水輪發電機軸承油霧的產生及防油霧技術

郭臻臣

摘要：通過介紹水輪發電機結構，分析油霧產生的原因，對機組結構進行設計優化，對不同部件采取不同的措施，通過多重措施的組合，可以有效降低機組運行中的油霧問題。油霧問題的解決，對于機組運行、維護有很好的借鑒意義，有利于機組運行出現問題時，快速采取措施降低機組油霧，迅速恢復生產，有利于水電站長期穩定運行，持續創造經濟與社會效益。

關鍵詞：水輪發電機；組合軸承；油霧問題

中圖分類號：TM312 文獻標識碼：A 文章編號：2095—6487（2018）02—0089—02

0引言

水輪發電機組合軸承結構是水輪發電機機組的常用結構。油循環方式分為外加泵與自泵循環形式。在水輪發電機組運行中，由于水輪發電機組合軸承結構的復雜性，壓力差的存在以及壓力差的變化，經常會發生油霧擴散及漏油問題。

1水輪發電機組合軸承的結構

水輪發電機推力軸承與下導軸承在一個油槽內時稱為組合軸承。組合軸承的油循環冷卻方式為外循環，可以采用兩種不同的結構：一種為外加泵外循環，使用外部油泵產生循環的動力；另一種采用自身泵產生循環的動力。采用外加泵方案時的組合軸承結構見圖1；采用自身泵方案時的組合軸承結構見圖2。

水輪發電機組合軸承的結構，位于推力頭外圈、轉子支架下方，下機架上方所圍成的區域內。

外加泵方案油槽內部有冷油環管、推力瓦和導瓦供油管，推力瓦供油管伸到瓦間，由于循環系統有外加泵，壓力較大。自身泵方案油槽內部有冷油環管和供油管，供油管伸到瓦間入口，相比外加泵方案系統壓力較小。油槽內部還有集油槽及熱油出油管。

外加泵方案外部設有油泵、油冷卻器、管路及附件等，自身泵方案外部僅設有油冷卻器、管路及附件等，管路也較簡單。

2水輪發電機軸承的油霧的危害

（1）水輪發電機運行在機坑密閉的環境內，軸承油霧產生后，會在機坑密閉的環境內無法散發到機坑外，在密閉的系統內進行通風循環會粘附在機組部件上，形成油滴。例如可以潤滑機組制動環，導致機組剎車制動時間延長。

（2）水輪發電機運行在機坑密閉的環境內，軸承油霧產生后會粘附在機組部件上，形成油滴。在繞組上產生油滴，當機坑內有火花產生時，會有引燃機組，產生爆炸的嚴重事故，影響電氣絕緣。

（3）當油霧在機組部件表面粘附時，會形成油滴及油膜，結構表面很滑，影響工作人員的運行、維護工作，影響安全。

3水輪發電機軸承油壓的產生

3.1自身泵循環壓力

影響的參數是流體的密度與鏡板的內外徑旋轉速度：鏡板泵產生的總壓力為△p。油冷卻器及管路有壓力損耗，考慮一定的安全系數后，可以增大壓力損耗ΔP_ring；節流元件設計為能將壓力調整減少（ΔP₀-ΔP_ring）。

3.2外加泵循環壓力

外加泵循環壓力是外加泵提供的，壓力的大小為工作壓力加上整個循環系統的總損耗。油泵提供的壓力要經過油泵、濾油器和冷卻器進入軸承內部結構，在這些路徑上，要克服所有的壓力損耗，最終提供給軸承冷卻油需要的工作壓力。

4水輪發電機減少軸承油霧的措施

4.1軸承油槽油霧的循環與防油霧

發電機結構部件在設計時，設計成可以阻止潤滑油沿著推力頭、鏡板內壁或上、下導滑轉子內壁爬升的結構，阻斷油霧的爬升。推力頭外圈密封設計允許空氣進入油槽。油霧產生時，油槽底部的密封空氣，以及來自于通氣孔由旋轉產生的氣流將把油霧限制在油槽上部的腔室內，然后由油霧吸收裝置將油霧吸出。

電站中常見的防止油氣溢出的軸承密封方式，一般采用帶有壓力的空氣密封，推力軸承油槽防油霧逸出措施可以見原理圖3。

推力軸承油槽上部有油槽蓋，與推力頭外圓柱面配合，有很小間隙；兩層密封內部構成一空腔，該空腔通入壓力空氣，壓力空氣從發電機循環冷卻空氣回路的高壓處取得；通入的空氣從油槽蓋上部密封間隙處逸出到外部，匯入循環冷卻空氣，由于是潔凈空氣，所以不會污染發電機；同時一部分空氣從油槽蓋下部密封間隙處進入油槽，阻止了油槽內的油霧從油槽蓋間隙向外逸出。在油槽蓋上安裝有油霧吸收裝置，具有適當的負壓，將油槽內油霧吸出、過濾后，凝結的油回流到油槽，潔凈的空氣回到大氣中。密封空氣的進氣量大小，可以通過閥門來調節。油霧吸收口分布，沿著圓周方向布置數個。在推力頭上，有加工的通氣孔，在旋轉時具有一定的離心作用，再加上油霧吸收裝置的負壓作用，空氣從擋油管內側間隙進入擋油管與推力頭之間的間隙，通過推力頭上通氣孔進入油槽，從而防止了油霧從擋油管處向外逸出。上述措施可有效防止推力軸承油槽的油霧逸出，是常規機組油霧循環路徑。在電站設計中，會根據電站的結構與客戶的要求，進行優化與改進，更好的減少油霧。

4.2結構優化措施及改進措施

（1）為防止油霧的產生和甩油，在設計時，在油槽內要選擇合理的擋油管高度。在油槽油位以下，將轉動部件上增加穩油板，目的是防止潤滑油在機組運行時的波動，減少油霧的產生和降低甩油現象，將攪動產生的損耗和甩油的可能性控制在一個很低的水平。

（2）在發電機的轉動部分和靜止部分之間，油槽都進行了較好地密封，以防止油或油氣進入發電機或空氣循環冷卻系統。在靜止部分設置密封，例如，在軸承油槽把合面上，設置密封；在軸向上，所有在油面以下、用螺栓把合的結合面均采用0型密封圈密封；在圓周方向上，分瓣法蘭面均采用密封膠來密封；自動化元件的引線電纜出口均高于油面，以防止油通過線纜滲出油槽，并且在出口的孔洞上，也將采用填充材料密封；管路與油槽的連接法蘭采用O型密封圈密封。

（3）在自身泵系統的參數選取上，減小回路壓力損耗，減少了鏡板泵的工作壓力，以減少泄露流量，減少油槽內油的攪動，減少油霧的產生。

（4）油槽上部密封蓋采用接觸式密封結構，防止油霧從該處泄露。

（5）導瓦上部的推力頭外圓設有環形凹槽，目的是阻止從該處擋油板間隙向上竄出的油，防止其沿推力頭表面向上爬升，導瓦上部的上部蓋板、上增設環形擋板、與推力頭外圓上環形凹槽配合，進一步阻擋上升的油流，見圖4。

備注：1.上密封腔；2.空氣進入上密封腔；3.在負壓作用下，空氣從擋油管處進入；4.油槽蓋上部間隙，排出密封空氣；5.密封空氣，由油槽蓋下部間隙進入油槽；6.空氣經過通氣孔；7.空氣/油霧被吸收；8.油霧吸收裝置-吸氣泵；9.油霧吸收裝置，油過濾器；10.潔凈空氣排出；11.油回收

（6）在油槽上部設有油霧吸收裝置接口，連接管路到機坑外的油霧吸收裝置，油槽上部的接口數量為6～8個，以使油霧的吸收更加均勻。該接口內部設有多層擋板，可以使得部分油霧液化回流，同時防止油滴直接被抽出。油霧吸收裝置靠近油霧產生的源頭區域，有利于提高吸油霧的效果。

（7）油槽內的冷油環管位于油面高度，能阻止油面的過大波動及攪動，穩定油面，減少油霧的產生。

（8）改進了集油槽的結構，增加一層密封環，使鏡板泵打出的壓力油封閉在鏡板外圍的區域內，使得導軸承處壓力減少，有效減少油霧的逸出。

5水輪發電機軸承系統設計優化建議

水輪發電機的組合軸承結構是一個受油的溫度變化、結構強度影響的復雜系統。機組設計中應兼顧考慮在冷油、熱油溫度變化的溫度場分布，又要考慮結構的可靠性問題，同時要考慮機組的油霧擴散及結構漏油問題。采取適當措施，從源頭上降低油霧產生的油量，從結構上采取合理的密封方式，從結構上增強結構強度，才可以保證系統安全可靠。

6結論

水輪發電機的組合軸承內部結構復雜，很難通過計算機模擬的方式模擬油霧的真實狀態，但是通過長期項目經驗的積累，通過以上采取的措施，可以有效降低油霧量。對水輪發電機的組合軸承內部結構增加0型密封圈，以及提供足夠容量的油霧吸收裝置，并對結構進行優化設計，可以有效降低油霧量。

文章對水輪發電機的組合軸承內結構進行了學習，了解到水輪發電機軸承系統壓力的產生，分析了油霧產生的原因，并根據機組不同結構，采取不同的設計方案，采取不同的措施，減少油霧的產生。根據對具體項目的分析，學習了解到了不同的防油霧措施，在現實安裝、維護、運行過程中，有很好的指導借鑒意義，有利于機組的安全、穩定長期運行。當機組出現類似問題，可以迅速采取措施，恢復生產，繼續發揮很好的經濟與社會效益。