水轮发电机甩油及油雾问题分析与处理

魏玉国

(哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨 150040)

0 引言

发电机出现油雾现象可造成定子线棒、转子引线、转子磁极、阻尼环的污染，在机架、底板、支架和支臂等部件表面形成黑色油污层，严重的会在空气冷却器的穿片或翅片上出现油滴，油污对线棒等绝缘造成腐蚀，加速老化。尤其尘埃中的粉状铁磁性物质被粘到线棒上，造成的危害就更大。定子通风槽、磁极外表面等处的油污清扫起来十分困难，而且个别部位无法彻底清理干净，加大了检修维护工作量，给发电机留下很大隐患。转子下部的制动环被油污覆盖，停机制动时间无疑会增加。风闸与制动环的剧烈摩擦产生热量，可能会引起油污的烟雾，其后果更是不堪设想［1］。广东长湖电厂［2］，广蓄电厂6 号机［3］，二滩电站由加拿大Hydro GE 公司设计的6 台550MW 水轮发电机［4］，云峰电厂1 号水轮发电机［5］都曾受到过发电机油雾问题的困扰。

可以看出不管是早期机组还是近期机组，国内机组还是国外机组，立式机组还是卧式机组，都或多或少会出现油雾困扰的问题，可以说这是水轮发电机业内一个长期存在的共性问题。

1 水轮发电机甩油及油雾问题产生的原因

水轮发电机中油槽甩油及油雾问题分为两类:

(1)外甩油:从密封油挡处出现甩油及油雾现象，因为油挡处于油槽外部所以称为外甩油;

(2)内甩油:从挡油管处出现甩油及油雾现象，因为挡油管处于油槽内部所以称为内甩油。

水轮发电机甩油及油雾问题产生的主要原因有:

(1)水轮发电机转子高速旋转，带动油槽中的转动部件高速旋转将润滑油高速甩出，遇到固定部件会发生反弹，导致油槽内如下雨般油滴飞溅，同时油槽液面发生涌动;

(2)机组运行时润滑油温度会上升，导致润滑油体积膨胀，油面上升;

(3)发电机轴承油路设计不合理出现局部阻力过大，导致油流不畅，产生甩油及油雾问题。

2 水轮发电机甩油及油雾问题防治

2.1 外甩油防治

2.1.1 气密封油挡

该结构采用气密封油挡，同时增设油雾吸收装置和取风口，可以解决油雾溢出问题，对产生的油雾进行有效的收集。

图1 气密封原理图

该措施中油槽随动油挡分为2 个隔腔，上腔接压力气体，压力气体可以取自转子固定挡风板处，空气冷却器进风处或经过减压阀的压缩空气，油挡下腔接油雾吸收装置。进入上腔的压力气体一部分通过上密封齿泄漏到发电机冷却风路中，由于泄漏的气体为洁净气体因此不会污染定转子;另一部分气体通过中间密封齿进入下腔与从油槽内溢出的油雾汇合后，进入集油管，最后进入油雾吸收装置，油雾凝结成液体后进入收集盒。

2.1.2 增加随动油挡可独立运动密封体数量

图纸中如没有特殊要求，含有3 道密封齿的油挡，厂家为降低成本，通常将密封齿中的密封体做成一体结构，即共含3 层独立运动的密封体，降低了密封效果。将图纸中每道密封齿所含的可独立运动的密封体层数优化为2 层，即共含6 层独立运动的密封体。各密封体均可以独立移动，增强密封效果，

2.1.3 梳齿式油挡

该类型油挡防止轴承甩油效果良好。飞溅的油液很难通过4 道梳齿，进入发电机内部，如图2所示。

图2 梳齿式油挡细部图

这种密封结中，除有扩大、缩小外，还有多次拐弯磨阻。下梳齿上钻有8 组φ10 回油孔，间隔塞焊回油孔以防止积油直接流通。下梳齿为转动部件，根据结构实际空间，下梳齿可以采用热套，螺栓把合的方式与转动部件连接，也可以直接在转动部件上加工出密封齿。

油挡上加工有上密封梳齿，随动密封体。上密封梳齿有同轴度要求，保证与下密封齿的配合精度，同时上下密封齿之间要留有一定距离，满足水轮机抬机距离要求。为了加强密封作用，可在2 道随动密封体之间通有压力气体。

2.2 内甩油防治

2.2.1 泵环间隙密封挡油管

挡油管位于转动的主轴与滑转子之间，用调整垫片调整泵环与滑转子之间的间隙为3mm，泵环处于油槽油位之下，机组运行时，由于离心力作用，间隙中的油被甩回油槽，避免油槽内甩油问题发生见图3。

图3 挡油管泵环部分细节图

挡油管及密封管均为分瓣结构，挡油管合缝处设有密封垫片。密封管外圆柱面为精加工表面，密封管与挡油管之间为精配合，密封管将挡油管完全罩起来，避免了挡油管上合缝板搅油问题，同样可阻止油槽内甩油问题的发生。

2.2.2 螺旋密封挡油管

螺旋密封挡油管安装在转轴与滑转子之间，挡油管与转动部件之间间隙为1.5 ～2.0mm。螺旋密封管与挡油管之间精密配合，密封条沿螺旋密封管表面均匀分布，密封条用铆钉固定在螺旋密封管表面。密封条倾斜方向与油流方向相反，当机组运行时，密封条会对油流有一个下压作用力，可有效防止挡油管内侧液面升高，避免发生内甩油问题。

2.2.3 挡油管顶端距液面距离规范

水轮发电机出现油雾问题后，一个比较有效的办法是降低油位运行，也就是说液位距挡油管的距离对机组是否甩油影响很大，在空间允许的情况下，高度越大，防甩油及油雾效果越理想，一般情况下可参照如下标准执行［6］，见表1。

表1 油面至挡油管高度取值范围

2.3 稳定液面结构优化

轴承运行时，转动部件周速可达20m/s，油液在高速状态下被甩出，遇有筋板阻挡，会发生飞溅，液面波动，导致油槽出现甩油问题。因此在油槽上方设置一层稳油板，可以将飞溅油滴的不良影响及油面波动控制在最小范围内。

2.3.1 巨型机组带合缝板形式导轴承稳油盖板

该合缝板形式导轴承稳油盖板结构形式见图4，为钢板焊接结构，焊后加工;在稳油板内侧设有3 层密封条，密封条材料为2 硬黄铜板H62，密封条应装配在稳油盖板中，装配合格后沿周向每隔约50mm 双侧各冲铆一处，冲铆长度约10mm。密封条与滑转子之间0.3mm 间隙。

图4 带合缝板形式导轴承稳油盖板位置图

2.3.2 浮动形式稳油盖板

该形式密封盖板与转动部件之间可以形成轴向与径向的间隙密封，密封间隙为3mm，阻止油液飞溅见图5。

图5 浮动式稳油盖板

稳油盖板与机架支架为间隙配合，稳油盖板可以沿机架在轴向上下滑动。顶转子时，稳油盖可以随转子上移。稳油盖板轴向及径向的间隙由稳油盖板轴向及径向调整螺钉调整。

2.3.3 推力油槽稳油板

盖板对推力油槽进行了全面的密封，稳油板为分块结构便于安装，各块之间设置连接板对合缝进行封堵;稳油板内侧设置梳齿密封圈，梳齿密封圈与旋转部件之间留有小间隙;稳油板外侧与推力油槽之间紧密贴合，减小了液面外侧的抛物线波动见图6。

图6 推力油槽稳油板位置图

2.4 轴承润滑油路优化

水轮发电机轴承润滑油路的设计是轴承设计的一个关键点，合理的润滑油路设计可以及时的将轴承损耗带走，降低瓦温，同时不会出现甩油及油雾问题。油位的设计应满足如下两条:

(1)油槽中各被分隔开的空气腔应在最高点开设均压孔，避免气腔憋气，影响润滑油流动，必要时可以在存在憋气的气腔上方增加呼吸器;

(2)油槽中被分隔开的油腔之间应该根据设计需要设置连通管，避免出现各油腔油量分配不均，导致某一油腔出现液位上升问题，设置合理的连通管后，在重力作用下润滑油会流经连通管，使液面趋于一平，从而避免出现甩油及油雾问题。

3 结语

在密封理论上述方法是降低流体的雷诺数，使流体处于层流状态，避免紊流，避免油雾及甩油。在设计中注意上述各个部分的细节设计，可以最大程度的降低甩油及油雾问题的风险，同时也应不断吸取其他公司的优良经验，最终避免出现甩油及油雾问题，为电厂提供良好的产品。

［1］ 张裕三. 水轮发电机油雾及防治.大电机技术，2002.No 7.

［2］ 何光超，王胜五，张俊江.广东省长湖水电厂2 号机组推力轴承油槽安装油挡装置的技术改造.大电机技术，2002.No 7.

［3］ 黄晓东.广州蓄能水电厂Ⅱ期机组轴承甩有问题处理及改进设想.大电机技术，2002.No 7.

［4］ 贺蕴谷.立轴式水轮发电机轴承油槽甩油的治理.大电机技术，2002.No 7.

［5］ 徐刚.云峰发电厂1 号水轮发电机推力轴承甩油处理.大电机技术，2002.No 7.

［6］ 宋洪占.立式水轮发电机轴承防甩油及油雾溢出结构分析.防爆电机，2012 年.1.