大型泵站同步電動機內甩油問題分析及建議

李繼勇，薛 峰 ，任澤儉

（1.南水北調東線山東干線有限責任公司，山東 濟南 250109；2.山東潤魯工程咨詢有限公司，山東 濟南 250109）

1 內甩油問題的發現

南水北調東線臺兒莊泵站工程為南水北調東線一期工程的第七級泵站，也是長江水進入山東省的第一級泵站，工程于2009 年11 月通過試運行驗收，于2016 年至2018 年期間先后完成了5 臺水泵機組的大修工作，5 臺水泵機組總運行達4.9 萬臺時。

臺兒莊泵站主水泵配套電動機為TL2400-44/3250 立式同步電動機，在近幾年的運行中，部分機組出現下機架上有滴狀透平油的現象，停機后檢修人員對該現象進行仔細排查，未發現下油缸有滲油點，而電動機轉子轉軸及轉子支架輔板上卻有油跡，所以，根據以上現象綜合判定為電動機在運行過程中存在內甩油現象。

隨后，臺兒莊泵站管理人員查閱了2016—2018 年5 臺水泵機組大修過程中的圖片資料，通過圖片資料反應，在上機架拆卸后，5 臺電動機轉子轉軸及轉子支架輔板上均發現有不同程度的油跡，因此，可以認為內甩油問題為該型機組的普遍問題，而在以前的安裝及大修過程中并沒有引起重視。

2 內甩油現象產生的原因

2.1 負壓引起內甩油

大型同步電動機定、轉子冷卻大都采用強迫空氣冷卻方式，為保證電動機運行時轉子能夠得到充分冷卻，轉子磁軛上、下平面均裝配向電動機內部鼓風的風扇葉片，當電動機轉子運行轉動時，風扇葉片會將氣流推向轉子磁極間隙，向轉子輸送的氣流經過轉子磁極空隙后會帶走轉子磁極的熱量，此時大部分加熱后的氣流會通過兩臺安裝在風道內的軸流風機排至廠房外部，但仍有部分氣流會沿轉子轉軸向上升，通過推力頭與上油缸上油缸擋油圈之間的間隙后，從推力頭穩壓孔排出（臺兒莊泵站立式同步電動機軸承采用SM 系列平面圓形瓦推力滑動軸承結構，見圖1），當推力頭軸頸周圈出風速度不一致時，就會產生局部的負壓，推力頭內側的油面會在負壓的影響下升高，嚴重時會越過上油缸擋油圈，甩到電動機轉子轉軸及轉子支架輔板上，污染電動機。

圖1 SM 推力軸承結構圖

2.2 電動機制造或安裝缺陷

電動機主要的制造及安裝缺陷包括上油缸擋油圈與上機架外沿的同心度不符合要求、推力頭內圈與外圈的同心度不符合要求、推力頭內圈圓度不符合要求、推力頭軸頸內部與電動機轉子轉軸軸頸配合不符合要求等。電動機制造及安裝的缺陷會使推力頭內壁與上油缸擋油圈產生一定的偏心，當電動機運行時，汽輪機油在推力頭內部與上油缸擋油圈之間的各個斷面流速不一致，旋轉的汽輪機油會在推力頭內部與上油缸擋油圈之間產生較大的壓力脈動，其過程類似于偏心泵的工作原理，此時旋轉的汽輪機油會向上竄動，嚴重時會越過上油缸擋油圈，甩到電動機轉子轉軸及轉子支架輔板上。

2.3 密封圈磨損或塑性變形

通常在上油缸擋油圈上部裝設兩道密封圈，與推力頭軸頸內部組成滑動密封，從而減少電動機內甩油量。電動機經過長時間的運行后，密封圈磨損程度加劇，從而導致密封配合間隙增大，降低了密封效果。

另外，推力頭與電動機轉子轉軸軸頸為過盈配合，在推力頭安裝前通常會對推力頭進行加熱處理，推力頭加熱溫度過高，同樣會對裝在上油缸擋油圈上的密封造成影響，使密封圈產生塑性變形，變形后的密封圈同樣會影響密封效果，從而造成內甩油油量的增加。

2.4 上油缸油面過高或擋油圈高度太低

由于水的比重比汽輪機油大，當出現冷卻器漏水故障時會造成上油缸油面上升，檢修時汽輪機油加注過多也是油面過高的原因，另外上油缸擋油圈高度太低等原因同樣也會造成電動機運行時內甩油。

3 處理建議

針對以上描述的產生內甩油的原因，提出以下處理建議：

1）針對電動機運行時推力頭軸頸下平面至油面負壓引起內甩油，可在機組大修時對推力頭進行處理，通過擴大推力頭穩壓孔直徑（擴大至20 mm 左右），降低推力頭內外壓差，防止內部負壓而使油面吸高甩出。

2）針對電動機制造或安裝的缺陷造成的內甩油，可在機組大修時復核上油缸擋油圈與上機架外沿的同心度、復核推力頭內外圈的同心度，當同心度超標時需返廠進行精加工處理，另外，推力頭內圓圓度也應該在出廠或檢修時進行復核，通過以上措施以盡可能的消除機組安裝后的偏心現象。

3）針對密封圈磨損或塑性變形造成的內甩油，可通過降低推力頭內側粗糙度、更換耐磨密封圈等措施延長密封圈壽命；機組大修推力頭回裝時，應采取控制推力頭加熱溫度、更換耐高溫密封圈等措施降低密封圈塑性變形的可能性。

4）針對上油缸油面過高或上油缸擋油圈高度太低造成的內甩油，需要在冷卻器回裝后做好耐壓試驗，確保冷卻器完好；需要在機組運行時加強油缸油位的巡視、技術供水系統工作可靠性的檢查等措施防止冷卻器漏水造成的油面過高；需要在加注汽輪機油時嚴格控制汽輪機油量符合要求，避免加注過多；需要在機組大修時復核上油缸擋油圈高度及推力頭軸頸下側深度，在條件允許的情況下適當加高上油缸擋油圈高度或改進擋油圈形式以降低內甩油油量。

4 結語

通過對臺兒莊泵站內甩油問題的跟蹤，可以發現電動機內甩油的油量短時間內基本不大，但隨著運行時間的增長，甩出的汽輪機油會不斷在轉子轉軸、轉子輔板及下機架上積聚，造成電動機臟污。推力頭與上油缸擋油圈之間的密封并不是機組大修時的主控因素，而日常的養護、維修卻無法進行處理，因此仍需要現場運行管理人員在大修工作中精益求精，或在工程管理過程中加強科研投入，改進當前電動機上油缸擋油圈、推力頭的結構，消除可能造成內甩油的各種因素。