發(fā)電電動機(jī)推力及下導(dǎo)軸承甩油油霧問題分析及處理

高從闖，肖先照，黃 艷，陳忠賓

（1．江蘇國信溧陽抽水蓄能發(fā)電有限公司，江蘇省常州市 213334；2．江蘇沙河抽水蓄能發(fā)電有限公司，江蘇省常州市 213333）

0 前言

甩油和油霧是水輪發(fā)電機(jī)組一個較為普遍的問題，也是一個疑難雜癥問題。是否存在甩油、油霧現(xiàn)象是評價水輪發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定性的一項重要指標(biāo)。某抽水蓄能電站裝有多臺單機(jī)容量為250MW的混流可逆式水泵水輪機(jī)—發(fā)電電動機(jī)組，發(fā)電電動機(jī)采用立軸半傘式全空冷結(jié)構(gòu)，為國內(nèi)某大型水電設(shè)備制造廠制造供貨。本文以該抽水蓄能電站發(fā)電電動機(jī)推力及下導(dǎo)軸承為研究對象，針對推力及下導(dǎo)軸承存在的甩油油霧問題進(jìn)行分析和處理。

1 推力及下導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)[1-2]

該抽水蓄能電站發(fā)電電動機(jī)推力軸承、下導(dǎo)軸承位于轉(zhuǎn)子下方下機(jī)架油槽內(nèi)，采用的是推力和下導(dǎo)軸承組合體共用一個油槽的結(jié)構(gòu)。機(jī)組額定轉(zhuǎn)速為300r/min，飛逸轉(zhuǎn)速為475r/min，推力負(fù)荷為815t，潤滑油為46號汽輪機(jī)機(jī)油。推力軸承配置12塊巴氏合金推力瓦，并配備有高壓油頂起系統(tǒng)，采用單波紋彈性油箱的支撐方式。推力頭與鏡板合為一體成為鏡板推力頭，推力頭上端與轉(zhuǎn)子支架采用銷套連接固定，推力頭下平面即為鏡板面，直接與推力瓦面接觸，側(cè)面兼作下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子軸領(lǐng)面，下導(dǎo)瓦的支撐為球面支柱加調(diào)整墊片結(jié)構(gòu)，配置16塊巴士合金導(dǎo)瓦。推力軸承的潤滑油循環(huán)方式為外加泵外循環(huán)。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 推力及下導(dǎo)軸承裝配Figure 1 Thrust and lower guide bearing assembly

2 甩油和油霧問題

該抽水蓄能電站機(jī)組在調(diào)試及投入商業(yè)運(yùn)行后部分機(jī)組推力及下導(dǎo)軸承存在外甩油、油霧問題。即油槽內(nèi)的油從接觸式油擋與推力頭的接觸處溢出，甩出的油流淌到油槽蓋板，再從油槽蓋板流淌到發(fā)電機(jī)下蓋板，最終散落到水車室控制環(huán)上。從油槽逸出的油霧彌漫到整個發(fā)電機(jī)風(fēng)洞，在冷卻風(fēng)的循環(huán)作用下定子線棒、磁極、自動化元件黏附油漬，定子鐵芯通風(fēng)溝內(nèi)和空氣冷卻器散熱片內(nèi)黏附油污，風(fēng)洞內(nèi)壁及地面黏附一層透平油。其中，第6號發(fā)電電動機(jī)甩油和油霧問題最為嚴(yán)重，第1～3號發(fā)電電動機(jī)存在輕微油霧，第4號和5號機(jī)發(fā)電電動機(jī)在過速時也不存在甩油、油霧問題。另外，2號和4號發(fā)電電動機(jī)在C

級檢修后出現(xiàn)過補(bǔ)氣管路噴油現(xiàn)象，吸油霧裝置吸油現(xiàn)象。推力及下導(dǎo)軸承甩油、油霧如圖2～圖5所示。

圖2 接觸式油擋及油槽蓋板覆蓋一層油Figure 2 A layer oil on contact oil baffle and oil groove

圖3 控制環(huán)上覆蓋一層油Figure 3 A layer oil on operating

圖4 絕緣盒上懸掛油珠Figure 4 The oil drops on insulating box

圖5 空氣冷卻器上黏附油漬Figure 5 Oil stains adhering to the air cooler

3 甩油油霧的危害[3-4]

以該抽水蓄能電站為例，較為嚴(yán)重的甩油、油霧影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，增加電廠檢修維護(hù)的工作量，而且還會造成電站周圍環(huán)境污染。

3．1 對機(jī)組的危害

發(fā)電電動機(jī)推力及下導(dǎo)軸承在運(yùn)行過程中甩出來的油，從油槽逸出的油霧會導(dǎo)致定、轉(zhuǎn)子繞組污染，影響繞組的散熱效果，腐蝕繞組絕緣，降低繞組絕緣強(qiáng)度以及減少使用壽命。推力及下導(dǎo)軸承甩油和油霧導(dǎo)致油槽油位下降，當(dāng)油位下降到一定程度會導(dǎo)致下導(dǎo)瓦溫度、潤滑油溫度升高，最終導(dǎo)致燒瓦事故。油霧凝結(jié)成油堵塞定子通風(fēng)溝、空氣冷卻器散熱片，影響通風(fēng)循環(huán)效果，最終風(fēng)洞內(nèi)整體溫度上升，高壓絕緣部件會出現(xiàn)損傷。另外，油霧混雜著粉塵黏附在自動化元件上，導(dǎo)致自動化元件誤報警或者誤動作。

3．2 增加檢修工作量及安全風(fēng)險

對發(fā)電電動機(jī)風(fēng)洞內(nèi)設(shè)備、風(fēng)洞墻壁及地面、水車室內(nèi)設(shè)備部件上油漬反復(fù)清理，頻繁地往油槽內(nèi)補(bǔ)油以及對吸油霧裝置排油等增加了電站檢修維護(hù)人員的工作量，而且還增加了電站運(yùn)行和檢修人員滑倒、高處墜落等人身傷害的風(fēng)險。

3．3 造成環(huán)境污染

逸出的油霧擴(kuò)散到整個廠房導(dǎo)致廠房工作環(huán)境彌漫著透平油味；甩出來的油收集、處理不到位，會影響電站上、下庫水域及周邊生態(tài)環(huán)境。

4 甩油和油霧問題分析[5-7]

該抽水蓄能電站多臺發(fā)電電動機(jī)推力及下導(dǎo)軸承甩油、油霧問題存在很大差異，共同點(diǎn)是甩油、油霧都發(fā)生在推力接觸式油擋的密封齒與推力頭接觸處，即“外甩油，外逸油霧”。下面將從結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造安裝兩個方面進(jìn)行分析。

4．1 結(jié)構(gòu)設(shè)計方面

相對于常規(guī)水輪發(fā)電機(jī)，該抽水蓄能電站發(fā)電電動機(jī)屬于大容量、高轉(zhuǎn)速機(jī)組。由于廠房的高度限制、機(jī)組軸系的要求致使發(fā)電電動機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、空間有限，推力及下導(dǎo)軸承設(shè)計為共用一個油槽成組合軸承結(jié)構(gòu)。受下機(jī)架處混凝土墻的影響，組合軸承油槽在結(jié)構(gòu)尺寸上受到限制。組合軸承內(nèi)推力瓦、導(dǎo)瓦、托板、彈性油箱等零部件較多，外循環(huán)所必備的油管路也較多，冷熱油隔板、防止甩油油霧所采用的措施也很復(fù)雜。結(jié)構(gòu)的限制導(dǎo)致接觸式油擋密封齒與油面的距離僅為265mm，油位在機(jī)組運(yùn)行的過程中波動極易導(dǎo)致油從接觸式油擋密封齒處溢出到油槽外。另外，推力油槽蓋板距離正常液位油面距離僅為185mm，機(jī)組運(yùn)行過程中產(chǎn)生的油霧極易充滿相對有限的空間，隨著機(jī)組運(yùn)行的時間變長，油槽內(nèi)潤滑油的溫度升高，油霧越來越多，并形成一定壓力的油霧。最終，帶有壓力的油霧便會從接觸式油擋的密封齒處逸出到油槽外。圖6為該抽水蓄能電站推力及下導(dǎo)軸承油霧逸出三維仿真。

圖6 推力及下導(dǎo)軸承油霧逸出三維仿真Figure 6 Three dimensional simulation of oil mist escaping from thrust and lower bearing

4．2 制造安裝方面

根據(jù)該抽水蓄能電站多臺機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，第4、5號發(fā)電機(jī)推力及下導(dǎo)軸承從未出現(xiàn)甩油、油霧問題。第1～3號推力及下導(dǎo)軸承存在輕微的甩油、油霧問題，第6號機(jī)甩油較為嚴(yán)重。為何機(jī)組存在如此大的差異？分析其中很大的一個原因在于制造安裝方面。油槽內(nèi)穩(wěn)油蓋、穩(wěn)油板、隔油蓋、冷熱油隔板等重要部件各瓣之間的間隙，以及這些部件與轉(zhuǎn)動部件的間隙至關(guān)重要。這些部件安裝不平整、間隙達(dá)不到設(shè)計要求、穩(wěn)油板與導(dǎo)瓦位置安裝不匹配，轉(zhuǎn)動部件與機(jī)架不同心，水平度不好等，都會導(dǎo)致推力及下導(dǎo)軸承內(nèi)油面波動大，進(jìn)而出現(xiàn)甩油和油霧現(xiàn)象。另外，冷熱油隔板、穩(wěn)油板制造時與圖紙尺寸存在偏差，各瓣間的縫隙較大；接觸式油擋密封齒彈簧質(zhì)量問題導(dǎo)致密封齒不能與轉(zhuǎn)動部件隨動，密封齒磨損量較大，與推力頭接觸間隙變大。在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇的作用下，油槽內(nèi)的油霧、潤滑油從油擋與推力頭的間隙處被抽出，這更加重了推力及下導(dǎo)軸承的甩油和油霧。

5 甩油和油霧問題處理及過程[7-8]

針對該抽水蓄能電站機(jī)組的甩油油霧問題，根據(jù)多臺機(jī)組推力及下導(dǎo)軸承甩油、油霧程度的不同，采取了不同的措施，如降低推力及下導(dǎo)軸承油位；在油槽蓋上增加呼吸器來平衡油槽內(nèi)壓力；在接觸式油擋上增加毛刷裝置來密封油和油霧；將接觸式油擋換成氣密封裝置，用氣來密封油霧和甩油；在油槽內(nèi)增加泵環(huán)，封堵推力頭上甩油孔等。其中具有一定成效的處理方案如下：

（1）降低推力及下導(dǎo)軸承油槽油位50～70mm（正常油位超過導(dǎo)瓦中心線50mm），改善了第1～3號機(jī)組推力及下導(dǎo)軸承的油霧問題，但是第6號機(jī)組甩油、油霧問題絲毫沒有得到改善。

（2）接觸式油擋分上、下兩個腔，將吸油霧補(bǔ)氣系統(tǒng)更改為上腔補(bǔ)氣和下腔吸油霧（與原先相反），解決了第2號和第4號機(jī)組推力及下導(dǎo)軸承呼吸器噴油，吸油霧裝置吸油的現(xiàn)象。

（3）采用氣密封裝置、在油槽內(nèi)增加甩油環(huán)、封堵推力頭上泵孔等方案的綜合實(shí)施，一定程度上延緩和改善了機(jī)組甩油和油霧，但沒有從根本上解決問題。

（4）匹配穩(wěn)油板和導(dǎo)瓦位置，讓穩(wěn)油板各瓣間縫隙和導(dǎo)瓦邊緣錯開，防止油在導(dǎo)瓦邊緣受阻后上串到接觸式油擋和推力頭形成的密封腔。同時，將分瓣的穩(wěn)油蓋與分瓣的穩(wěn)油板間隙錯開，并按照圖紙調(diào)整穩(wěn)油蓋與推力頭側(cè)面間隙。除此之外，安裝時保證接觸式油擋與推力頭同軸度，更換合適的密封齒（含密封齒上的彈簧）。幾種方案的共同實(shí)施基本解決了該抽水蓄能電站第6號機(jī)組推力及下導(dǎo)軸承的甩油問題，也很大程度上改善了油霧外溢狀況。

6 結(jié)語

抽水蓄能發(fā)電電動機(jī)推力軸承與常規(guī)機(jī)組相比具有轉(zhuǎn)速高、空間緊湊、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)。由于是推導(dǎo)組合軸承，機(jī)組運(yùn)行時產(chǎn)生的熱量，所需要的潤滑油量也要多于常規(guī)機(jī)組。本文以某抽水蓄能電站發(fā)電電動機(jī)推力及下導(dǎo)軸承為研究對象，針對推力及下導(dǎo)軸承在調(diào)試及投入商業(yè)運(yùn)行后部分機(jī)組出現(xiàn)的甩油、油霧問題進(jìn)行了分析和處理，極大地改善了該抽水蓄能電站發(fā)電電動機(jī)推力及下導(dǎo)軸承甩油和油霧問題，總結(jié)如下：

（1）發(fā)電電動機(jī)在整體結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)該充分考慮推力及下導(dǎo)軸承的甩油油霧問題，提前留足布置空間。

（2）在具體結(jié)構(gòu)設(shè)計前，在主設(shè)備廠推力軸承試驗(yàn)平臺上模擬真機(jī)試驗(yàn)，弄清楚機(jī)組甩油、油霧的機(jī)理，有指導(dǎo)性地開展結(jié)構(gòu)設(shè)計。

（3）關(guān)鍵影響機(jī)組甩油油霧的部件如穩(wěn)油板、穩(wěn)油蓋、冷熱油隔板等部件制造要嚴(yán)格把好質(zhì)量關(guān)。

（4）對接觸式油擋密封齒開展研究，耐磨損、隨動性好的密封齒能有效地防止油霧的產(chǎn)生。

（5）針對不同機(jī)組甩油、油霧問題，從本質(zhì)上分析原因，以“疏通”的思想代替“封堵”。

（6）在安裝的時候嚴(yán)格按照相關(guān)文件進(jìn)行，注重關(guān)鍵部件的安裝，保證安裝間隙。