一種推力軸承油霧吸收裝置的研究與應用

孫志翔 吳衛(wèi)康

（國網(wǎng)江西省電力有限公司柘林水電廠,江西 九江 332000）

柘林水電站位于贛西北修河中游末端的永修縣柘林鎮(zhèn)附近,電站總裝機容量為420MW,到2001 年12 月底止,已累計發(fā)電168 億kw.h,不但取得了顯著的經(jīng)濟效益,而且還取得了明顯的防洪和灌溉效益,對促進贛北工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和全省國民經(jīng)濟發(fā)展作出了很大的貢獻。

1 現(xiàn)狀

柘林水電站水輪發(fā)電機組推力軸承采用低壓空氣與迷宮密封相結(jié)合方式密封推力油槽,該設備由輕質(zhì)鑄鋁合金密封蓋、低壓空氣輸送管路與風機組成。風機產(chǎn)生的低壓氣源經(jīng)過制動柜經(jīng)減壓閥送入輕質(zhì)鑄鋁合金密封蓋中的迷宮密封結(jié)構(gòu)內(nèi)[3],從而實現(xiàn)密封推力油槽甩油及油霧外溢的作用。輕質(zhì)鑄鋁合金密封蓋的迷宮密封結(jié)構(gòu)是與轉(zhuǎn)軸存在間隙（見圖1）,推力油槽內(nèi)的油霧在通過迷宮密封與轉(zhuǎn)軸之間間隙向外溢出時,迷宮密封結(jié)構(gòu)及低壓氣源逐步延緩油霧,強制油霧回到推力油槽內(nèi),防止油霧向外溢出。但在低壓氣源阻止油霧外溢同時低壓空氣也會進入油槽內(nèi),使推力油槽內(nèi)壓力逐漸升高,當油槽內(nèi)壓力升高到一定程度時迷宮密封結(jié)構(gòu)及低壓氣源將不能有效阻止油霧向外溢出。

圖1

2 油霧逸出的危害

推力軸承長期存在甩油和油霧外逸的情況,主要有以下危害：

2.1 發(fā)電機組軸承箱漏油、甩油及油霧現(xiàn)象的產(chǎn)生,致使發(fā)電機表面污染嚴重,造成轉(zhuǎn)子線棒及轉(zhuǎn)子輪輻的污染[4],油霧與灰塵在定子鐵心通風溝和轉(zhuǎn)子磁極通風溝處堆積,造成發(fā)電機通風散熱變差[5]。

2.2 機組運行過程中由于制動剎車位置未與發(fā)電機完全隔離,運行中動靜磨擦產(chǎn)生碳粉塵部分進入到發(fā)電機內(nèi),油霧和粉塵堆積在定子鐵心通風溝和轉(zhuǎn)子磁極通風溝處,降低了發(fā)電機的通風散熱性能,嚴重影響了發(fā)電機的散熱效果。油霧和灰塵長時間附著在絕緣層上,腐蝕發(fā)電機了絕緣線棒,降低其絕緣性能,使其加速老化,導致發(fā)電機線圈短路或擊穿放炮,給發(fā)電機組的安全、穩(wěn)定運行帶來了極大的安全隱患。

2.3 水輪發(fā)電機組軸承油槽油霧及漏油情況對水輪發(fā)電機組的運行存在較大,近幾年來,因為發(fā)電機內(nèi)進油的問題,已經(jīng)造成了很多起發(fā)電機絕緣損壞的事故,給發(fā)電廠帶了巨大的經(jīng)濟損失。對發(fā)電機的安全穩(wěn)定、可靠運行帶來潛在的危害,威脅發(fā)電機的安全生產(chǎn)[8]。

2.4 發(fā)電機軸承箱漏油、甩油使發(fā)電機機內(nèi)透平油損耗大,造成發(fā)電機組運行環(huán)境不好[9],需要經(jīng)常向油槽加油[10],增加了日常維修維護的工作量[11],也大大增加了發(fā)電機的檢修次數(shù),既費工費時,又增加了機組的運行成本。大型發(fā)電機組油槽油霧現(xiàn)象應引起廣大工程技術(shù)人員高度重視。

推力軸承油槽甩油和油霧向外逸出,油霧和灰塵堆積在定子鐵心通風溝和轉(zhuǎn)子磁極通風溝處,降低了發(fā)電機的通風散熱性能,嚴重影響了發(fā)電機的散熱效果。油霧和灰塵長時間附著在絕緣層上,腐蝕發(fā)電機了絕緣線棒,降低其絕緣性能,使其加速老化,導致發(fā)電機線圈短路或擊穿放炮,給發(fā)電機組的安全、穩(wěn)定運行帶來了極大的安全隱患。

3 油霧治理措施

以上治理油槽油霧的措施并未達到理想的效果,現(xiàn)提出了一種新的思路,即推力軸承油霧吸收裝置。

3.1 推力軸承油霧吸收裝置主要結(jié)構(gòu)

推力軸承油霧吸收裝置主要由過密封主體、隨動密封環(huán)、柔性封油板、定位擋板、鼓風機、油霧分離器、出口冷凝器、呼吸器、重力單向閥、自動回油單元組成（見圖2、圖3、圖4）。

圖2 推力軸承油霧吸收裝置結(jié)構(gòu)圖

圖3 推力軸承油霧吸收裝置結(jié)構(gòu)圖

圖4 推力軸承油霧吸收裝置結(jié)構(gòu)圖

3.2 推力軸承油霧吸收裝置工作原理

推力軸承油霧吸收裝置由隨動密封環(huán)、柔性封油板、定位擋板阻止油霧逸出[12]。在主軸出現(xiàn)偏擺時,隨動密封環(huán)的隨動密封作用可以很好地跟蹤主軸保持零間隙狀態(tài)運行,起密封作用的定位擋板可進一步阻擋油霧逸出。在風壓的作用下,柔性封油板可很好的與主軸緊密接觸,達到最理想的密封狀態(tài),有效地阻止油霧向外逸出。當少量油霧進入到B 腔室中時,油霧可通過管路被油霧分離器吸出,自動將油霧輸送到油霧分離器中進行過濾處理[13],油霧分離器中的過濾裝置可以很好地將油霧進行過濾處理,過濾后的油通過下方的回油管路返流回油槽內(nèi),過濾后的不含油霧的空氣,將通過油霧分離器的出風口排出,引至出口冷凝器中進行二次處理,充分保證推力軸承油霧吸收裝置的密封效果。

3.3 推力軸承油霧吸收裝置主要部件功能

3.3.1 密封主體

密封主體選用鑄鋁合金材質(zhì),方便產(chǎn)品的安裝、調(diào)整、維修、維護。

3.3.2 隨動密封環(huán)

隨動密封環(huán)圓周分為多等份,隨動密封環(huán)在等分后,每一等份都可以徑向靠近主軸和遠離主軸,靈敏性好,在主軸有徑向擺動的情況下,可保持隨動密封環(huán)一直和主軸在零間隙狀態(tài)下跟蹤運行。

隨動密封環(huán)設有精準的限位單元,可有效地限制隨動密封環(huán)靠近主軸。

隨動密封環(huán)采用非金屬材料,具有耐油、耐高溫、絕緣、耐老化、耐化學腐蝕等特性,并且具有良好自潤滑功能[14],磨擦系數(shù)極小。

3.3.3 柔性封油板

柔性封油板具有優(yōu)良的自潤滑性能,耐高溫、耐磨擦、耐油、耐老化。在鼓風機的主動送入A 腔室的風壓作用下,柔性封油板可很好的與主軸緊密接觸,達到最理想的密封狀態(tài),有效地阻止油霧向外逸出。

3.3.4 定位擋板

在安裝時起到自動定位作用,又能起到密封作用,在機組運行時對主軸無損傷。

3.3.5 衡力彈簧

衡力彈簧在隨動密封環(huán)背部沿圓周均勻分布,安裝時進行精準調(diào)整,保證隨動密封環(huán)在主軸偏擺時,圓周的向心運動受力均勻且恒定。

3.3.6 鼓風機

鼓風機在設定的時間內(nèi)工作,向A 腔室內(nèi)送入一股合適的氣壓,既能起到風壓密封板的作用,又能有效的阻斷油霧的逸出。

3.3.7 油霧分離器

油霧分離器在設定的時間內(nèi)工作,將進入B 腔室內(nèi)的油霧吸進油霧分離器中進行擊中處理,通過油霧分離器含有的過濾裝置過濾后,過濾后不含油霧的空氣通過油霧分離器的出風口排出,通過管路引至出口冷凝器中進行二次處理,過濾后的油通過油霧分離器底側(cè)的回油管路返流回油槽內(nèi)。

3.3.8 自動回油單元

當油霧分離器底側(cè)的油達到一定數(shù)量時,在自重作用下,可將油自動釋放到油槽內(nèi)。自動回油單元不工作時處于關(guān)閉狀態(tài),具有單向釋放油功能,防止油槽內(nèi)的油霧進入密封腔室內(nèi),導致密封效果失效。

3.3.9 風壓單向閥

當裝置開始工作時,因壓力原因,風壓單向閥自動打開,裝置停止工作時,風壓單向閥自動關(guān)閉,防止油霧串入密封腔室內(nèi),導致密封效果失效。

3.3.10 出口冷凝器

將油霧分離器和呼吸器收集到的油進行集中處理,便于觀察油霧情況。

3.3.11 呼吸器

維持油槽內(nèi)外壓力平衡。通過呼吸器外側(cè)連接的出風口引導至指定位置進行觀察。

3.4 推力軸承油霧吸收裝置優(yōu)勢

推力軸承油霧吸收裝置與柘林電站目前使用的密封結(jié)構(gòu)相比,存在以下幾點優(yōu)勢：

3.4.1 推力軸承油霧吸收裝置密封主體本體采用T 型槽與T 型隨動密封環(huán)相配,密封效果好,保證了機組高效、安全運行。

3.4.2 隨動密封環(huán)選用了非金屬高分子自潤滑材料,具有耐磨、耐高溫、絕緣性能好、吸噪音、抗靜電、比重輕、耐化學物質(zhì)侵蝕等特性,自潤滑性能優(yōu)于用油潤滑的鋼或黃銅。

3.4.3 推力軸承油霧吸收裝置由隨動密封環(huán)、柔性封油板、定位擋板阻止油霧逸出,在風壓作用下,柔性封油板可很好地與主軸接觸,達到最理想的密封狀態(tài),有效防止油霧逸出。同時,采用定位擋板進行定位,方便安裝,同時也起到密封作用,對主軸無損傷。

3.4.4 推力軸承油霧吸收裝置將密封主體的密封部分分為A、B 兩個腔室[15],A 腔室連接鼓風機,B 腔室連接油霧分離器。鼓風機向A 腔室送入一股經(jīng)過計算的合適氣壓,隔斷油霧外泄通道,油霧分離器將B 腔室油霧吸至油霧分離器中進行集中處理,并將油霧進行油與空氣分離過濾處理,過濾后不含油霧的空氣通過油霧分離器的出風口排出,通過管路引至出口冷凝器中進行二次處理,過濾后的油通過油霧分離器底側(cè)的回油管路返回油槽內(nèi)。

3.5 推力軸承油霧吸收裝置模擬效果試驗

針對推力軸承油霧吸收裝置的使用效果,進行了相關(guān)密封結(jié)構(gòu)及密封材料的模擬試驗（見圖5、圖6）,試驗情況如下：

圖5 試驗中進行預裝

圖6 試驗中進行數(shù)據(jù)采集

在室溫24℃狀態(tài)下,將試驗設備轉(zhuǎn)速設定為1000r/min,線速度為942m/min,隨動密封環(huán)、柔性封油板、定位擋板配合鼓風機、油霧分離器進行密封工作,并在油槽外側(cè)設有油霧濃度檢測儀器,運行4 小時后,通過油霧濃度檢測儀發(fā)現(xiàn),油槽外側(cè)無明顯油霧。

4 結(jié)論

推力軸承油霧吸收裝置在隨動密封環(huán)、柔性密封板、定位擋板相結(jié)合的密封形式下,配合鼓風機與油霧分離器的共同作用,滿足運行中的各種壓力需求,將動態(tài)的密封形式與靜態(tài)的密封形式有機的結(jié)合在一起,能有效地解決發(fā)電機組軸承油槽出現(xiàn)的甩油、漏油及油霧逸出現(xiàn)象。