水輪發(fā)電機(jī)甩油及油霧問(wèn)題分析與處理

魏玉國(guó)

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱 150040)

0 引言

發(fā)電機(jī)出現(xiàn)油霧現(xiàn)象可造成定子線棒、轉(zhuǎn)子引線、轉(zhuǎn)子磁極、阻尼環(huán)的污染，在機(jī)架、底板、支架和支臂等部件表面形成黑色油污層，嚴(yán)重的會(huì)在空氣冷卻器的穿片或翅片上出現(xiàn)油滴，油污對(duì)線棒等絕緣造成腐蝕，加速老化。尤其塵埃中的粉狀鐵磁性物質(zhì)被粘到線棒上，造成的危害就更大。定子通風(fēng)槽、磁極外表面等處的油污清掃起來(lái)十分困難，而且個(gè)別部位無(wú)法徹底清理干凈，加大了檢修維護(hù)工作量，給發(fā)電機(jī)留下很大隱患。轉(zhuǎn)子下部的制動(dòng)環(huán)被油污覆蓋，停機(jī)制動(dòng)時(shí)間無(wú)疑會(huì)增加。風(fēng)閘與制動(dòng)環(huán)的劇烈摩擦產(chǎn)生熱量，可能會(huì)引起油污的煙霧，其后果更是不堪設(shè)想［1］。廣東長(zhǎng)湖電廠［2］，廣蓄電廠6 號(hào)機(jī)［3］，二灘電站由加拿大Hydro GE 公司設(shè)計(jì)的6 臺(tái)550MW 水輪發(fā)電機(jī)［4］，云峰電廠1 號(hào)水輪發(fā)電機(jī)［5］都曾受到過(guò)發(fā)電機(jī)油霧問(wèn)題的困擾。

可以看出不管是早期機(jī)組還是近期機(jī)組，國(guó)內(nèi)機(jī)組還是國(guó)外機(jī)組，立式機(jī)組還是臥式機(jī)組，都或多或少會(huì)出現(xiàn)油霧困擾的問(wèn)題，可以說(shuō)這是水輪發(fā)電機(jī)業(yè)內(nèi)一個(gè)長(zhǎng)期存在的共性問(wèn)題。

1 水輪發(fā)電機(jī)甩油及油霧問(wèn)題產(chǎn)生的原因

水輪發(fā)電機(jī)中油槽甩油及油霧問(wèn)題分為兩類(lèi):

(1)外甩油:從密封油擋處出現(xiàn)甩油及油霧現(xiàn)象，因?yàn)橛蛽跆幱谟筒弁獠克苑Q(chēng)為外甩油;

(2)內(nèi)甩油:從擋油管處出現(xiàn)甩油及油霧現(xiàn)象，因?yàn)閾跤凸芴幱谟筒蹆?nèi)部所以稱(chēng)為內(nèi)甩油。

水輪發(fā)電機(jī)甩油及油霧問(wèn)題產(chǎn)生的主要原因有:

(1)水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)油槽中的轉(zhuǎn)動(dòng)部件高速旋轉(zhuǎn)將潤(rùn)滑油高速甩出，遇到固定部件會(huì)發(fā)生反彈，導(dǎo)致油槽內(nèi)如下雨般油滴飛濺，同時(shí)油槽液面發(fā)生涌動(dòng);

(2)機(jī)組運(yùn)行時(shí)潤(rùn)滑油溫度會(huì)上升，導(dǎo)致潤(rùn)滑油體積膨脹，油面上升;

(3)發(fā)電機(jī)軸承油路設(shè)計(jì)不合理出現(xiàn)局部阻力過(guò)大，導(dǎo)致油流不暢，產(chǎn)生甩油及油霧問(wèn)題。

2 水輪發(fā)電機(jī)甩油及油霧問(wèn)題防治

2.1 外甩油防治

2.1.1 氣密封油擋

該結(jié)構(gòu)采用氣密封油擋，同時(shí)增設(shè)油霧吸收裝置和取風(fēng)口，可以解決油霧溢出問(wèn)題，對(duì)產(chǎn)生的油霧進(jìn)行有效的收集。

圖1 氣密封原理圖

該措施中油槽隨動(dòng)油擋分為2 個(gè)隔腔，上腔接壓力氣體，壓力氣體可以取自轉(zhuǎn)子固定擋風(fēng)板處，空氣冷卻器進(jìn)風(fēng)處或經(jīng)過(guò)減壓閥的壓縮空氣，油擋下腔接油霧吸收裝置。進(jìn)入上腔的壓力氣體一部分通過(guò)上密封齒泄漏到發(fā)電機(jī)冷卻風(fēng)路中，由于泄漏的氣體為潔凈氣體因此不會(huì)污染定轉(zhuǎn)子;另一部分氣體通過(guò)中間密封齒進(jìn)入下腔與從油槽內(nèi)溢出的油霧匯合后，進(jìn)入集油管，最后進(jìn)入油霧吸收裝置，油霧凝結(jié)成液體后進(jìn)入收集盒。

2.1.2 增加隨動(dòng)油擋可獨(dú)立運(yùn)動(dòng)密封體數(shù)量

圖紙中如沒(méi)有特殊要求，含有3 道密封齒的油擋，廠家為降低成本，通常將密封齒中的密封體做成一體結(jié)構(gòu)，即共含3 層獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的密封體，降低了密封效果。將圖紙中每道密封齒所含的可獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的密封體層數(shù)優(yōu)化為2 層，即共含6 層獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的密封體。各密封體均可以獨(dú)立移動(dòng)，增強(qiáng)密封效果，

2.1.3 梳齒式油擋

該類(lèi)型油擋防止軸承甩油效果良好。飛濺的油液很難通過(guò)4 道梳齒，進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)部，如圖2所示。

圖2 梳齒式油擋細(xì)部圖

這種密封結(jié)中，除有擴(kuò)大、縮小外，還有多次拐彎磨阻。下梳齒上鉆有8 組φ10 回油孔，間隔塞焊回油孔以防止積油直接流通。下梳齒為轉(zhuǎn)動(dòng)部件，根據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)際空間，下梳齒可以采用熱套，螺栓把合的方式與轉(zhuǎn)動(dòng)部件連接，也可以直接在轉(zhuǎn)動(dòng)部件上加工出密封齒。

油擋上加工有上密封梳齒，隨動(dòng)密封體。上密封梳齒有同軸度要求，保證與下密封齒的配合精度，同時(shí)上下密封齒之間要留有一定距離，滿足水輪機(jī)抬機(jī)距離要求。為了加強(qiáng)密封作用，可在2 道隨動(dòng)密封體之間通有壓力氣體。

2.2 內(nèi)甩油防治

2.2.1 泵環(huán)間隙密封擋油管

擋油管位于轉(zhuǎn)動(dòng)的主軸與滑轉(zhuǎn)子之間，用調(diào)整墊片調(diào)整泵環(huán)與滑轉(zhuǎn)子之間的間隙為3mm，泵環(huán)處于油槽油位之下，機(jī)組運(yùn)行時(shí)，由于離心力作用，間隙中的油被甩回油槽，避免油槽內(nèi)甩油問(wèn)題發(fā)生見(jiàn)圖3。

圖3 擋油管泵環(huán)部分細(xì)節(jié)圖

擋油管及密封管均為分瓣結(jié)構(gòu)，擋油管合縫處設(shè)有密封墊片。密封管外圓柱面為精加工表面，密封管與擋油管之間為精配合，密封管將擋油管完全罩起來(lái)，避免了擋油管上合縫板攪油問(wèn)題，同樣可阻止油槽內(nèi)甩油問(wèn)題的發(fā)生。

2.2.2 螺旋密封擋油管

螺旋密封擋油管安裝在轉(zhuǎn)軸與滑轉(zhuǎn)子之間，擋油管與轉(zhuǎn)動(dòng)部件之間間隙為1.5 ～2.0mm。螺旋密封管與擋油管之間精密配合，密封條沿螺旋密封管表面均勻分布，密封條用鉚釘固定在螺旋密封管表面。密封條傾斜方向與油流方向相反，當(dāng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，密封條會(huì)對(duì)油流有一個(gè)下壓作用力，可有效防止擋油管內(nèi)側(cè)液面升高，避免發(fā)生內(nèi)甩油問(wèn)題。

2.2.3 擋油管頂端距液面距離規(guī)范

水輪發(fā)電機(jī)出現(xiàn)油霧問(wèn)題后，一個(gè)比較有效的辦法是降低油位運(yùn)行，也就是說(shuō)液位距擋油管的距離對(duì)機(jī)組是否甩油影響很大，在空間允許的情況下，高度越大，防甩油及油霧效果越理想，一般情況下可參照如下標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行［6］，見(jiàn)表1。

表1 油面至擋油管高度取值范圍

2.3 穩(wěn)定液面結(jié)構(gòu)優(yōu)化

軸承運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)部件周速可達(dá)20m/s，油液在高速狀態(tài)下被甩出，遇有筋板阻擋，會(huì)發(fā)生飛濺，液面波動(dòng)，導(dǎo)致油槽出現(xiàn)甩油問(wèn)題。因此在油槽上方設(shè)置一層穩(wěn)油板，可以將飛濺油滴的不良影響及油面波動(dòng)控制在最小范圍內(nèi)。

2.3.1 巨型機(jī)組帶合縫板形式導(dǎo)軸承穩(wěn)油蓋板

該合縫板形式導(dǎo)軸承穩(wěn)油蓋板結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖4，為鋼板焊接結(jié)構(gòu)，焊后加工;在穩(wěn)油板內(nèi)側(cè)設(shè)有3 層密封條，密封條材料為2 硬黃銅板H62，密封條應(yīng)裝配在穩(wěn)油蓋板中，裝配合格后沿周向每隔約50mm 雙側(cè)各沖鉚一處，沖鉚長(zhǎng)度約10mm。密封條與滑轉(zhuǎn)子之間0.3mm 間隙。

圖4 帶合縫板形式導(dǎo)軸承穩(wěn)油蓋板位置圖

2.3.2 浮動(dòng)形式穩(wěn)油蓋板

該形式密封蓋板與轉(zhuǎn)動(dòng)部件之間可以形成軸向與徑向的間隙密封，密封間隙為3mm，阻止油液飛濺見(jiàn)圖5。

圖5 浮動(dòng)式穩(wěn)油蓋板

穩(wěn)油蓋板與機(jī)架支架為間隙配合，穩(wěn)油蓋板可以沿機(jī)架在軸向上下滑動(dòng)。頂轉(zhuǎn)子時(shí)，穩(wěn)油蓋可以隨轉(zhuǎn)子上移。穩(wěn)油蓋板軸向及徑向的間隙由穩(wěn)油蓋板軸向及徑向調(diào)整螺釘調(diào)整。

2.3.3 推力油槽穩(wěn)油板

蓋板對(duì)推力油槽進(jìn)行了全面的密封，穩(wěn)油板為分塊結(jié)構(gòu)便于安裝，各塊之間設(shè)置連接板對(duì)合縫進(jìn)行封堵;穩(wěn)油板內(nèi)側(cè)設(shè)置梳齒密封圈，梳齒密封圈與旋轉(zhuǎn)部件之間留有小間隙;穩(wěn)油板外側(cè)與推力油槽之間緊密貼合，減小了液面外側(cè)的拋物線波動(dòng)見(jiàn)圖6。

圖6 推力油槽穩(wěn)油板位置圖

2.4 軸承潤(rùn)滑油路優(yōu)化

水輪發(fā)電機(jī)軸承潤(rùn)滑油路的設(shè)計(jì)是軸承設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，合理的潤(rùn)滑油路設(shè)計(jì)可以及時(shí)的將軸承損耗帶走，降低瓦溫，同時(shí)不會(huì)出現(xiàn)甩油及油霧問(wèn)題。油位的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足如下兩條:

(1)油槽中各被分隔開(kāi)的空氣腔應(yīng)在最高點(diǎn)開(kāi)設(shè)均壓孔，避免氣腔憋氣，影響潤(rùn)滑油流動(dòng)，必要時(shí)可以在存在憋氣的氣腔上方增加呼吸器;

(2)油槽中被分隔開(kāi)的油腔之間應(yīng)該根據(jù)設(shè)計(jì)需要設(shè)置連通管，避免出現(xiàn)各油腔油量分配不均，導(dǎo)致某一油腔出現(xiàn)液位上升問(wèn)題，設(shè)置合理的連通管后，在重力作用下潤(rùn)滑油會(huì)流經(jīng)連通管，使液面趨于一平，從而避免出現(xiàn)甩油及油霧問(wèn)題。

3 結(jié)語(yǔ)

在密封理論上述方法是降低流體的雷諾數(shù)，使流體處于層流狀態(tài)，避免紊流，避免油霧及甩油。在設(shè)計(jì)中注意上述各個(gè)部分的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，可以最大程度的降低甩油及油霧問(wèn)題的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也應(yīng)不斷吸取其他公司的優(yōu)良經(jīng)驗(yàn)，最終避免出現(xiàn)甩油及油霧問(wèn)題，為電廠提供良好的產(chǎn)品。

［1］ 張?jiān)Ｈ? 水輪發(fā)電機(jī)油霧及防治.大電機(jī)技術(shù)，2002.No 7.

［2］ 何光超，王勝五，張俊江.廣東省長(zhǎng)湖水電廠2 號(hào)機(jī)組推力軸承油槽安裝油擋裝置的技術(shù)改造.大電機(jī)技術(shù)，2002.No 7.

［3］ 黃曉東.廣州蓄能水電廠Ⅱ期機(jī)組軸承甩有問(wèn)題處理及改進(jìn)設(shè)想.大電機(jī)技術(shù)，2002.No 7.

［4］ 賀蘊(yùn)谷.立軸式水輪發(fā)電機(jī)軸承油槽甩油的治理.大電機(jī)技術(shù)，2002.No 7.

［5］ 徐剛.云峰發(fā)電廠1 號(hào)水輪發(fā)電機(jī)推力軸承甩油處理.大電機(jī)技術(shù)，2002.No 7.

［6］ 宋洪占.立式水輪發(fā)電機(jī)軸承防甩油及油霧溢出結(jié)構(gòu)分析.防爆電機(jī)，2012 年.1.