一種推力軸承油霧吸收裝置的研究與應用

孫志翔 吳衛康

（國網江西省電力有限公司柘林水電廠,江西 九江 332000）

柘林水電站位于贛西北修河中游末端的永修縣柘林鎮附近,電站總裝機容量為420MW,到2001 年12 月底止,已累計發電168 億kw.h,不但取得了顯著的經濟效益,而且還取得了明顯的防洪和灌溉效益,對促進贛北工農業生產和全省國民經濟發展作出了很大的貢獻。

1 現狀

柘林水電站水輪發電機組推力軸承采用低壓空氣與迷宮密封相結合方式密封推力油槽,該設備由輕質鑄鋁合金密封蓋、低壓空氣輸送管路與風機組成。風機產生的低壓氣源經過制動柜經減壓閥送入輕質鑄鋁合金密封蓋中的迷宮密封結構內[3],從而實現密封推力油槽甩油及油霧外溢的作用。輕質鑄鋁合金密封蓋的迷宮密封結構是與轉軸存在間隙（見圖1）,推力油槽內的油霧在通過迷宮密封與轉軸之間間隙向外溢出時,迷宮密封結構及低壓氣源逐步延緩油霧,強制油霧回到推力油槽內,防止油霧向外溢出。但在低壓氣源阻止油霧外溢同時低壓空氣也會進入油槽內,使推力油槽內壓力逐漸升高,當油槽內壓力升高到一定程度時迷宮密封結構及低壓氣源將不能有效阻止油霧向外溢出。

圖1

2 油霧逸出的危害

推力軸承長期存在甩油和油霧外逸的情況,主要有以下危害：

2.1 發電機組軸承箱漏油、甩油及油霧現象的產生,致使發電機表面污染嚴重,造成轉子線棒及轉子輪輻的污染[4],油霧與灰塵在定子鐵心通風溝和轉子磁極通風溝處堆積,造成發電機通風散熱變差[5]。

2.2 機組運行過程中由于制動剎車位置未與發電機完全隔離,運行中動靜磨擦產生碳粉塵部分進入到發電機內,油霧和粉塵堆積在定子鐵心通風溝和轉子磁極通風溝處,降低了發電機的通風散熱性能,嚴重影響了發電機的散熱效果。油霧和灰塵長時間附著在絕緣層上,腐蝕發電機了絕緣線棒,降低其絕緣性能,使其加速老化,導致發電機線圈短路或擊穿放炮,給發電機組的安全、穩定運行帶來了極大的安全隱患。

2.3 水輪發電機組軸承油槽油霧及漏油情況對水輪發電機組的運行存在較大,近幾年來,因為發電機內進油的問題,已經造成了很多起發電機絕緣損壞的事故,給發電廠帶了巨大的經濟損失。對發電機的安全穩定、可靠運行帶來潛在的危害,威脅發電機的安全生產[8]。

2.4 發電機軸承箱漏油、甩油使發電機機內透平油損耗大,造成發電機組運行環境不好[9],需要經常向油槽加油[10],增加了日常維修維護的工作量[11],也大大增加了發電機的檢修次數,既費工費時,又增加了機組的運行成本。大型發電機組油槽油霧現象應引起廣大工程技術人員高度重視。

推力軸承油槽甩油和油霧向外逸出,油霧和灰塵堆積在定子鐵心通風溝和轉子磁極通風溝處,降低了發電機的通風散熱性能,嚴重影響了發電機的散熱效果。油霧和灰塵長時間附著在絕緣層上,腐蝕發電機了絕緣線棒,降低其絕緣性能,使其加速老化,導致發電機線圈短路或擊穿放炮,給發電機組的安全、穩定運行帶來了極大的安全隱患。

3 油霧治理措施

以上治理油槽油霧的措施并未達到理想的效果,現提出了一種新的思路,即推力軸承油霧吸收裝置。

3.1 推力軸承油霧吸收裝置主要結構

推力軸承油霧吸收裝置主要由過密封主體、隨動密封環、柔性封油板、定位擋板、鼓風機、油霧分離器、出口冷凝器、呼吸器、重力單向閥、自動回油單元組成（見圖2、圖3、圖4）。

圖2 推力軸承油霧吸收裝置結構圖

圖3 推力軸承油霧吸收裝置結構圖

圖4 推力軸承油霧吸收裝置結構圖

3.2 推力軸承油霧吸收裝置工作原理

推力軸承油霧吸收裝置由隨動密封環、柔性封油板、定位擋板阻止油霧逸出[12]。在主軸出現偏擺時,隨動密封環的隨動密封作用可以很好地跟蹤主軸保持零間隙狀態運行,起密封作用的定位擋板可進一步阻擋油霧逸出。在風壓的作用下,柔性封油板可很好的與主軸緊密接觸,達到最理想的密封狀態,有效地阻止油霧向外逸出。當少量油霧進入到B 腔室中時,油霧可通過管路被油霧分離器吸出,自動將油霧輸送到油霧分離器中進行過濾處理[13],油霧分離器中的過濾裝置可以很好地將油霧進行過濾處理,過濾后的油通過下方的回油管路返流回油槽內,過濾后的不含油霧的空氣,將通過油霧分離器的出風口排出,引至出口冷凝器中進行二次處理,充分保證推力軸承油霧吸收裝置的密封效果。

3.3 推力軸承油霧吸收裝置主要部件功能

3.3.1 密封主體

密封主體選用鑄鋁合金材質,方便產品的安裝、調整、維修、維護。

3.3.2 隨動密封環

隨動密封環圓周分為多等份,隨動密封環在等分后,每一等份都可以徑向靠近主軸和遠離主軸,靈敏性好,在主軸有徑向擺動的情況下,可保持隨動密封環一直和主軸在零間隙狀態下跟蹤運行。

隨動密封環設有精準的限位單元,可有效地限制隨動密封環靠近主軸。

隨動密封環采用非金屬材料,具有耐油、耐高溫、絕緣、耐老化、耐化學腐蝕等特性,并且具有良好自潤滑功能[14],磨擦系數極小。

3.3.3 柔性封油板

柔性封油板具有優良的自潤滑性能,耐高溫、耐磨擦、耐油、耐老化。在鼓風機的主動送入A 腔室的風壓作用下,柔性封油板可很好的與主軸緊密接觸,達到最理想的密封狀態,有效地阻止油霧向外逸出。

3.3.4 定位擋板

在安裝時起到自動定位作用,又能起到密封作用,在機組運行時對主軸無損傷。

3.3.5 衡力彈簧

衡力彈簧在隨動密封環背部沿圓周均勻分布,安裝時進行精準調整,保證隨動密封環在主軸偏擺時,圓周的向心運動受力均勻且恒定。

3.3.6 鼓風機

鼓風機在設定的時間內工作,向A 腔室內送入一股合適的氣壓,既能起到風壓密封板的作用,又能有效的阻斷油霧的逸出。

3.3.7 油霧分離器

油霧分離器在設定的時間內工作,將進入B 腔室內的油霧吸進油霧分離器中進行擊中處理,通過油霧分離器含有的過濾裝置過濾后,過濾后不含油霧的空氣通過油霧分離器的出風口排出,通過管路引至出口冷凝器中進行二次處理,過濾后的油通過油霧分離器底側的回油管路返流回油槽內。

3.3.8 自動回油單元

當油霧分離器底側的油達到一定數量時,在自重作用下,可將油自動釋放到油槽內。自動回油單元不工作時處于關閉狀態,具有單向釋放油功能,防止油槽內的油霧進入密封腔室內,導致密封效果失效。

3.3.9 風壓單向閥

當裝置開始工作時,因壓力原因,風壓單向閥自動打開,裝置停止工作時,風壓單向閥自動關閉,防止油霧串入密封腔室內,導致密封效果失效。

3.3.10 出口冷凝器

將油霧分離器和呼吸器收集到的油進行集中處理,便于觀察油霧情況。

3.3.11 呼吸器

維持油槽內外壓力平衡。通過呼吸器外側連接的出風口引導至指定位置進行觀察。

3.4 推力軸承油霧吸收裝置優勢

推力軸承油霧吸收裝置與柘林電站目前使用的密封結構相比,存在以下幾點優勢：

3.4.1 推力軸承油霧吸收裝置密封主體本體采用T 型槽與T 型隨動密封環相配,密封效果好,保證了機組高效、安全運行。

3.4.2 隨動密封環選用了非金屬高分子自潤滑材料,具有耐磨、耐高溫、絕緣性能好、吸噪音、抗靜電、比重輕、耐化學物質侵蝕等特性,自潤滑性能優于用油潤滑的鋼或黃銅。

3.4.3 推力軸承油霧吸收裝置由隨動密封環、柔性封油板、定位擋板阻止油霧逸出,在風壓作用下,柔性封油板可很好地與主軸接觸,達到最理想的密封狀態,有效防止油霧逸出。同時,采用定位擋板進行定位,方便安裝,同時也起到密封作用,對主軸無損傷。

3.4.4 推力軸承油霧吸收裝置將密封主體的密封部分分為A、B 兩個腔室[15],A 腔室連接鼓風機,B 腔室連接油霧分離器。鼓風機向A 腔室送入一股經過計算的合適氣壓,隔斷油霧外泄通道,油霧分離器將B 腔室油霧吸至油霧分離器中進行集中處理,并將油霧進行油與空氣分離過濾處理,過濾后不含油霧的空氣通過油霧分離器的出風口排出,通過管路引至出口冷凝器中進行二次處理,過濾后的油通過油霧分離器底側的回油管路返回油槽內。

3.5 推力軸承油霧吸收裝置模擬效果試驗

針對推力軸承油霧吸收裝置的使用效果,進行了相關密封結構及密封材料的模擬試驗（見圖5、圖6）,試驗情況如下：

圖5 試驗中進行預裝

圖6 試驗中進行數據采集

在室溫24℃狀態下,將試驗設備轉速設定為1000r/min,線速度為942m/min,隨動密封環、柔性封油板、定位擋板配合鼓風機、油霧分離器進行密封工作,并在油槽外側設有油霧濃度檢測儀器,運行4 小時后,通過油霧濃度檢測儀發現,油槽外側無明顯油霧。

4 結論

推力軸承油霧吸收裝置在隨動密封環、柔性密封板、定位擋板相結合的密封形式下,配合鼓風機與油霧分離器的共同作用,滿足運行中的各種壓力需求,將動態的密封形式與靜態的密封形式有機的結合在一起,能有效地解決發電機組軸承油槽出現的甩油、漏油及油霧逸出現象。