大型水電站推力/下導(dǎo)油槽甩油分析及處理工藝

李民希

（二灘水力發(fā)電廠，四川 攀枝花617100）

1 水電站推力/下導(dǎo)油槽結(jié)構(gòu)介紹

本水電站水輪發(fā)電機(jī)下導(dǎo)軸承安裝在下機(jī)架內(nèi)，采用分塊扇形瓦結(jié)構(gòu)，由34塊巴氏合金瓦組成。軸瓦抱合在推力頭提供的軸頸上，座放于下機(jī)架支撐環(huán)上，機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中的徑向力通過(guò)抗重螺栓經(jīng)下機(jī)架傳遞到機(jī)坑混凝土基礎(chǔ)上。下導(dǎo)瓦瓦面加工橫向進(jìn)油槽，進(jìn)油邊加工有一縱向儲(chǔ)油槽。進(jìn)油槽上方有1排油槽，槽內(nèi)有3個(gè)徑向排油孔[1～4]。

該機(jī)組推力軸承的支撐方式為小彈簧簇式。每塊瓦下由70個(gè)高度為（58.67±0.08）mm、預(yù)緊力為（770±45）kg的彈簧支撐，可自動(dòng)調(diào)節(jié)瓦的受力和保證瓦面自由隨動(dòng)傾斜，機(jī)械變形小。機(jī)組推力瓦共有24塊，瓦的厚度僅為45mm。瓦背有一塊5mm厚的不銹鋼墊板，用以平衡瓦的受力同時(shí)形成瓦的附加冷卻通道。瓦背設(shè)有126個(gè)獨(dú)特的冷卻槽，用專(zhuān)用的油嘴吸入冷油對(duì)瓦背進(jìn)行冷卻，在運(yùn)行中減小瓦體的溫度梯度，減小熱變形的影響。

2 水電站推力/下導(dǎo)油槽甩油原因分析

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行觀察，發(fā)現(xiàn)該水電站推力/下導(dǎo)油槽當(dāng)前甩油主要由內(nèi)甩和外甩兩部分組成。

2.1 油槽內(nèi)甩油

由于運(yùn)行時(shí)軸領(lǐng)的高速圓周運(yùn)動(dòng)及油的粘滯性，使整個(gè)空腔內(nèi)的油流呈劇烈的紊流狀態(tài)。為防止油溢出，按經(jīng)驗(yàn)，擋油圈上口應(yīng)比靜止油面高出一段。而GE公司設(shè)計(jì)的最低報(bào)警油位距擋油圈上口為53mm，最高報(bào)警油位為10mm，所以會(huì)出現(xiàn)內(nèi)甩油。推力/下導(dǎo)油槽的內(nèi)擋油圈是廠內(nèi)加工后整體運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)的，在現(xiàn)場(chǎng)采用對(duì)稱(chēng)角焊接形式固定在下機(jī)架上。因此，在焊接過(guò)程中如控制不好，很容易產(chǎn)生變形，引起油流在油槽內(nèi)運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生較大的阻力，造成油槽內(nèi)油流紊亂加劇內(nèi)甩油。

2.2 油槽外甩油

從油槽蓋板的結(jié)構(gòu)、推力軸承的油路循環(huán)以及油槽的油位，確定外甩油一部分從油槽密封蓋板甩油，另一部分從推力頭和轉(zhuǎn)子的接縫處甩油，曾用試驗(yàn)予以了證實(shí)。試驗(yàn)過(guò)程如下：在推力/下導(dǎo)油槽蓋板上+X、+Y方向各安裝了1個(gè)固定測(cè)架，并在測(cè)架上安裝了垂直測(cè)紙和水平測(cè)紙。垂直測(cè)紙用以監(jiān)測(cè)推力頭與轉(zhuǎn)子中心體接縫處甩油;水平測(cè)紙用以監(jiān)測(cè)油槽密封蓋板環(huán)縫處甩油。兩次測(cè)量結(jié)果相同：貼在立面測(cè)板上的測(cè)紙中部有一道（約45mm寬）被潤(rùn)滑油浸透，而平面測(cè)紙的中部略有一道油霧痕跡。試驗(yàn)表明：除油槽蓋板輕微的油霧逸出外，大量的油是從推力頭與轉(zhuǎn)子中心體接縫處甩出。

3 油槽甩油處理工藝

3.1 內(nèi)甩油處理工藝

在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中對(duì)各臺(tái)機(jī)組進(jìn)行了不同的處理措施，其中在廠家的指導(dǎo)下采取了內(nèi)擋油圈靠大軸側(cè)加高擋油圈150mm，并加工有反螺紋槽，阻止內(nèi)甩油；將原1層的下導(dǎo)油槽密封頂蓋板換成3層密封蓋板，在最上層和最下層采用毛氈作動(dòng)密封，并從發(fā)電機(jī)下?lián)躏L(fēng)板處引風(fēng)至3層密封蓋板，以消除該處的負(fù)壓等，上述措施解決了內(nèi)甩油，但是外甩油問(wèn)題并未解決。根據(jù)我廠試驗(yàn)結(jié)果分析，在5號(hào)機(jī)和3號(hào)機(jī)推力/下導(dǎo)油槽擋油圈上加裝帶螺紋的阻油環(huán)和在推力頭上加裝拋油環(huán)。阻油環(huán)用于阻斷透平油沿?fù)跤腿屯屏︻^內(nèi)表面上行，這是解決機(jī)組甩油的根本性措施，拋油環(huán)用于擋住越過(guò)靜油位線(xiàn)的透平油，防止其通過(guò)轉(zhuǎn)子中心體和推力頭之間的縫隙。在2號(hào)和4號(hào)機(jī)的推力/下導(dǎo)油槽出現(xiàn)內(nèi)甩油后，臨時(shí)加高擋油圈解決了內(nèi)甩油問(wèn)題。在1號(hào)機(jī)和4號(hào)機(jī)組的推力頭與轉(zhuǎn)子中心體的結(jié)合縫處加裝“O”型橡膠密封條防止外甩油。

對(duì)于6號(hào)機(jī)在后續(xù)的運(yùn)行中又增加擋油蓋板，當(dāng)機(jī)組高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其油滴碰上擋油蓋板后一部分會(huì)因其粘性而粘在擋油蓋板上，另一部分則會(huì)反彈回去，改造中采用了斜蓋板，使得反彈回去的油繼續(xù)粘連在原水平蓋板上，大大減小油霧的產(chǎn)生。在實(shí)際設(shè)計(jì)中將擋油蓋板的角度設(shè)置為了43°，并且內(nèi)表面較粗糙。

圖1 擋油蓋板安裝示意圖

由于機(jī)組推力/下導(dǎo)油槽擋油圈運(yùn)至安裝現(xiàn)場(chǎng)后，存在不同程度的變形；安裝時(shí)，受油槽結(jié)構(gòu)的限制，測(cè)量、調(diào)整十分困難，結(jié)果造成阻油環(huán)與推力頭內(nèi)側(cè)間隙不均勻而出現(xiàn)內(nèi)甩油。為了徹底根治推力/下導(dǎo)軸承甩油，電廠在擋油圈上增加了葉柵，阻止透平油超過(guò)靜油位線(xiàn)繼續(xù)上行。隨推力頭運(yùn)動(dòng)的透平油繞過(guò)固定于擋油圈上的葉柵后，具有一定動(dòng)能的透平油在垂直方向上形成油柱分力阻止內(nèi)甩油。根據(jù)機(jī)組轉(zhuǎn)速和推力軸承實(shí)際情況，在靜油位線(xiàn)上，把47塊長(zhǎng)度均為240mm，水平夾角為6°的不銹鋼導(dǎo)流葉柵等間距安裝在擋油圈上。葉柵迎著油流方向側(cè)高，出油側(cè)低。這樣的葉柵布置，起到了壓油的作用。

3.2 油槽改造工藝

從下導(dǎo)瓦的結(jié)構(gòu)看，進(jìn)入進(jìn)油槽的油除建立油膜外，向上運(yùn)動(dòng)的油大部分通過(guò)排油溝排入上部油槽，但在推力頭的旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，仍有一部分油越過(guò)排油溝上竄到下導(dǎo)瓦上端非工作面；下導(dǎo)瓦上端非工作面與推力頭間隙之間的潤(rùn)滑油在動(dòng)擺度的作用下受到擠壓而成噴射狀直達(dá)蓋板，并因該處為負(fù)壓區(qū)，粘附在油槽頂層蓋板處的油從推力頭與蓋板間的間隙處逸出。為防止或者減輕下導(dǎo)油槽油滴的外逸，在機(jī)組檢修中對(duì)推力/下導(dǎo)油槽進(jìn)行以下改造[5～7]：

（1）取消原安裝在下導(dǎo)瓦上端部的L型擋油板，在發(fā)電機(jī)推力頭凸臺(tái)面上安裝10塊寬30mm、厚4mm弧形環(huán)氧板來(lái)阻擋來(lái)自下導(dǎo)瓦擠壓而產(chǎn)生自下而上的油滴，每塊環(huán)氧板采用6顆8.8級(jí)M8內(nèi)六角螺栓固定把合形成圓周，充分阻擋來(lái)自下導(dǎo)瓦擠壓而成噴射狀的油滴直達(dá)油槽上層密封蓋板。

（2）取消原安裝在油槽上層蓋板的呼吸器，在下機(jī)架-X偏-Y方向的呼吸器位置布置一根排氣管路，并引至下機(jī)架走臺(tái)板下方，其余呼吸器位置安裝專(zhuān)用堵板進(jìn)行封堵。

（3）減小油槽內(nèi)油霧沿密封齒間隙逸出的通道，在下導(dǎo)油槽上層蓋板下端面安裝10塊2mm厚的鋁制立式環(huán)形擋圈，鋁制立式環(huán)形擋圈與安裝在推力頭凸臺(tái)面上的環(huán)氧板在高度方向上預(yù)留5mm安全間隙，防止機(jī)組旋轉(zhuǎn)過(guò)程中抬機(jī)發(fā)生碰撞，利用鋁制立式環(huán)形擋圈與安裝在推力頭凸臺(tái)面上的環(huán)氧板聯(lián)合作用，來(lái)達(dá)到減小油霧逸出通道的目的。

（4）整體更換下導(dǎo)油槽接觸式密封齒。原接觸式密封的密封齒已運(yùn)行多年，磨損嚴(yán)重，加上在歷年機(jī)組檢修時(shí)，下導(dǎo)油槽密封蓋板經(jīng)常拆卸、回裝，周向相鄰密封齒接縫處的柔性密封膠管存在脫落、損壞現(xiàn)象，使得相鄰密封齒之間存在間隙。

（5）為有效防止下導(dǎo)油槽內(nèi)油氣混合物在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過(guò)程中沿推力軸領(lǐng)上竄，結(jié)合下導(dǎo)油槽上層蓋板結(jié)構(gòu)，采用氣密封原理，在下機(jī)架均勻布置4套從擋風(fēng)板處引出的風(fēng)管（風(fēng)管固定在靠風(fēng)閘圍板側(cè)），4套引風(fēng)管一并供入中間的供風(fēng)環(huán)管；同時(shí)在10塊下導(dǎo)油槽上層蓋板上下兩層密封齒之間的周向中部位置各鉆一個(gè)φ12.7的通風(fēng)孔，引出10根供風(fēng)支管與供風(fēng)環(huán)管相連，使從擋風(fēng)板處引出的壓力風(fēng)在油槽上層蓋板與軸領(lǐng)間形成氣密封裝置。

（6）選用原發(fā)電機(jī)-Y方位下導(dǎo)油槽上層蓋板呼吸器安裝孔位置，布置1根引風(fēng)管至水車(chē)室內(nèi)，在水車(chē)室內(nèi)安裝1臺(tái)大功率吸排油霧裝置，強(qiáng)迫抽取油槽內(nèi)產(chǎn)生的油霧，平衡油槽內(nèi)壓力，以抵消轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的負(fù)壓力，避免油霧通過(guò)接觸式密封的動(dòng)態(tài)間隙進(jìn)入到發(fā)電機(jī)通風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)。同時(shí)，抽取的油霧通過(guò)大功率吸排油霧裝置的沉積、收集、定期回收處理，避免造成環(huán)境污染。

圖2 改造后發(fā)電機(jī)推力/下導(dǎo)油槽結(jié)構(gòu)

4 油槽甩油狀態(tài)下機(jī)組運(yùn)行的注意事項(xiàng)

（1）加強(qiáng)機(jī)組推力油槽的油位和推力/下導(dǎo)軸承油位和溫度監(jiān)視。發(fā)現(xiàn)推力油槽油位有波動(dòng)或者推力/下導(dǎo)軸承溫度有波動(dòng)時(shí)務(wù)必及時(shí)通知專(zhuān)業(yè)班組進(jìn)行檢查，確定油槽油位是否正常。

（2）對(duì)發(fā)電機(jī)定子鐵心溫度和風(fēng)洞內(nèi)冷熱空氣溫度進(jìn)行長(zhǎng)期跟蹤分析。機(jī)組甩油會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)通風(fēng)道堵塞，同時(shí)下導(dǎo)油槽的氣密封取用的空氣減少了發(fā)電機(jī)的通風(fēng)量，都會(huì)影響發(fā)電機(jī)各部的冷卻效果。對(duì)機(jī)組各部溫度進(jìn)行長(zhǎng)期的跟蹤分析有利于實(shí)時(shí)掌握機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)溫度的變化趨勢(shì)合理安排機(jī)組的運(yùn)行方式和檢修計(jì)劃，并利用機(jī)組檢修期對(duì)發(fā)電機(jī)通風(fēng)槽和空冷器進(jìn)行清掃。

（3）發(fā)現(xiàn)下風(fēng)洞和水車(chē)室地面積油后及時(shí)通知專(zhuān)業(yè)班組進(jìn)行清掃，防止造成環(huán)境污染，同時(shí)相關(guān)人員進(jìn)出風(fēng)洞注意滑跌摔跤。

5 結(jié)語(yǔ)

本水電站水輪發(fā)電機(jī)推力/下導(dǎo)油霧甩油治理取得了顯著的效果[8～10]，通過(guò)阻擋甩油路徑、減小油霧外逸通道的方式來(lái)進(jìn)行處理，不失為一種治理策略，此次防甩油治理方法對(duì)類(lèi)似油槽結(jié)構(gòu)的機(jī)組甩油治理提供了有益的借鑒。