三板溪電廠下導軸承油槽蓋板甩油原因分析

雷 戰，胡宇松

（湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長沙410004）

1 引言

三板溪水力發電廠位于貴州省錦屏縣境內，是沅水干流15個梯級電站中第二級、清水江下游，是沅水干流上唯一具有多年調節能力的龍頭電站，是沅水干流繼五強溪電站后的第二個百萬級水電站。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。總裝機容量100萬kW，安裝4臺由哈爾濱電機廠生產的25萬kW混流式水輪發電機組，2006年全部投產后，年設計發電量24.28億kW·h。

水輪發電機組運行時，油霧由擋油筒、油擋處等部位溢出，油霧問題將會導致環境污染、人員的傷害、設備的火災等安全生產事故，為保障人員健康和機組穩定運行，建議對下導軸承油槽蓋板進行升級改造。

2 油霧產生原因

原油槽油擋使用的隨動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。機組運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，使油及油霧沿隨動密封與推力頭之間存在的間隙外逸，無法滿足機組運行需求。

在機組運行過程中，由于轉子運行作用，軸承油箱上方會出現負壓現象，由于負壓的影響，油槽內進出的循環油流處于紊流狀態，油分子之間及動靜部件與油之間碰撞沖擊，均會使循環油汽化產生油霧，產生的油霧一部分經過油擋處的梳齒密封凝結成油滴，這些油滴又流回油槽。但是三板溪電廠下導軸承沒有設置呼吸器，油槽內只能通過擋油桶和蓋板油擋處間隙與外界大氣相連，機組運行就會有油霧爬升，導致油槽蓋板集油，風洞油霧污染嚴重。

3 油槽蓋板的改進

通過對油霧產生原因的分析，最終確定對油擋T型密封的材質和隨動支撐彈簧進行升級，同時加裝油霧呼吸器，對蓋板優化設計，降低檢修過程中拆卸和安裝的勞動強度。

3.1 升級隨動T型密封

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

（1）隨動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T型密封齒按圓周方向等分成若干偶數等份，每一等份通過衡力彈簧的作用能徑向前進5 mm和后退5 mm，結構如下頁圖1所示，要求靈敏度高，能緊隨軸的位移做徑向跟蹤，確保密封齒在轉軸有徑向擺動的情況下一直保持和軸在無間隙密封狀況下穩定運行，T型密封應有很好的限位，防止與軸頸一道旋轉。

圖1 柱形衡力彈簧

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

（3）隨動T型隨動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給量，使接觸齒與轉軸之間減少磨損，并保證接觸密封齒與轉軸之間永遠保持無間隙，如圖2所示。

圖2 T型隨動密封齒

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

（5）采用衡力彈簧支持密封齒，衡力彈簧沿圓周分布，安裝時可進行精確調整，需保證圓周密封齒在軸偏擺時向心運動受力均勻。

3.2 加裝KF型油霧分離裝置

三板溪發電廠下導油槽未設置油霧呼吸器，下導油槽在機組運行過程中，油槽內溫度的升高會導致氣壓升高，油溫從初始狀態升至一定溫度時穩定，在油溫升高時，油槽中的透平油體積增大，故需要排除空氣；當油溫從高溫下降時，又需要向油槽內補入空氣，因此需要加裝具有過濾、平衡下導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補入空氣的功能。

KF型油霧分離呼吸器具有無動力、濾油霧效果優良、透平油無密封損失等優點，由本體、折流板、集油分離器等組成，結構原理如圖3所示。它可使油霧在通過折流板到集油分離器的過程中，油霧凝結成油滴，返流至回油箱內，經過過濾的空氣被排出，使油槽內外壓差保持一致。無壓油霧則無法從密封間隙處擠出，實現無透平油損失密封。

圖3 KF型油霧分離呼吸器

升級后的下導密封蓋板在X，-X，Y，-Y方向安裝4個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 對油槽蓋板優化設計，降低勞動強度

三板溪電廠下導軸承有槽蓋板處距離上方推力軸承油箱高度不足1 m，現有油槽蓋板為分瓣式，共6塊，且沒有吊點需要鐵絲捆扎轉運。機組檢修開蓋后，拆除及回裝因空間狹小和蓋板分瓣尺寸長重量大，勞動強度高。

圖4 下導密封蓋板

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

（2）油擋隨動密封體處高度為120 mm，因原在線監測裝置對發電機大軸進行測量，精度達不到要求，現改為直接對下導軸頸進行測量。將隨動密封體整體下移，高度120 mm不變。現場測量核對確定下移25 mm，油擋密封蓋不得遮擋到下導軸頸平壓孔。在油擋密封處外圈，-X、+X、-Y、+Y方向制造加工成凸臺，每個凸臺上有4個M10螺絲孔便于安裝在線監測裝置。

4 結語

三板溪水電廠下導軸承油槽蓋板改造方案，已經過生產廠家及現場技術人員的論證，計劃在2016年下半年在三板溪電廠3號機組檢修中投入使用。同時類似結構的油槽蓋板在其他水電廠的成功應用，表明它具備降低風洞油霧和提高機組運行的可靠性，安全性的能力。它與傳統的油槽蓋板相比具有防油霧能力強、操作方便、勞動強度低、工作效率高等優勢，值得在立式水輪機發電機組中應用和推廣。

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