发电电动机推力及下导轴承甩油油雾问题分析及处理

高从闯，肖先照，黄 艳，陈忠宾

（1．江苏国信溧阳抽水蓄能发电有限公司，江苏省常州市 213334；2．江苏沙河抽水蓄能发电有限公司，江苏省常州市 213333）

0 前言

甩油和油雾是水轮发电机组一个较为普遍的问题，也是一个疑难杂症问题。是否存在甩油、油雾现象是评价水轮发电机组安全稳定性的一项重要指标。某抽水蓄能电站装有多台单机容量为250MW的混流可逆式水泵水轮机—发电电动机组，发电电动机采用立轴半伞式全空冷结构，为国内某大型水电设备制造厂制造供货。本文以该抽水蓄能电站发电电动机推力及下导轴承为研究对象，针对推力及下导轴承存在的甩油油雾问题进行分析和处理。

1 推力及下导轴承结构[1-2]

该抽水蓄能电站发电电动机推力轴承、下导轴承位于转子下方下机架油槽内，采用的是推力和下导轴承组合体共用一个油槽的结构。机组额定转速为300r/min，飞逸转速为475r/min，推力负荷为815t，润滑油为46号汽轮机机油。推力轴承配置12块巴氏合金推力瓦，并配备有高压油顶起系统，采用单波纹弹性油箱的支撑方式。推力头与镜板合为一体成为镜板推力头，推力头上端与转子支架采用销套连接固定，推力头下平面即为镜板面，直接与推力瓦面接触，侧面兼作下导滑转子轴领面，下导瓦的支撑为球面支柱加调整垫片结构，配置16块巴士合金导瓦。推力轴承的润滑油循环方式为外加泵外循环。具体结构如图1所示。

图1 推力及下导轴承装配Figure 1 Thrust and lower guide bearing assembly

2 甩油和油雾问题

该抽水蓄能电站机组在调试及投入商业运行后部分机组推力及下导轴承存在外甩油、油雾问题。即油槽内的油从接触式油挡与推力头的接触处溢出，甩出的油流淌到油槽盖板，再从油槽盖板流淌到发电机下盖板，最终散落到水车室控制环上。从油槽逸出的油雾弥漫到整个发电机风洞，在冷却风的循环作用下定子线棒、磁极、自动化元件黏附油渍，定子铁芯通风沟内和空气冷却器散热片内黏附油污，风洞内壁及地面黏附一层透平油。其中，第6号发电电动机甩油和油雾问题最为严重，第1～3号发电电动机存在轻微油雾，第4号和5号机发电电动机在过速时也不存在甩油、油雾问题。另外，2号和4号发电电动机在C

级检修后出现过补气管路喷油现象，吸油雾装置吸油现象。推力及下导轴承甩油、油雾如图2～图5所示。

图2 接触式油挡及油槽盖板覆盖一层油Figure 2 A layer oil on contact oil baffle and oil groove

图3 控制环上覆盖一层油Figure 3 A layer oil on operating

图4 绝缘盒上悬挂油珠Figure 4 The oil drops on insulating box

图5 空气冷却器上黏附油渍Figure 5 Oil stains adhering to the air cooler

3 甩油油雾的危害[3-4]

以该抽水蓄能电站为例，较为严重的甩油、油雾影响机组的安全稳定运行，增加电厂检修维护的工作量，而且还会造成电站周围环境污染。

3．1 对机组的危害

发电电动机推力及下导轴承在运行过程中甩出来的油，从油槽逸出的油雾会导致定、转子绕组污染，影响绕组的散热效果，腐蚀绕组绝缘，降低绕组绝缘强度以及减少使用寿命。推力及下导轴承甩油和油雾导致油槽油位下降，当油位下降到一定程度会导致下导瓦温度、润滑油温度升高，最终导致烧瓦事故。油雾凝结成油堵塞定子通风沟、空气冷却器散热片，影响通风循环效果，最终风洞内整体温度上升，高压绝缘部件会出现损伤。另外，油雾混杂着粉尘黏附在自动化元件上，导致自动化元件误报警或者误动作。

3．2 增加检修工作量及安全风险

对发电电动机风洞内设备、风洞墙壁及地面、水车室内设备部件上油渍反复清理，频繁地往油槽内补油以及对吸油雾装置排油等增加了电站检修维护人员的工作量，而且还增加了电站运行和检修人员滑倒、高处坠落等人身伤害的风险。

3．3 造成环境污染

逸出的油雾扩散到整个厂房导致厂房工作环境弥漫着透平油味；甩出来的油收集、处理不到位，会影响电站上、下库水域及周边生态环境。

4 甩油和油雾问题分析[5-7]

该抽水蓄能电站多台发电电动机推力及下导轴承甩油、油雾问题存在很大差异，共同点是甩油、油雾都发生在推力接触式油挡的密封齿与推力头接触处，即“外甩油，外逸油雾”。下面将从结构设计、制造安装两个方面进行分析。

4．1 结构设计方面

相对于常规水轮发电机，该抽水蓄能电站发电电动机属于大容量、高转速机组。由于厂房的高度限制、机组轴系的要求致使发电电动机结构紧凑、空间有限，推力及下导轴承设计为共用一个油槽成组合轴承结构。受下机架处混凝土墙的影响，组合轴承油槽在结构尺寸上受到限制。组合轴承内推力瓦、导瓦、托板、弹性油箱等零部件较多，外循环所必备的油管路也较多，冷热油隔板、防止甩油油雾所采用的措施也很复杂。结构的限制导致接触式油挡密封齿与油面的距离仅为265mm，油位在机组运行的过程中波动极易导致油从接触式油挡密封齿处溢出到油槽外。另外，推力油槽盖板距离正常液位油面距离仅为185mm，机组运行过程中产生的油雾极易充满相对有限的空间，随着机组运行的时间变长，油槽内润滑油的温度升高，油雾越来越多，并形成一定压力的油雾。最终，带有压力的油雾便会从接触式油挡的密封齿处逸出到油槽外。图6为该抽水蓄能电站推力及下导轴承油雾逸出三维仿真。

图6 推力及下导轴承油雾逸出三维仿真Figure 6 Three dimensional simulation of oil mist escaping from thrust and lower bearing

4．2 制造安装方面

根据该抽水蓄能电站多台机组运行状态，第4、5号发电机推力及下导轴承从未出现甩油、油雾问题。第1～3号推力及下导轴承存在轻微的甩油、油雾问题，第6号机甩油较为严重。为何机组存在如此大的差异？分析其中很大的一个原因在于制造安装方面。油槽内稳油盖、稳油板、隔油盖、冷热油隔板等重要部件各瓣之间的间隙，以及这些部件与转动部件的间隙至关重要。这些部件安装不平整、间隙达不到设计要求、稳油板与导瓦位置安装不匹配，转动部件与机架不同心，水平度不好等，都会导致推力及下导轴承内油面波动大，进而出现甩油和油雾现象。另外，冷热油隔板、稳油板制造时与图纸尺寸存在偏差，各瓣间的缝隙较大；接触式油挡密封齿弹簧质量问题导致密封齿不能与转动部件随动，密封齿磨损量较大，与推力头接触间隙变大。在转子旋转风扇的作用下，油槽内的油雾、润滑油从油挡与推力头的间隙处被抽出，这更加重了推力及下导轴承的甩油和油雾。

5 甩油和油雾问题处理及过程[7-8]

针对该抽水蓄能电站机组的甩油油雾问题，根据多台机组推力及下导轴承甩油、油雾程度的不同，采取了不同的措施，如降低推力及下导轴承油位；在油槽盖上增加呼吸器来平衡油槽内压力；在接触式油挡上增加毛刷装置来密封油和油雾；将接触式油挡换成气密封装置，用气来密封油雾和甩油；在油槽内增加泵环，封堵推力头上甩油孔等。其中具有一定成效的处理方案如下：

（1）降低推力及下导轴承油槽油位50～70mm（正常油位超过导瓦中心线50mm），改善了第1～3号机组推力及下导轴承的油雾问题，但是第6号机组甩油、油雾问题丝毫没有得到改善。

（2）接触式油挡分上、下两个腔，将吸油雾补气系统更改为上腔补气和下腔吸油雾（与原先相反），解决了第2号和第4号机组推力及下导轴承呼吸器喷油，吸油雾装置吸油的现象。

（3）采用气密封装置、在油槽内增加甩油环、封堵推力头上泵孔等方案的综合实施，一定程度上延缓和改善了机组甩油和油雾，但没有从根本上解决问题。

（4）匹配稳油板和导瓦位置，让稳油板各瓣间缝隙和导瓦边缘错开，防止油在导瓦边缘受阻后上串到接触式油挡和推力头形成的密封腔。同时，将分瓣的稳油盖与分瓣的稳油板间隙错开，并按照图纸调整稳油盖与推力头侧面间隙。除此之外，安装时保证接触式油挡与推力头同轴度，更换合适的密封齿（含密封齿上的弹簧）。几种方案的共同实施基本解决了该抽水蓄能电站第6号机组推力及下导轴承的甩油问题，也很大程度上改善了油雾外溢状况。

6 结语

抽水蓄能发电电动机推力轴承与常规机组相比具有转速高、空间紧凑、结构复杂的特点。由于是推导组合轴承，机组运行时产生的热量，所需要的润滑油量也要多于常规机组。本文以某抽水蓄能电站发电电动机推力及下导轴承为研究对象，针对推力及下导轴承在调试及投入商业运行后部分机组出现的甩油、油雾问题进行了分析和处理，极大地改善了该抽水蓄能电站发电电动机推力及下导轴承甩油和油雾问题，总结如下：

（1）发电电动机在整体结构设计时应该充分考虑推力及下导轴承的甩油油雾问题，提前留足布置空间。

（2）在具体结构设计前，在主设备厂推力轴承试验平台上模拟真机试验，弄清楚机组甩油、油雾的机理，有指导性地开展结构设计。

（3）关键影响机组甩油油雾的部件如稳油板、稳油盖、冷热油隔板等部件制造要严格把好质量关。

（4）对接触式油挡密封齿开展研究，耐磨损、随动性好的密封齿能有效地防止油雾的产生。

（5）针对不同机组甩油、油雾问题，从本质上分析原因，以“疏通”的思想代替“封堵”。

（6）在安装的时候严格按照相关文件进行，注重关键部件的安装，保证安装间隙。