三板溪電廠下導(dǎo)軸承油槽蓋板甩油原因分析

雷 戰(zhàn)，胡宇松

（湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長(zhǎng)沙410004）

1 引言

三板溪水力發(fā)電廠位于貴州省錦屏縣境內(nèi)，是沅水干流15個(gè)梯級(jí)電站中第二級(jí)、清水江下游，是沅水干流上唯一具有多年調(diào)節(jié)能力的龍頭電站，是沅水干流繼五強(qiáng)溪電站后的第二個(gè)百萬級(jí)水電站。該電站工程總投資61.5億元，總工期5年，主體工程于2002年7月正式開工。總裝機(jī)容量100萬kW，安裝4臺(tái)由哈爾濱電機(jī)廠生產(chǎn)的25萬kW混流式水輪發(fā)電機(jī)組，2006年全部投產(chǎn)后，年設(shè)計(jì)發(fā)電量24.28億kW·h。

水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)，油霧由擋油筒、油擋處等部位溢出，油霧問題將會(huì)導(dǎo)致環(huán)境污染、人員的傷害、設(shè)備的火災(zāi)等安全生產(chǎn)事故，為保障人員健康和機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，建議對(duì)下導(dǎo)軸承油槽蓋板進(jìn)行升級(jí)改造。

2 油霧產(chǎn)生原因

原油槽油擋使用的隨動(dòng)密封為平板式密封齒，通過板彈簧支持，并用螺絲固定與限位。機(jī)組運(yùn)行過程中板彈簧容易失效，定位固定螺絲存在限位行程偏小等原因，使油及油霧沿隨動(dòng)密封與推力頭之間存在的間隙外逸，無法滿足機(jī)組運(yùn)行需求。

在機(jī)組運(yùn)行過程中，由于轉(zhuǎn)子運(yùn)行作用，軸承油箱上方會(huì)出現(xiàn)負(fù)壓現(xiàn)象，由于負(fù)壓的影響，油槽內(nèi)進(jìn)出的循環(huán)油流處于紊流狀態(tài)，油分子之間及動(dòng)靜部件與油之間碰撞沖擊，均會(huì)使循環(huán)油汽化產(chǎn)生油霧，產(chǎn)生的油霧一部分經(jīng)過油擋處的梳齒密封凝結(jié)成油滴，這些油滴又流回油槽。但是三板溪電廠下導(dǎo)軸承沒有設(shè)置呼吸器，油槽內(nèi)只能通過擋油桶和蓋板油擋處間隙與外界大氣相連，機(jī)組運(yùn)行就會(huì)有油霧爬升，導(dǎo)致油槽蓋板集油，風(fēng)洞油霧污染嚴(yán)重。

3 油槽蓋板的改進(jìn)

通過對(duì)油霧產(chǎn)生原因的分析，最終確定對(duì)油擋T型密封的材質(zhì)和隨動(dòng)支撐彈簧進(jìn)行升級(jí)，同時(shí)加裝油霧呼吸器，對(duì)蓋板優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低檢修過程中拆卸和安裝的勞動(dòng)強(qiáng)度。

3.1 升級(jí)隨動(dòng)T型密封

升級(jí)隨動(dòng)密封材料，升級(jí)后為非金屬多元復(fù)合材料，此種材料具有耐磨、耐油、耐高溫、耐老化、耐化學(xué)腐蝕等特性，并且具有自潤(rùn)滑功能；要求：比重1.56，肖氏硬度44，使用溫度300℃，用1000 V兆歐表測(cè)得的絕緣電阻值≥5MΩ。

（1）隨動(dòng)T型密封齒需具有多等分功能，無間隙接觸式密封蓋的隨動(dòng)T型密封齒按圓周方向等分成若干偶數(shù)等份，每一等份通過衡力彈簧的作用能徑向前進(jìn)5 mm和后退5 mm，結(jié)構(gòu)如下頁圖1所示，要求靈敏度高，能緊隨軸的位移做徑向跟蹤，確保密封齒在轉(zhuǎn)軸有徑向擺動(dòng)的情況下一直保持和軸在無間隙密封狀況下穩(wěn)定運(yùn)行，T型密封應(yīng)有很好的限位，防止與軸頸一道旋轉(zhuǎn)。

圖1 柱形衡力彈簧

（2）隨動(dòng)T型密封齒需具有補(bǔ)償及退后功能：隨動(dòng)T型密封齒每一等份都可以徑向前進(jìn)和后退，能夠有效跟蹤密封，使隨動(dòng)T型密封齒與轉(zhuǎn)軸之間保持無間隙運(yùn)行。

（3）隨動(dòng)T型隨動(dòng)密封齒需具有精確限位功能，精確的限位裝置，能有效地限制接觸密封齒的進(jìn)給量，使接觸齒與轉(zhuǎn)軸之間減少磨損，并保證接觸密封齒與轉(zhuǎn)軸之間永遠(yuǎn)保持無間隙，如圖2所示。

圖2 T型隨動(dòng)密封齒

（4）隨動(dòng)T型密封齒材料：為了減少接觸密封齒與軸之間磨擦產(chǎn)生的熱量，選用非金屬多元復(fù)合材料，具有耐油、耐高溫、耐老化、耐化學(xué)腐蝕等特性，并且具有良好自潤(rùn)滑功能。

（5）采用衡力彈簧支持密封齒，衡力彈簧沿圓周分布，安裝時(shí)可進(jìn)行精確調(diào)整，需保證圓周密封齒在軸偏擺時(shí)向心運(yùn)動(dòng)受力均勻。

3.2 加裝KF型油霧分離裝置

三板溪發(fā)電廠下導(dǎo)油槽未設(shè)置油霧呼吸器，下導(dǎo)油槽在機(jī)組運(yùn)行過程中，油槽內(nèi)溫度的升高會(huì)導(dǎo)致氣壓升高，油溫從初始狀態(tài)升至一定溫度時(shí)穩(wěn)定，在油溫升高時(shí)，油槽中的透平油體積增大，故需要排除空氣；當(dāng)油溫從高溫下降時(shí)，又需要向油槽內(nèi)補(bǔ)入空氣，因此需要加裝具有過濾、平衡下導(dǎo)油槽與外界壓力功能的油霧呼吸器，KF型油霧分離呼吸器就具有向油槽內(nèi)補(bǔ)入空氣的功能。

KF型油霧分離呼吸器具有無動(dòng)力、濾油霧效果優(yōu)良、透平油無密封損失等優(yōu)點(diǎn)，由本體、折流板、集油分離器等組成，結(jié)構(gòu)原理如圖3所示。它可使油霧在通過折流板到集油分離器的過程中，油霧凝結(jié)成油滴，返流至回油箱內(nèi)，經(jīng)過過濾的空氣被排出，使油槽內(nèi)外壓差保持一致。無壓油霧則無法從密封間隙處擠出，實(shí)現(xiàn)無透平油損失密封。

圖3 KF型油霧分離呼吸器

升級(jí)后的下導(dǎo)密封蓋板在X，-X，Y，-Y方向安裝4個(gè)耐壓油霧過濾呼吸器，將始終保持油槽與外界壓力平衡。

3.3 對(duì)油槽蓋板優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低勞動(dòng)強(qiáng)度

三板溪電廠下導(dǎo)軸承有槽蓋板處距離上方推力軸承油箱高度不足1 m，現(xiàn)有油槽蓋板為分瓣式，共6塊，且沒有吊點(diǎn)需要鐵絲捆扎轉(zhuǎn)運(yùn)。機(jī)組檢修開蓋后，拆除及回裝因空間狹小和蓋板分瓣尺寸長(zhǎng)重量大，勞動(dòng)強(qiáng)度高。

圖4 下導(dǎo)密封蓋板

（1）升級(jí)后的密封蓋板分成8瓣，每塊配有2個(gè)M16的吊耳孔，同時(shí)中部有加強(qiáng)筋板如圖4所示，密封蓋板分瓣把合，把合面開密封槽，在槽內(nèi)安裝耐油密封條進(jìn)行密封。油擋使用的鋁合金材料不得存在砂眼、氣孔、縮孔、渣孔、裂紋、變形現(xiàn)象。壁厚均勻，鋁合金材料應(yīng)不發(fā)生斷裂或造成易碰碎問題，同時(shí)具有良好的韌性和沖擊韌度并符合國(guó)家規(guī)范要求，油擋密封蓋主體材料采用輕質(zhì)鋁合金材質(zhì)6061，鋁合金材質(zhì)應(yīng)有足夠的剛度，比原鋁合金蓋板輕，便于安裝與檢修。

（2）油擋隨動(dòng)密封體處高度為120 mm，因原在線監(jiān)測(cè)裝置對(duì)發(fā)電機(jī)大軸進(jìn)行測(cè)量，精度達(dá)不到要求，現(xiàn)改為直接對(duì)下導(dǎo)軸頸進(jìn)行測(cè)量。將隨動(dòng)密封體整體下移，高度120 mm不變?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量核對(duì)確定下移25 mm，油擋密封蓋不得遮擋到下導(dǎo)軸頸平壓孔。在油擋密封處外圈，-X、+X、-Y、+Y方向制造加工成凸臺(tái)，每個(gè)凸臺(tái)上有4個(gè)M10螺絲孔便于安裝在線監(jiān)測(cè)裝置。

4 結(jié)語

三板溪水電廠下導(dǎo)軸承油槽蓋板改造方案，已經(jīng)過生產(chǎn)廠家及現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員的論證，計(jì)劃在2016年下半年在三板溪電廠3號(hào)機(jī)組檢修中投入使用。同時(shí)類似結(jié)構(gòu)的油槽蓋板在其他水電廠的成功應(yīng)用，表明它具備降低風(fēng)洞油霧和提高機(jī)組運(yùn)行的可靠性，安全性的能力。它與傳統(tǒng)的油槽蓋板相比具有防油霧能力強(qiáng)、操作方便、勞動(dòng)強(qiáng)度低、工作效率高等優(yōu)勢(shì)，值得在立式水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組中應(yīng)用和推廣。

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