直崗拉卡2號機組組合軸承漏油原因分析及改造對策

杜禮斌

（青海大唐國際直崗拉卡水電開發(fā)有限公司，青海 尖扎 811999）

1 引言

青海直崗拉卡水電站位于黃河干流上游的青海省尖扎縣與化隆縣交界處，距上游李家峽水電站壩址7.5 km，電站總裝機容量190 MW，安裝5臺38 MW機組，年發(fā)電量7.63億kW·h，1～4號機組由天津阿爾斯通水電設(shè)備有限公司供貨，2006年6月18日4臺機組全部并網(wǎng)發(fā)電，新安裝5 F機組已于2014年5月投產(chǎn)，設(shè)備由浙江富春江水電設(shè)備股份有限公司供貨。2006年4臺機組發(fā)電以來，每年度進行1次C級檢修，2020年以前4臺機組均A級檢修1次，由天津阿爾斯通水電設(shè)備有限公司制造，其水輪機型號為 GZ4BN039－WP－6100，額定水頭12.5 m，最高水頭17.5 m，最小水頭9.6 m，額定功率39.0 MW，額定流量337.6 m3/s，額定轉(zhuǎn)速100 r/min，飛逸轉(zhuǎn)速280 r/min，旋轉(zhuǎn)方向向下游側(cè)看為順時針旋轉(zhuǎn)，發(fā)電機型號為 SFWG38－60/6660，額定容量40 MW，額定功率38 MW，額定電壓10.5 kV。公司4臺機組自2006年6月投產(chǎn)以來組合軸承一直存在不漏油現(xiàn)象，漏油主要是從支撐環(huán)和徑向軸承之間的調(diào)整環(huán)連接處流出，機組運行時由于冷卻風(fēng)機風(fēng)量大，吹散漏出的油滴，從而導(dǎo)致發(fā)電機風(fēng)洞內(nèi)有大量的油污，油污長期存在不僅影響機組健康水平，油污長期存在，使發(fā)電機、定子、轉(zhuǎn)子絕緣性能下降，不利于機組安全運行，增大安全隱患。2號機組發(fā)電機徑向軸承在運行過程中漏油量較大，機組運行過程中2號機組漏油最大時每30 h漏油量為200 L,且漏油持續(xù)時間較長，機組停機時，檢查發(fā)電機風(fēng)洞，有大量油污吸附在發(fā)電機磁極、定子線棒上，漏油至發(fā)電機內(nèi)嚴重影響定子、轉(zhuǎn)子線圈的絕緣性能。因制動器以及制動環(huán)上有大量的油污，每次停機時因為摩擦導(dǎo)致風(fēng)洞產(chǎn)生大量煙霧，致使火災(zāi)報警裝置多次報警，油污在制動環(huán)上存在，影響機組停機制動性能，嚴重時甚至?xí)鸹馂?zāi)而導(dǎo)致發(fā)電機燒毀。在年度機組檢修期間，對4臺機組采取臨時漏油收集裝置，在調(diào)整環(huán)外邊圓制作了弧形密封接油槽，在油槽下部接橡膠軟管，將組合軸承接油槽內(nèi)收集的油通過橡膠軟管引出至發(fā)電機風(fēng)洞、在管型座下進人孔設(shè)置了接油桶，雖然收集了部分漏油，因接油槽只能收集組合軸承下部的油滴，被吹散的油滴無法收集，機組用油損耗量大，容易發(fā)生環(huán)保事件，如需完全解決組合軸承漏油，必須解決密封存在的問題。公司制定了2號機組組合軸承漏油檢修計劃，針對漏油問題公司設(shè)備部組織了廠家技術(shù)人員、檢修單位對組合軸承漏油部位進行研究，對制定的技改方案進行安全性討論，計劃在2019年在機組C級檢修過程中進行組合軸承漏油檢修。

2 組合軸承結(jié)構(gòu)及漏油原因分析

2.1 組合軸承結(jié)構(gòu)介紹

直崗拉卡水電站4臺水輪發(fā)電機組組合軸承分別布置在座環(huán)內(nèi)兩側(cè)，支撐環(huán)、徑向軸承及反推力瓦在發(fā)電機風(fēng)洞內(nèi)，機型為徑向軸承前置燈泡貫流式發(fā)電機組。正推力瓦及推力油槽在燈泡體內(nèi)，把合在座環(huán)上，組合軸承的載荷作用在支撐環(huán)上，支撐環(huán)將發(fā)電機轉(zhuǎn)子的重量和組合軸承徑向重量輸送至座環(huán)上，支撐環(huán)、徑向軸承調(diào)整環(huán)均為分瓣結(jié)構(gòu)組合而成，組合軸承的密封由甩油環(huán)、彈性密封油箱組成，部件之間的法向、軸向組合面由橡膠密封條及密封膠組合而成，主軸上的鏡板承擔(dān)機組運行和停機時的正反向推力，正推力瓦10塊安裝在推力油槽內(nèi)，反推力瓦10塊安裝在發(fā)電機風(fēng)洞內(nèi)支撐環(huán)上，正推力瓦采用彈性支撐，反推力瓦采用耐油橡膠墊支撐方式。主軸鏡板密封在組合軸承內(nèi)，鏡板直徑Φ2 300 mm，正、反推力瓦內(nèi)徑Φ1 410 mm，外徑Φ2 280 mm，支撐中心Φ1 862 mm，推力軸承采用動壓運行，徑向軸承內(nèi)徑Φ1 200 mm，長度900 mm，徑向軸承設(shè)有高壓頂起裝置，在轉(zhuǎn)動部分重量(水輪機轉(zhuǎn)輪、主軸、發(fā)電機轉(zhuǎn)子等)的作用下,導(dǎo)軸承下部的潤滑油將會被擠壓出來,以致在機組啟動瞬間,軸承處于干摩或半干摩擦狀態(tài);而在機組停機時,由于轉(zhuǎn)速降低,油膜厚度會逐漸減小到最小值,威脅機組的安全運行,若頻繁開、停機,使瓦溫升高,潤滑油黏度下降破壞了油膜厚度,則會發(fā)生燒瓦事故。必須設(shè)置高壓頂起裝置，在機組啟動與停機時,將高壓油注人導(dǎo)軸承下部預(yù)設(shè)的油室內(nèi),將轉(zhuǎn)動部分頂起,使軸頸與軸瓦摩擦面間強迫建立起油膜,以降低摩擦系數(shù),改善開、停機潤滑條件。高壓頂起由兩臺高壓齒輪油泵組成，設(shè)有減載閥、止回閥、壓力調(diào)節(jié)裝置、壓力開關(guān)、壓力表等安全附件，機組啟動時，啟動1臺高壓頂起油泵，油泵壓力油通過管道將油輸送至徑向軸承底部，頂起主軸0.10～0.20 mm，建立油膜，停機時使用同樣的方式直至機組停機。組合軸承潤滑油系統(tǒng)供油方式為高位油箱供油，高位油箱通過管道將油輸送至水輪機各部軸承，軸承潤滑后將產(chǎn)生熱量的排至回油箱，油箱的油通過油泵通過雙筒過濾器、油冷卻器，將干凈的降溫的油輸送至高位油箱。

2.2 組合軸承漏油原因

組合軸承結(jié)構(gòu)如圖1所示，組合軸承油槽中，徑向瓦與支持環(huán)密封是通過Φ16 mm橡膠密封條。此類型機組安裝后先采用臨時調(diào)整塊進行軸線調(diào)整，軸線調(diào)整合格后，根據(jù)測量數(shù)據(jù)對調(diào)整環(huán)毛坯進行精加工，加工完成后進行安裝，徑向軸承的密封主要由調(diào)整環(huán)進行固定，調(diào)整環(huán)為了方便拆卸加工，調(diào)整環(huán)由6塊組成（圖2），調(diào)整環(huán)安裝由調(diào)整環(huán)上24條M24高強螺栓固定在支撐環(huán)上。機組運行時徑向軸承會上下浮動，長時間運行，造成密封條老化或固定調(diào)整環(huán)及徑向軸承的螺栓松動，導(dǎo)致密封效果不良，造成漏油，滲漏出的油從支撐環(huán)和徑向軸承外結(jié)合處漏出，機組運行時產(chǎn)生振動導(dǎo)致漏油量增大。

圖1 組合軸承結(jié)構(gòu)示意

圖2 調(diào)整環(huán)

3 組合軸承漏油處理

3.1 拆除相關(guān)管路及自動化元件

（1）拆除各排油管和壓力、流量、變送器等元件，并做好記號。管口、孔口用干凈的棉布綁扎封堵牢固。

（2）拆除推力油槽和徑向軸承上的測溫電阻引線并做好記號。

3.2 發(fā)電機機艙內(nèi)做好保護措施

因組合軸承漏油檢修技術(shù)改造大多數(shù)工作在發(fā)電機風(fēng)洞內(nèi)進行，使用的各類工器具較多，使用電焊、氣割等工具，必須做好發(fā)電機風(fēng)洞內(nèi)的防護工作。在工作地點布置一定數(shù)量的水基滅火器，清理工作面油污，在交通道和工作部位使用橡膠板、防火石棉布進行鋪設(shè)進行防護，因發(fā)電機內(nèi)為有限空間作業(yè)，做好施工人員、工器具、備件及施工材料登記，做好有害氣體測量等工作。

3.3 拆除大軸保護罩

水車室內(nèi)部空間狹小，大軸保護罩必須分開吊出，施工人員才具備作業(yè)空間。

3.4 轉(zhuǎn)動部分重量支撐

拆卸組合軸承調(diào)整環(huán)，轉(zhuǎn)動部分水輪機轉(zhuǎn)輪、主軸、發(fā)電機轉(zhuǎn)子重量要由臨時設(shè)置的頂軸千斤頂和定子承擔(dān)，必須設(shè)置可靠的支撐點。

（1）大軸采用兩臺100 t千斤頂頂起，大軸頂起支架安裝在推力油槽滑軌上，采取的防滑措施是：不管是空氣間隙支撐還是在推力油槽下游側(cè)大軸上頂起，設(shè)置可靠的支撐，防止在發(fā)電機風(fēng)洞內(nèi)檢修時機組轉(zhuǎn)動部分的重量落在組合軸承上，必須保證徑向軸承無徑向受力點，才能保證徑向軸承向上游方向移動時不受影響。

（2）按照施工要求必須頂起轉(zhuǎn)徑向軸承側(cè)主軸0.2 mm，保證調(diào)整環(huán)不會被徑向軸承壓緊，有間隙后才可拆卸調(diào)整環(huán)，利用百分表監(jiān)測頂起數(shù)值，達到設(shè)定值后在轉(zhuǎn)子下部空氣間隙內(nèi)安裝足夠承載重量的楔子板或墊條。

3.5 拆除調(diào)整環(huán)及部分附件

確認轉(zhuǎn)動部分的重量，軸由兩處零時支撐點來承載后，掛1 t的葫蘆，分塊拆除調(diào)整塊，對拆卸部分作好記號，拆除前徑向軸承供油管及排油管，拆除前密封油箱及甩油環(huán)，分別倒運至轉(zhuǎn)子力筋板空隙處，此時徑向軸承處于不受力狀態(tài)，在徑向軸承上游側(cè)方向X、Y方向各設(shè)置一處吊點，向上游側(cè)方向移動，移動距離100 mm處，直至作業(yè)人員可以取出徑向軸承與支撐環(huán)之間的密封條。

4 組合軸承密封改造實施步驟

（1）經(jīng)過公司專業(yè)人員對漏油原因的分析，結(jié)合主機廠家技術(shù)人員及檢修單位意見，根據(jù)組合軸承結(jié)構(gòu)及運行原理、密封結(jié)構(gòu)形式、軸承潤滑油系統(tǒng)運行方式等方面綜合分析，徑向瓦組合面處尺寸狹小，無法對已安裝且不易拆除的徑向軸承和支撐環(huán)進行改造，不利于裝設(shè)密封裝置。經(jīng)研究決定在徑向軸承與支撐環(huán)夾角處增加一條密封，所以將原尺寸調(diào)整環(huán)軸向長度進行車削加工，原調(diào)整環(huán)厚度為180 mm，車削至厚度為149+0.2+0.1mm。因需預(yù)留調(diào)整環(huán)配車間隙，保證調(diào)整環(huán)支撐徑向軸承接觸面積不得減少，密封環(huán)的最大厚度為31 mm，密封環(huán)分兩瓣設(shè)置，密封環(huán)同調(diào)整環(huán)螺栓孔分布相同，固定在支撐環(huán)上，在密封環(huán)內(nèi)徑下游側(cè)方向進行45°倒角，安裝一條Φ12 mm的橡膠密封條，密封環(huán)安裝后原調(diào)整環(huán)的厚度不變，密封環(huán)加工圖見圖3所示。

圖3 密封環(huán)加工圖

（2）對原有徑向軸承密封條進行拆除，清理徑向軸承密封槽內(nèi)密封膠，安裝新的密封條。新的密封條安裝前進行檢查，檢查有無龜裂或其他缺陷，檢查完好后在密封槽內(nèi)進行安裝，將密封條的接頭設(shè)置在頂部，確認粘接符合要求，在密封面上均勻涂抹一圈耐油密封膠，密封膠涂抹均勻后在徑向軸承上游側(cè)X、Y、-X、-Y方向設(shè)置4個相同噸位的5 t螺旋千斤頂，4人同時操作將徑向軸承向下游側(cè)移動，直至徑向軸承移動至支撐環(huán)組合面位置。在徑向軸承和支撐環(huán)夾角處安裝一條Φ12 mm橡膠密封條，新增加的密封條同徑向軸承密封條接頭不能設(shè)置在相同位置。

（3）將加工好的密封環(huán)分兩瓣安裝在徑向軸承和支撐環(huán)處，兩瓣分別放在可組裝位置，對準調(diào)整環(huán)螺栓安裝孔，組裝后必須可靠的與新安裝的密封條接觸。

（4）將加工后的調(diào)整環(huán)按照順序編號分別裝入，擰緊調(diào)整環(huán)固定螺栓。

（5）按照拆卸后的相反順序回裝甩油環(huán)、前油箱、自動化元件及相關(guān)管路等，增加密封環(huán)后的組合軸承見圖4。

圖4 增加密封環(huán)后的組合軸承

（6）檢查發(fā)電機機組中心線、主軸中心線、水輪機中心線、徑向軸承間隙、發(fā)電機空氣間隙，確認各部位間隙是否符合機組安裝說明書及國標的規(guī)定。如不符合相關(guān)規(guī)定，對不合格的部位進行調(diào)整檢查，確認無誤后，利用千斤頂起發(fā)電機轉(zhuǎn)子，拆除發(fā)電機轉(zhuǎn)子間隙內(nèi)的承重墊片，再依次拆除主軸千斤頂及支撐，將發(fā)電機組轉(zhuǎn)子及軸承重量全部由徑向軸承承擔(dān)，再次對發(fā)電機空氣間隙、徑向軸承間隙進行測量，測量完成后同檢修前的測量數(shù)據(jù)進行對比，確認是否符合規(guī)程規(guī)范的要求。

（7）軸承潤滑油系統(tǒng)注油檢查，確認甩油環(huán)、前密封油箱、管道、閥門、自動化元件回裝完成后，在潤滑油箱注入合格的潤滑油，啟動潤滑油泵，打開軸承潤滑供油閥進行油系統(tǒng)循環(huán)，檢查徑向軸承、支撐環(huán)、調(diào)整環(huán)等各部位間隙滲漏情況。待所有部件安裝恢復(fù)后 ,進行軸承系統(tǒng)的油循環(huán)檢查試驗，檢查組合軸承的漏油情況。

（8）清理發(fā)電機風(fēng)洞內(nèi)油污，檢查確認更換密封時拆卸各部位密封情況，確認無滲漏后，拆除臨時布置的接油槽，清理定子通風(fēng)槽內(nèi)、轉(zhuǎn)子、前機架、組合軸承等不易清理部位油污。

5 結(jié)論

通過直崗拉卡2號機組組合軸承的檢修，加設(shè)密封環(huán)增加了1條密封，即使原密封條再次出老化等狀況，新增加的密封條也會起到很好的密封作用而防止組合軸承漏油，有效的解決了組合軸承漏油的問題。2號機組改造前每30 h漏油量高達200 L，現(xiàn)機組運行近半年多，機組停備時對發(fā)電機機艙內(nèi)進行了多次檢查，未發(fā)現(xiàn)漏油情況，對組合軸承調(diào)整環(huán)的改造未對機組運行產(chǎn)生任何影響，說明本次改造取得效果好，為接下來幾臺機組組合軸承漏油處理提供了檢修依據(jù)。對于同類型燈泡貫流式水輪發(fā)電機組組合軸承，因為機組結(jié)構(gòu)形式不同，多數(shù)組合軸承均在漏油現(xiàn)象，為保證發(fā)電機風(fēng)洞內(nèi)設(shè)備安全運行，必須保證發(fā)電機環(huán)境清潔，燈泡貫流式水輪發(fā)電機組組合軸承目前存在的結(jié)構(gòu)形式，都存在不同程度的漏油現(xiàn)象，應(yīng)根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式的組合軸承進一步研究密封形式和密封方法，方法成熟后在機組制造設(shè)計階段來避免漏油現(xiàn)象的發(fā)生，為機組安全運行提供保障。