各種方式將油霧分離(有離心式、靜電式、過濾式等)，由于油槽內(nèi)的油霧是持續(xù)產(chǎn)生的，而且油面上的空氣都是油氣混合體，在被抽出的一瞬間，新的油霧立刻產(chǎn)生，故對油霧收集裝置的油霧處理能力要求很高，現(xiàn)各電站多采用負壓式吸油霧裝置。

3.2 壁掛式和直排式吸油霧裝置

直排式吸油霧裝置通過法蘭盤安裝在發(fā)電設(shè)備油槽開口上，如圖3所示，包括底端帶有開口的連接法蘭盤，在連接法蘭盤上面設(shè)有風機殼體，風機殼體的空腔內(nèi)設(shè)置有風機，風機上有風機上面設(shè)置有濾油網(wǎng)，濾油網(wǎng)從上面封閉風機殼體的空腔；在風機殼體上端，設(shè)置有若干個出風口，濾油網(wǎng)、風機殼體的空腔、法蘭盤的開口相連通，形成氣體流動通道。由于直排式風機有封閉油槽開口，使從油槽開口飄散出來的油霧能全部吸入裝置內(nèi)進行分離處理，所以油霧在裝置內(nèi)被離心分離處理，它有幾大優(yōu)點：①上端經(jīng)濾油網(wǎng)二次分離，分離效果較好；②具有較強的環(huán)保作用，能保護發(fā)電設(shè)備周圍的環(huán)境；③安裝方便，不需要進出管路連接，可在較小空間內(nèi)安裝，非常適合安裝空間受限的發(fā)電的需要。

壁掛式吸油霧裝置不在油槽蓋板上開孔，而是通過管路回收油霧，功率往往較大，將其掛在機架，它的主要特點是風機功率大，風壓大、風量高，適合安裝在基坑外，通過較長的吸風管路收集油霧，如圖4、圖5，不同的型號各項參數(shù)也不一樣，如表1。

4 某電站吸油霧裝置改造

某電站接觸式密封處油霧長期存在泄漏問題，影響了機組正常運行，為解決此泄漏問題，擬從雙層密封中間對稱位置各開1(φ65～φ100根據(jù)油槽蓋尺寸確定)圓孔，并接1根不銹鋼引流管與之相連，并布置油槽外側(cè)的主管連接。主管下部裝有密閉式回油桶，主管上部安裝具有呼吸器功能的吸油霧裝置。

圖4 壁掛式吸油霧裝置結(jié)構(gòu)圖

圖5 壁掛式吸油霧裝置圖

表1 不同型號吸油霧裝置參數(shù)表

通過此結(jié)構(gòu)布置可以將密封夾層內(nèi)的油霧引流至引流管同時自然降溫使大部分油霧形成冷凝，并流至回油桶。未凝結(jié)油霧通過平壓式油霧吸收裝置，進行收集，并可將分離出的油回流至回油桶，如圖6所示。

圖6 某電站吸油霧裝置改造圖

此結(jié)構(gòu)通過對稱布置的兩套集油/分離裝置，大大的增加了雙層密封的夾層空間，彌補了雙層密封的缺陷。

現(xiàn)采用的雙層式接觸密封與單層密封在本質(zhì)上并無區(qū)別，只是簡單的增加了一道密封，因兩道密封之間距離及空間較小，下密封如泄漏，泄漏的油、油霧、壓力會很快充滿密封夾層，當夾層內(nèi)壓力與油槽內(nèi)壓力平衡時，上密封的工況就與下密封工況完全相同，只是泄漏時間有所滯后而已。但是增加了平壓式的油霧回收裝置后，上層密封的工況環(huán)境發(fā)生了極大的改變，原來是在有壓的狀態(tài)下進行工作，現(xiàn)在改變?yōu)樵跓o壓的狀態(tài)下進行簡單的阻擋。只要接觸式密封能起到基本的密封作用，經(jīng)過改造后的結(jié)構(gòu)可解決油槽蓋接觸式密封的油霧外溢問題。

采用絕對濕度測量法對機組內(nèi)空氣中含水(油)量g/m3進行絕對值測量，通過對吸油霧裝置改造前、后效果對比，發(fā)現(xiàn)改造后的油霧量大大減少，此次改造卓有成效。

5 結(jié) 語

本文介紹了水電站軸承油槽產(chǎn)生油霧的原因和處理方法等，重點對吸油霧裝置的類型和原理進行了闡述，分別介紹了從安裝形式和作用原理進行了分類，具體詳述了某電站的吸油霧裝置的改造工作，證明了吸油霧裝置的使用是卓有成效的，有利于電站的正常運行。