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水轮发电机推力轴承油雾治理探讨

发表时间：2020/8/20 来源：《基层建设》2020年第10期作者：刘淑妍

[导读] 摘要：发电机组的油雾问题给机组安全稳定运行带来巨大的隐患和危害，对于水电站这类国家“西电东送”骨干工程而言危害性更为严重。

        湖南黑麋峰抽水蓄能有限公司湖南长沙 410213
        摘要：发电机组的油雾问题给机组安全稳定运行带来巨大的隐患和危害，对于水电站这类国家“西电东送”骨干工程而言危害性更为严重。长期以来，国内外一直进行着机组油雾问题的研究，关注点主要在油挡、油雾吸收器等方面，但是油雾问题始终不能从根本上解决。本文归纳和总结水轮发电机组产生油雾现象，以及产生的原因、危害和处理方法，通过实例介绍了目前油雾处理的一般措施，提出了一些解决方法和思路，具有重要的实际指导意义。
        关键词：水轮发电机组；推力轴承；油雾；处理方法
        1 电站概况
        电站安装有21台轴流转浆式水轮发电机组，均为立轴半伞式结构，额定水头为18．6m，总装机容量为2715MW。其中，1号和2号水轮发电机的型号为TS1760/200－110，额定出力为170MW，额定转速为54．6r/min。3～21号水轮发电机的型号为SF125－96/15600，额定出力为125MW，额定转速为62．5r/min。发电机主要由定子、转子、上机架、推力支架、下风罩、上导轴承、推力轴承、制动系统以及空冷器等部分组成。
        水电站的发电机推力轴承为弹性油箱支撑形式，主要由推力头、镜板、弹性油箱、推力瓦、拖瓦、油槽、挡油筒、油冷却器以及密封盖等部件组成。轴承用46号汽轮机油，注油16m3左右。推力轴承的油冷器置于油槽内，每块推力瓦对应一个油冷器，1号和2号机组设置有20个油冷器，其他机组设置18个油冷器。
        2 油雾产生原因分析
        2.1 推力油槽内存在大量油雾
        机组运行时，镜板与推力瓦摩擦会产生大量的热量，推力油槽透平油吸热后温度就会升高，黏度随之降低。葛洲坝水电站机组推力轴承的油温在夏天最高时可达43℃左右。另外，推力轴承旋转部件搅动透平油，使透平油与油槽内的部件发生碰撞，产生飞溅、膨化等现象。这几个因素都会促使透平油雾化，导致推力油槽内本身存在着大量的油雾。
        2.2 轴承油槽密封盖密封结构不合理，形成外甩油雾的主泄漏通道
        油槽密封盖动密封为双层碳精块接触式密封，双层碳精块形成一空腔，空腔处安装吸油雾装置进行抽吸、处理油雾。TNS密封盖对应大轴区域未设置防止油顺轴上爬的阻挡措施，造成大量油沿轴上爬至密封盖的碳精密封块处，同时该密封盖的双层碳精块需要依靠弹簧作用使碳精块贴紧大轴才能形成零间隙密封。因碳精块自身材料的摩擦系数大，润滑效果不佳，造成碳精块与大轴接触区域温度升高，不利于油雾凝结。另主轴因受热发生局部变形造成机组轴系变化，影响机组安全运行。因此碳精块与大轴不能做到真正的零间隙密封，该处成为油雾的主要外泄通道。
        3 治理措施研究
        （1）结合设备空间位置更换加高的油槽密封盖，整体加高了密封盖67mm，增大轴承油槽内部容积，有效地增加了油雾的凝结空间，一定程度上减轻了油雾的形成。
        （2）在密封盖动密封对应的大轴位置下部50mm处加装挡油环，挡油环采用非金属材料，大轴焊接挡块用于固定挡油环，挡油环阻止润滑油顺着大轴向上攀爬，挡油环相对面有油雾吸收层，可有效吸收挡油环甩出的油滴，避免油滴四处飞溅，进一步减轻了油雾的形成和扩散。
        （3）密封盖采用组合密封的密封结构，组合密封由三道接触密封齿及两道柔性密封片组成，组合密封示意图如图1所示。接触密封齿按圆周方向等分为偶数份，每等份密封齿通过专用弹簧的作用能灵活地径向前进和后退，保证跟随大轴的转动做到实时跟踪，同时弹簧能够有效补偿密封齿的运行磨损量，实现了密封齿与大轴零间隙密封；接触密封齿材料采用非金属复合材料，该材料具有良好的自润滑功能、摩擦系数较小，并具有耐油、耐高温、耐腐蚀等特性，并且密封齿与大轴为尖齿线形接触，极大地减轻了密封齿与大轴间的摩擦热量，又起到良好的密封阻挡作用。柔性密封片具有自动密封功能，该材料具有优良的自润滑性能、摩擦系数极小、耐油、耐高温、耐摩擦，机组在运行中由送风装置的送气及大轴旋转产生风压的共同作用，使柔性密封片自动鼓起紧密贴合大轴，达到最佳的密封状态；密封盖的组合密封能彻底避免油雾及油通过大轴与密封盖的间隙泄漏。

        图1 组合密封示意图                图2 接油槽及挡油环结构示意图
        （4）组合密封的结构形式将密封盖的密封部分分为上、下两个腔室。在密封盖上腔室安装送风装置，向上腔室输送加压空气，防止该区域形成负压，隔断油雾外泄通道，并有利于柔性密封片自动鼓起密封，形成最佳密封状态。在送风装置出风口侧加装单向阀，避免油雾在送风装置停运状态从送风通道外泄；在密封盖下腔室安装油雾自动处理装置，将下腔室的油雾抽吸进油雾处理装置，并将油雾进行油与空气分离处理，分离后的油回流至油槽内，并在油雾自动处理装置吸油雾口侧及排油口侧加装单向阀，避免油雾在油雾自动处理装置停运状态从油雾吸收处理通道外泄。送风装置和油雾自动处理装置分为两组，采用轮换启动方式，实现了油雾的抽吸与回收处理。同时密封盖上安装6只呼吸器，呼吸器使油槽内的油雾在通过呼吸器内的折流板过程中使油雾凝结成油滴，油滴返流回油槽内，经过滤处理的空气被排出油槽，保障了油槽内外压力平衡，避免油槽内油雾因内外压差大溢出。
        （5）在推力轴承内挡油管与大轴间加装具有组合密封结构的接油槽，在接油槽对应的大轴区域上部50mm处加装挡油环，接油槽及挡油环结构示意图如图2所示，将油槽由于内甩油和负压吸出的油雾封闭在密闭空间，使油雾在密闭空间内凝结，通过挡油环将凝结的油滴收集在接油槽内，从而有效地避免了油槽内甩油和负压吸出的油雾扩散；同时在接油槽上装设4只呼吸器，保证接油槽内外压力平衡，防止接油槽内部产生较大负压吸出轴承内的大量油雾，另在接油槽底部装设2根排油管，定期排放接油槽内收集的积油，防止接油槽内积油过多通过组合密封大量外泄。
        （6）轴承组合面及管路法兰渗油处理。将各组合面及管路法兰的普通密封件更换为耐油、耐高温的密件垫，各密封面涂抹专用密封胶，并严格控制工艺，防止油雾通过轴承的各处静密封泄漏扩散，另择机对推力副油槽进行整体拆除返厂加工处理，彻底消除该处缺陷。
        4 结语
        目前各种油雾的处理措施，大部分是阻止或者减少油雾的溢出，如增大油槽空间、改进密封结构、优化油雾吸收装置的布置等。这些措施均是治标不治本的方法。根本解决方案尚需要在研究不同转速下油槽中的油流情况，根据油流在油槽中的搅动特点，制定相应的处理措施。
        参考文献：
        [1]马跃东．龙滩水电站700MW水轮发电机推力轴承甩油处理［J］．水电站机电技术，2010，33（1）：50－52