立式水輪發電機組風罩內透平油霧重原因分析及處理

【摘要】立式水輪發電機組風罩內透平油霧重，主要是上導和推力抽承甩油及油霧外溢引起，嚴重時會影響機組的運行性能并威脅機組安全。通過對福堂電站水輪發電機組的上導、推力油槽甩油和油霧外溢情況分析處理的過程介紹，希望能對其他電站的同類型機組出現相同情況時有一定的借鑒意義。

【關鍵詞】上導；推力軸承；甩油；油霧；處理

1、前言

福堂電站位于四川省阿壩州汶川縣境內，是岷江上游梯級開發繼映秀灣電站、太平驛電站上的第三個梯級電站；電站距離成都市111km。電站為單一發電樞紐工程。電站由首部樞紐、引水系統和廠區樞紐三部分組成。電站為徑流引水式；枯水期運行時水庫具有不完全日調節能力；電站設計水頭為159.3m，最大工作水頭184.02m，最小工作水頭146.10m，發電引用流量為251m3/s，裝機容量為4×90MW，保證出力為133.4MW（P=95%），設計多年平均發電量為22.7億kWh，年利用小時數為6305h。水輪機型號為HLD307-LJ-290，額定出力92.3MW，轉速為272.7r/min。發電機型號為SF90-22/6000，單機容量90MW /105.88MVA，額定功率因數0.85（滯后），額定電壓13.8kV。

2、設備甩油現象

福堂電站的發電機上導和推力軸承為組合式軸承結構，整體布置在轉子上方，上導和推力軸承合用一個油槽，下導軸承單獨布置在轉子下方，電站自2004年1月至7月四臺機組相繼投運發電，投運后不久，運行過程中發現發電機風罩內即上導、推力軸承油槽蓋板上集油嚴重，風罩內油霧重，透平油氣味大，發電機轉子滑環及支架碳粉吸附多，碳刷打火頻繁，轉子絕緣值下降。在夏季環境溫度高的時候尤為突出，維護人員需要經常清潔風罩內的油槽蓋和轉子滑環，以保證機組的安全運行。

3、通過運行觀察和分析，可能造成的主要危害

3.1 風罩內大量集油，溫度越高，油霧越大，油霧混合碳粉污染轉子滑環和轉子支架，造成轉子絕緣降低，嚴重時造成轉子正、負極短路，危害發電機安全運行，油霧混合碳粉吸附于風洞內壁，造成污染，維護清潔難度大。

3.2 長期甩油加上油霧外溢，造成蓋板大量集油，進一步滲漏到發電機風洞內，嚴重污染發電機運行環境，油霧受冷卻風流的帶動，易吸附于發電機定、轉子線圈上，影響發電機散熱，腐蝕發電機絕緣，降低發電機絕緣強度，減短發電機使用壽命，嚴重時還降低發電機效率。

3.3 透平油產生的油霧冷凝后形成油滴，對橡膠制品具有較強的腐蝕性，被油霧污染的線纜絕緣會因老化而下降，減短了使用壽命，嚴重時危害相關設備的安全運行。

3.4 甩出和外溢的透平油造成不必要的浪費，既污染生產環境，又給運行人員的巡視檢查工作帶來一定的安全隱患，消耗大量的清潔材料，加大維護人員的工作量，增加了企業生產的經營成本。

4、甩油原因分析

福堂電站機組上導、推力油槽的滲漏油主要來自于油槽蓋邊沿密封以及上導油盆蓋與主軸之間的間隙外溢，具體有如下原因：

4.1 吸排油霧裝置的原因：福堂電站每臺機組設計制造時就每臺機組配置了兩套吸排油霧裝置，安裝在風罩內的推力油槽上，用于對機組運行中油槽內產生的油霧進行抽取并回收，該裝置投運后，由于裝置自身管路連接及電機安裝上的原因，造成裝置自身滲漏油情況嚴重，加大了上導、推力油槽的甩、漏油，后來只有將其停運。

4.2 推力油槽蓋甩油：由于機組運行，油槽內的透平油在推力頭高速旋轉作用下，在油槽內快速流動，加上旋轉離心力的作用，飛濺、涌動的油流和油滴有部分會從油槽蓋的外邊沿密封不嚴處滲出，當機組軸承溫度升高后，油溫會升高，溫度升高后部分油槽內就會形成一定的油霧，使得油霧進一步汽化，油槽內的壓力升高，在內壓作用下，油槽內的油霧就會以油氣的形態從蓋板的密封不嚴處溢出。

4.3 上導油盆蓋密封原因：福堂電站機組的上導和推力軸承共用一個油槽，上導油盆蓋與旋轉的主軸之間本身存在設計間隙：0.5～1mm，油盆蓋是分半組合蓋，密封采用的是迷宮環的結構，迷宮環填充毛氈保證與主軸之間的擋油，上導瓦的潤滑是靠機組運行時推力頭旋轉的油泵作用從推力頭的徑向孔供油給上導瓦提供潤滑油，當機組運行，推力頭旋轉，帶動油面爬升，加上徑向泵油孔的高速油流與上導瓦的相對運動形成大量的油霧，上導瓦溫升高的同時油溫升高，內壓增大，使得上導油盆蓋的迷宮環密封擋油效果差，造成大量的油滴和油霧從油盆蓋沿主軸密封處滲漏出來。

4.4 其他原因：油盆蓋制造材質是鋁合金，本身硬度低，由于制造安裝過程中與設計間隙值偏差較大；安裝或運輸過程中造成油盆蓋變形，無法校正，等固有缺陷原因造成滲漏油。

5、缺陷處理

福堂電站針對4臺機組上導油盆存在的甩油缺陷，積極查找原因，為了徹底消除機組甩油缺陷，咨詢了設備制造廠家，并認真考察了同類型機組的運行和改造情況，在全面分析了甩油原因和參考同類型機組處理經驗的基礎上，電站有針對性的選擇了與哈爾濱通能電氣有限公司合作，為電站的機組上導油盆專門設計制造了隨動耐壓接觸式密封油盆蓋。結構如圖示2

5.1 油盆蓋接觸式擋油板總成的結構及特點：

該類型接觸式密封蓋其密封齒與轉軸表面接觸，實現無間隙運行；密封蓋其密封齒沿圓周為多等分結構，每瓣均能與軸形成徑向跟蹤，徑向前 進量1mm，后退量2.5mm，因此在轉軸偏心運行時，可以自動跟蹤，實現無間隙運行；與轉軸接觸材料采用特種復合材料，具有自潤滑特性；密封蓋在運行中不損傷轉軸，不引起轉軸震動及軸溫升高；由于密封蓋與轉軸接觸運行，因此在安裝時無需調整間隙，安裝十分方便；密封蓋在檢修時可根據密封情況更換密封齒。

5.2 油盆蓋油霧過濾呼吸器的結構及特點：

油霧過濾呼吸器是由本體、折流板、集油器等組成。它可使油霧在通過折流板到集油器的過程中，由油霧凝結成油滴，返流回油槽內，經過過濾的空氣被排出。使油槽內外壓差保持一致。生產過程中產生的含有大量固體微粒的油煙、油霧氣體進行了有效的分離，保障生產操作的正常進行和人員的身體健康，有效解決現場的空氣污染問題；油霧呼吸器最顯著的作用是平衡油槽壓力。因油槽內油霧不斷產生，使油霧大量聚集，勢必使油霧對各處密封產生壓力，壓力過大可破壞密封，因此采用油霧過濾呼吸器，可平衡油霧壓力，又可阻止油霧溢出。

6、改造后效果

福堂電站2007年通過對第一臺機組進行改造，安裝使用了接觸式密封油盆蓋，經過較長時間的運行觀察，發現該接觸式密封油盆蓋針對機組上導、下導油盆甩油缺陷處理效果非常好，在以后的兩年時間內，電站對其余的3臺機組陸續進行了改造更換，運行至今，接觸式密封油盆蓋的成功運用很好的改善了機組的運行環境和人員的工作環境，減少了維護人員的工作量和節約了設備維護成本。

7、結語

福堂電站上導、下導油盆蓋甩油缺陷的成功處理，可以看出當前科學技術的快速發展，體現了科學技術研發成果的實際應用，是科學知識與生產經驗總結的充分結合。隨著先進工藝和新型材料運用，相信未來的電站電氣設備設計制造和運行會越來越安全、可靠、經濟。希望通過此文，能給其他同類型機組的缺陷消除提供參考。

參考文獻：

[1]劉云 水輪發電機故障處理與檢修 中國水利水電出版社

[2]盛國林 水輪發電機組安裝與檢修 中國電力出版社