重慶江口水電站3號機組軸承甩油問題分析及解決措施

歐適， 馮繼威

（1.國家電投集團 重慶江口水電有限責任公司，重慶408506；2.重慶文理學院 土木工程學院，重慶402160）

0 引 言

水輪發(fā)電機組導軸承的油密封對機組運行至關重要，一旦軸承油密封不嚴，將會造成很大的損失，不僅會損耗潤滑油，嚴重的甚至會污染繞組，損壞絕緣，影響機組的安全運行。通過對機組軸承密封現狀的研究，解決傳統(tǒng)密封的缺陷，對保證機組的安全運行有著重要的意義。

通常軸承的油槽是用油槽蓋板蓋住，固定的油槽蓋板與轉動部件（軸）之間存有一定的間隙，為了防止油槽內的油霧逸出，在油槽蓋板與軸之間要進行密封[1]。傳統(tǒng)密封主要有迷宮式密封、氣封式密封、梳齒式密封等形式，這些方式的密封要求油槽蓋板與轉動軸之間必須留有一定的間隙，這樣就無法保證軸承的油密封性能，造成軸承漏油或油霧泄漏。通過使用接觸式密封技術，有效解決了機組的漏油問題。

1 工程概況

重慶江口水電站位于重慶市武隆區(qū)江口鎮(zhèn)烏江支流芙蓉江河口以上約2 km 處，是以發(fā)電為主的綜合利用工程，距離重慶市區(qū)約140 km，距離武隆城區(qū)約20 km，是芙蓉江干流梯級開發(fā)的最末一級。電站大壩為混凝土雙曲拱壩，最大壩高140 m。江口水庫總庫容5.05 億m3，正常蓄水位300 m，正常蓄水位時庫容4.53 億m3，死水位為260 m，調節(jié)庫容3.02 億m3，為季調節(jié)水庫。電站總裝機4×100 MW，左岸地下廠房安裝3 臺水輪發(fā)電機組，于2003 年建成投產；右岸廠房安裝1 臺水輪發(fā)電機組，2017年建成投產。

重慶江口水電站水輪發(fā)電機組為懸式機組，型號為HLS186-LJ-347.7，水輪機轉輪直徑為3.4771 m，額定水頭106 m，額定出力101.83 MW，額定流量103.32 m3/s，額定轉速214.3 r/min，旋轉方向為俯視順時針。設有推力軸承、上導軸承、下導軸承、水導軸承。2003 年3 月機組投運后，各軸承油槽密封蓋密封效果不佳，產生滲油、甩油、油霧等現象，對機組的安全運行造成隱患。解決軸承漏油問題刻不容緩。

2 重慶江口水電站3號水輪發(fā)電機組軸承密封現狀

1）迷宮式密封結構密封。3 號機組上導軸承油槽蓋板、下導軸承油槽蓋板、水導軸承油槽蓋板和推力軸承油槽蓋板均為迷宮式密封，如圖1 所示。隨著機組運行，導軸承漏油、滲油嚴重，上、下機架、水車室的地面及相關設備上沾滿油污和積油。2）上導軸承擋油管。3 號機組上導軸承采用單層擋油管結構，擋油管為Q235 鋼板卷成的單層圓筒焊接而成，如圖2 所示。擋油管下方漏油較多，下機架、定子線棒、風洞內墻壁及設備上都有油污污染。

3 漏油原因分析

3.1 油槽密封蓋板的漏油原因

圖1 迷宮式密封示意圖

圖2 單層擋油管示意圖

機組原密封蓋板為迷宮式結構，在設計時就與轉動部件之間留有0.3～0.5 mm 的間隙，機組經過長期運行，由于啟停機過程中轉動部件的擺動，造成密封部件磨損較大，形成的間隙越來越大；同時沒有考慮機組運行的實際工況，蓋板上沒有設計油霧呼吸器，當機組運行時，在離心力作用下油向外涌高、飛濺，同時產生大量的油氣混合物，并不斷聚集在油槽上部。當油霧壓力大于大氣壓時，油霧便從油槽蓋板縫隙處溢出。隨著軸承的溫度升高，油槽內的油和空氣體積逐漸膨脹，內壓增大，油霧加速從蓋板縫隙處溢出，形成甩油現象。當蓋板的密封齒磨損較大和軸系擺度較大時，密封齒與轉軸的間隙較大且無法補償，從而不能形成穩(wěn)定的油膜密封，油液外甩和油霧溢出現象加劇。

3.2 上導擋油管的漏油原因

目前3 號機上導擋油管甩油比較嚴重，上導軸承下部為單層擋油管密封，當軸承在低速運行時，擋油管與轉軸之間的油流處于層流狀態(tài)，當在一定間隙、溫度和達到額定轉速時，擋油管管區(qū)內的油流將處于紊流狀態(tài)，同時軸承油位過高，與擋油管上端距離過小，油槽內油流波動時，潤滑油就會從擋油筒與軸的間隙漏出，造成下機架、定子線圈污染。

4 機組軸承密封的改造

公司利用機組A 修機會，對3 號機組漏油問題進行徹底改造。

4.1 油槽密封蓋板的處理

針對原密封蓋板與轉動部件留有間隙的缺陷，采用接觸式密封結構的蓋板，來解決間隙問題，同時在蓋板上加裝油霧呼吸器來平衡油槽內外的壓力差，防止油霧外逸。3 號機組上導、下導、水導、推力油槽蓋板均改為接觸式密封蓋。接觸式密封蓋由座圈、接觸式密封齒、固定密封環(huán)、油霧呼吸器等構成，如圖3所示。

4.1.1 油槽密封蓋座圈

1）油槽蓋座圈為鑄造鋁合金材質，強度較高、質量輕便和不易變形。2）密封蓋座圈分4 瓣，便于檢修時的拆裝，無需起重設施即可搬運拆裝；座圈每瓣之間采用鉸制孔螺栓定位連接；3）密封齒下部加工有回油孔，可將2 道齒之間存油回流到油槽。

4.1.2 密封環(huán)

1）上導和下導密封蓋座圈設置2 道接觸式密封環(huán)，推力和水導設置3 道接觸式密封環(huán)。接觸式密封環(huán)每道由多塊密封齒構成，采用非金屬高分子復合材料制成，與轉軸直接接觸，具有耐磨、絕緣、自潤滑特性，不會磨軸，不會產生軸溫升高，不會污染潤滑油，是零間隙密封。2）接觸式密封環(huán)每條密封齒背部裝有2 個不銹鋼材質彈簧片，可隨軸做徑向浮動，靈敏度高，其單邊浮動量為前進量單邊1 mm，后退量單邊2.5 mm。可跟隨軸的擺動，始終與軸保持同心運行，保持零間隙狀態(tài)。3）密封齒與密封齒之間采用搭接工藝連接，如圖4、圖5 所示。座圈合縫處密封齒連接如圖4 所示，其搭接量為1.5 mm，這樣設計是為了防止座圈安裝時因密封齒伸出太長而碰壞，同時又能形成迷宮狀不至于漏油。座圈內密封齒連接如圖5 所示，其搭接量為7 mm。4）與轉軸接觸密封齒，采用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、絕緣等特性，并且具有自潤滑功能，性能如表1所示。

圖3 接觸式密封蓋示意圖

圖4 密封齒搭接工藝示意圖1

圖5 密封齒搭接工藝示意圖2

表1 密封齒材料性能

4.1.3 定位密封環(huán)

在接觸式密封齒下方還裝有一圈定位密封環(huán)，該密封環(huán)采用聚四氟板加工而成，其內徑與軸相同，在密封蓋板安裝時起到定位作用，確保密封蓋板與軸同心；同時能防止?jié)櫥蛯佑|式密封齒的直接沖擊，起到初步的密封作用。

4.1.4 油霧呼吸器

在每個密封蓋板上裝有4 個海綿濾網式油霧呼吸器，用來平衡油槽內外壓力，當油槽內部油霧經過呼吸器內折流板和濾網后，冷卻成油滴流回油槽，清潔空氣排出。油霧呼吸器結構如圖6所示。

圖6 油霧呼吸器示意圖

機組運行時，潤滑油隨著轉軸的轉動會產生油溫升高和油霧，油霧呼吸器會平衡油槽內外因油溫升高產生的壓差，同時油霧通過折流板和濾網時，會冷卻下來形成油滴，流回油槽，其余部分經過孔隙率25 ppi 海綿濾網的充分過濾，使清潔空氣排出。

4.2 對上導擋油管漏油的處理

由于上導擋油管內部沒有改造的空間，所以只能在其他相關部件上考慮解決辦法，通過現場分析，在上導擋油管下部安裝一個收集裝置，來收集通過擋油管漏出來的油和油霧。

收集裝置[2]由上油盤、連接板、接油盆、甩油環(huán)、放油組件等構成，如圖7 所示。安裝方法為先安裝上油盤和擋油管，保證其原有技術參數不變，然后安裝甩油環(huán)，最后安裝接油盆，同時調整相關間距，密封齒與甩油環(huán)間距為0.1～0.2 mm，甩油環(huán)與上油盤和接油盆的間距為10 mm。

收集裝置的主要結構為：1)甩油環(huán)。甩油環(huán)安裝在軸上，分2 瓣，與軸采用緊配合安裝，與軸一同旋轉，能將順軸流下來的油截流，甩到接油盆中不至于外泄。2）上油盤。對機組原有上油盤進行重新設計更換，在保證原機架連接孔和擋油管連接孔不變的前提下，增加連接板，同時縮短合縫板的長度，為安裝甩油環(huán)留出空間。3）接油盆。接油盆為鋁合金材料制成，與上油盤上的連接板連接，將甩油環(huán)包在接油盆里面。收集從擋油管溢出被甩油環(huán)截留下來的潤滑油，并通過放油裝置定期回收。接油盆與甩油環(huán)采用梳齒式密封結構，能最大限度地防止油霧外泄。

圖7 上導擋油管漏油處理示意圖

5 應用運行情況

重慶江口水電站3 號水輪發(fā)電機組A 修于2019 年11 月26 日開工，2020 年1 月17 日試運行無異常后正式交付電網調度管理，在機組A 修期間，采用接觸式密封蓋及接油裝置對3 號機組各軸承進行了改造，從設備源頭消除油霧外溢現象。經過1.5 個月的實際運行，到2020 年2月底，未發(fā)現機組軸承油污及油霧飄散現象，檢查發(fā)現滑環(huán)、風洞、制動閘、定轉子線棒及磁軛等設備部件無油漬，長期困擾的問題得到了徹底處理，為安全、文明生產提供了保障。改造前后3 號機組水導軸承效果對比如圖8 所示。

圖8 水導軸承改造前后效果對比圖

6 結 語

在很多水電站中都不同程度地存在水輪發(fā)電機組發(fā)生的油霧和甩油現象，給機組安全運行帶來了一定隱患，影響設備穩(wěn)定運行和安全生產，及時有效地進行處理具有重要意義。重慶江口水電站3 號機組的應用實踐證明，接觸式油槽密封可以有效防止油霧外溢及漏油、滲油現象，值得在1 號、2 號機組及類似水電站推廣應用。