瀑布沟水电站发电机油雾的治理研究及应用

武 彬，任泽民，敬燕飞



瀑布沟水电站发电机油雾的治理研究及应用

武 彬，任泽民，敬燕飞

（国电大渡河瀑布沟水力发电总厂，四川汉源 625304）

针对瀑布沟水电站发电机轴承油雾严重的问题，从发电机轴承油雾形成机理及油雾泄漏路径分析了造成发电机油雾严重的原因，通过研究攻关并不断优化改进治理措施，最终彻底解决了发电机油雾难题，为其他大型水轮发电机油雾治理提供了借鉴和参考。

油雾；密封阻挡；抽吸回收；组合密封；挡油环；接油槽

0 前言

瀑布沟水电站是大渡河干流水电梯级开发第17个梯级电站，以发电为主，兼有防洪、拦沙等综合利用效益的大型水电工程。电站装机总容量3600MW，采用6台单机容量600MW的混流式水轮发电机组[1]。自电站投产以来，6台发电机的推力轴承与下导轴承均存在严重的油雾问题，油雾随机组通风路径扩散致使发电机下导轴承油槽盖、下机架中心体内、转子下圆盘边缘、发电机空气冷却器风口、下机架及水车室花铁板等部位存在大量油迹，发电机油雾不仅要消耗大量的润滑油，而且还严重污染发电机定子铁心、定子线棒及转子线圈，降低定子线棒及转子线圈的绝缘强度及使用寿命，严重危及机组安全稳定运行。

1 发电机轴承结构

（1）推力轴承结构。推力轴承安装于下机架中心体上，推力轴承推力负荷为2900t，共设有20块扇形瓦，推力轴承采用弹性金属塑料瓦、多波纹弹性油槽支撑方式，轴承采用外加泵外循环冷却方式，推力油槽的挡油管、油槽壁直接安装于下机架中心体上平面，推力油槽盖为TNS密封盖，采用碳精块接触密封，油槽盖上装设三台吸油雾装置，镜板直径为4.3m，推力结构图如图1所示。

图1 推力结构图

（2）下导轴承结构。下导轴承安装于下机架中心体内，下导轴承采用巴氏合金分块瓦、抗重螺栓支撑、油浸式自循环冷却方式，下导油槽的内挡油管及底板直接安装于下机架中心体下平面，大轴与油槽内挡油管之间安装接油槽，油槽盖为TNS密封盖，采用碳精块接触密封，油槽盖上装设三台吸油雾装置，下导结构图如图2所示。

图2 下导结构图

2 原因分析

从瀑布沟发电机推力轴承及下导轴承油槽的油雾实际情况和其他电厂运行经验可知，油雾产生机理是机组运行过程中镜板、推力头、轴领带动静止油运动，轴承动、静部件在工作中摩擦生热，从而导致油温升高，油槽内的油在离心力的作用下向油槽外壁飞溅、搅动，从而使油滴、油雾从油槽盖板、挡油管及组合面等缝隙处溢出。虽然瀑布沟发电机推力轴承和导轴承油槽在制造设计时采用了稳流板、吸油雾装置、接触式油槽密封盖等防油雾措施，但实际防油雾效果不佳。从瀑布沟机组推力轴承及导轴承结构，以轴承油槽外甩油雾和内甩油雾两类来源进行综合分析，造成机组油雾严重的主要原因有以下五点：

（1）轴承油槽容积偏小，油雾凝结空间受限。机组运行时大轴带动轴承的镜板、推力头、轴领等部分不断转动，使油槽内已形成的油雾四处飞逸，油雾需要一定的空间来凝结，但现有油槽容积偏小，油雾有效凝结空间不足，造成油雾从油槽各缝隙处逸出。

（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）轴承油槽内部压力高于外部气压，促使油雾外泄。机组运行时轴承动、静部件在工作中相互摩擦生热，导致油槽内油温升高，使润滑油受热膨胀，另加之油槽内的搅动使空气进入润滑油，造成了油槽内油面升高，并随油雾的不断形成及加剧，使得油槽内部油雾混合空气压力高于油槽外部气压，油槽内外的气压差使得油槽内的油雾更易泄漏[2]。

（4）推力油槽内挡油管与大轴间无接油槽，形成油槽内甩油雾的外泄通道。机组运行过程中轴承油槽内不断形成油雾，油槽内气压也高于正常气压，加之大轴旋转使推力油槽内挡油管与大轴间区域形成负压区域，进一步加剧油雾外溢。

（5）轴承组合面及管路存在渗油现象，促使油雾加剧。发电机下导轴承的油槽盖与下机架组合面的螺栓为通孔，造成油雾从螺栓通孔处泄漏，检修时封堵组合面上的螺栓通孔，该处渗油得到彻底解决。推力轴承的副油槽盖由四瓣组合而成，因加工制造等原因使副油槽组合面存在错牙和局部间隙等情况造成该处明显渗油现象，利用检修对组合面进行了局部加工及密封处理。

3 治理措施研究

针对发电机油雾的严重情况，电厂联合检修单位及发电机厂家开展发电机油雾治理攻关，在工厂内的机组模型台上开展油雾试验。研究分析油槽形成机理，结合油槽油雾实际情况将油雾分成轴承油槽外甩油雾和内甩油雾两类进行综合治理，经过6次不断的优化改进，最终形成了密封阻挡与抽吸回收相结合的核心治理措施，具体针对性治理措施如下。

（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。

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（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3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3 组合密封示意图

（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。送风装置及油雾自动处理装置路径示意图如图4所示，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5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，接油槽及挡油环结构示意图如图4所示；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。

图5 接油槽及挡油环结构示意图

（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 应用效果及结论

本文从发电机轴承油雾形成机理及油雾泄漏路径入手，按发电机油雾来源分为轴承油槽外甩油雾和内甩油雾两类进行了综合研究治理，外甩油雾通过大轴加装挡油环，整体加高密封盖，密封盖与大轴间采用组合密封，组合密封形成的上腔室安装送风装置送气，下腔室安装油雾自动处理装置回收处理油雾；内甩油雾通过大轴加装挡油环及安装有组合密封的接油槽，在密闭空间内凝结回收油雾。通过采取上述措施后，经过发电机的长时间运行检验，发电机轴承密封盖未发现油雾痕迹，机组风洞、下机架及水车室内未见积油。

在不改变发电机轴承结构的前提下，通过采取密封阻挡与抽吸回收相结合的核心理念，通过改进轴承密封盖结构和加装有组合密封的接油槽，彻底解决了大型水轮机发电机油雾的难题，为其他大型水轮机发电机油雾治理提供了借鉴和参考。

[1] 敬燕飞. 某水电站发电机下导轴承摆度异常原因分析[J]. 人民长江, 2013, (S1): 177-181.

[2] 马新红, 罗斌, 任涛, 成超. 小浪底电厂发电机轴承油雾研究与治理[J]. 水电能源科学, 2011, (10): 107-109.

Research and Application of Oil Fog Treatment of Hydrogenerator at Pubugou Hydropower Station

WU Bin, REN Zemin, JING Yanfei

(Pubugou Hydropower General Plant in Guodian Dadu River of National Grid, Hanyuan 625304, China)

To solve the serious problem of oil fog from generator bearing at Pubugou hydropower station, analysis is carried out on the formation mechanism and oil fog leakage path. Through research and optimization, treatment measures are improved, and finally the problem is solved. This can provide reference for other large hydro- generator oil fog treatment.

oil fog; sealing barrier; suction recovery; combined seal; oil thrower; oil sump

TM312

A

1000-3983(2016)05-0052-04

2016-01-20

武彬（1973-），1995年7月毕业于河海大学水利水电动力工程专业，主要研究方向为水电站技术管理，现从事水电生产技术管理工作，高级工程师。

审稿人：吴军令