直崗拉卡2號機組組合軸承漏油原因分析及改造對策

杜禮斌

（青海大唐國際直崗拉卡水電開發有限公司，青海 尖扎 811999）

1 引言

青海直崗拉卡水電站位于黃河干流上游的青海省尖扎縣與化隆縣交界處，距上游李家峽水電站壩址7.5 km，電站總裝機容量190 MW，安裝5臺38 MW機組，年發電量7.63億kW·h，1～4號機組由天津阿爾斯通水電設備有限公司供貨，2006年6月18日4臺機組全部并網發電，新安裝5 F機組已于2014年5月投產，設備由浙江富春江水電設備股份有限公司供貨。2006年4臺機組發電以來，每年度進行1次C級檢修，2020年以前4臺機組均A級檢修1次，由天津阿爾斯通水電設備有限公司制造，其水輪機型號為 GZ4BN039－WP－6100，額定水頭12.5 m，最高水頭17.5 m，最小水頭9.6 m，額定功率39.0 MW，額定流量337.6 m3/s，額定轉速100 r/min，飛逸轉速280 r/min，旋轉方向向下游側看為順時針旋轉，發電機型號為 SFWG38－60/6660，額定容量40 MW，額定功率38 MW，額定電壓10.5 kV。公司4臺機組自2006年6月投產以來組合軸承一直存在不漏油現象，漏油主要是從支撐環和徑向軸承之間的調整環連接處流出，機組運行時由于冷卻風機風量大，吹散漏出的油滴，從而導致發電機風洞內有大量的油污，油污長期存在不僅影響機組健康水平，油污長期存在，使發電機、定子、轉子絕緣性能下降，不利于機組安全運行，增大安全隱患。2號機組發電機徑向軸承在運行過程中漏油量較大，機組運行過程中2號機組漏油最大時每30 h漏油量為200 L,且漏油持續時間較長，機組停機時，檢查發電機風洞，有大量油污吸附在發電機磁極、定子線棒上，漏油至發電機內嚴重影響定子、轉子線圈的絕緣性能。因制動器以及制動環上有大量的油污，每次停機時因為摩擦導致風洞產生大量煙霧，致使火災報警裝置多次報警，油污在制動環上存在，影響機組停機制動性能，嚴重時甚至會引起火災而導致發電機燒毀。在年度機組檢修期間，對4臺機組采取臨時漏油收集裝置，在調整環外邊圓制作了弧形密封接油槽，在油槽下部接橡膠軟管，將組合軸承接油槽內收集的油通過橡膠軟管引出至發電機風洞、在管型座下進人孔設置了接油桶，雖然收集了部分漏油，因接油槽只能收集組合軸承下部的油滴，被吹散的油滴無法收集，機組用油損耗量大，容易發生環保事件，如需完全解決組合軸承漏油，必須解決密封存在的問題。公司制定了2號機組組合軸承漏油檢修計劃，針對漏油問題公司設備部組織了廠家技術人員、檢修單位對組合軸承漏油部位進行研究，對制定的技改方案進行安全性討論，計劃在2019年在機組C級檢修過程中進行組合軸承漏油檢修。

2 組合軸承結構及漏油原因分析

2.1 組合軸承結構介紹

直崗拉卡水電站4臺水輪發電機組組合軸承分別布置在座環內兩側，支撐環、徑向軸承及反推力瓦在發電機風洞內，機型為徑向軸承前置燈泡貫流式發電機組。正推力瓦及推力油槽在燈泡體內，把合在座環上，組合軸承的載荷作用在支撐環上，支撐環將發電機轉子的重量和組合軸承徑向重量輸送至座環上，支撐環、徑向軸承調整環均為分瓣結構組合而成，組合軸承的密封由甩油環、彈性密封油箱組成，部件之間的法向、軸向組合面由橡膠密封條及密封膠組合而成，主軸上的鏡板承擔機組運行和停機時的正反向推力，正推力瓦10塊安裝在推力油槽內，反推力瓦10塊安裝在發電機風洞內支撐環上，正推力瓦采用彈性支撐，反推力瓦采用耐油橡膠墊支撐方式。主軸鏡板密封在組合軸承內，鏡板直徑Φ2 300 mm，正、反推力瓦內徑Φ1 410 mm，外徑Φ2 280 mm，支撐中心Φ1 862 mm，推力軸承采用動壓運行，徑向軸承內徑Φ1 200 mm，長度900 mm，徑向軸承設有高壓頂起裝置，在轉動部分重量(水輪機轉輪、主軸、發電機轉子等)的作用下,導軸承下部的潤滑油將會被擠壓出來,以致在機組啟動瞬間,軸承處于干摩或半干摩擦狀態;而在機組停機時,由于轉速降低,油膜厚度會逐漸減小到最小值,威脅機組的安全運行,若頻繁開、停機,使瓦溫升高,潤滑油黏度下降破壞了油膜厚度,則會發生燒瓦事故。必須設置高壓頂起裝置，在機組啟動與停機時,將高壓油注人導軸承下部預設的油室內,將轉動部分頂起,使軸頸與軸瓦摩擦面間強迫建立起油膜,以降低摩擦系數,改善開、停機潤滑條件。高壓頂起由兩臺高壓齒輪油泵組成，設有減載閥、止回閥、壓力調節裝置、壓力開關、壓力表等安全附件，機組啟動時，啟動1臺高壓頂起油泵，油泵壓力油通過管道將油輸送至徑向軸承底部，頂起主軸0.10～0.20 mm，建立油膜，停機時使用同樣的方式直至機組停機。組合軸承潤滑油系統供油方式為高位油箱供油，高位油箱通過管道將油輸送至水輪機各部軸承，軸承潤滑后將產生熱量的排至回油箱，油箱的油通過油泵通過雙筒過濾器、油冷卻器，將干凈的降溫的油輸送至高位油箱。

2.2 組合軸承漏油原因

組合軸承結構如圖1所示，組合軸承油槽中，徑向瓦與支持環密封是通過Φ16 mm橡膠密封條。此類型機組安裝后先采用臨時調整塊進行軸線調整，軸線調整合格后，根據測量數據對調整環毛坯進行精加工，加工完成后進行安裝，徑向軸承的密封主要由調整環進行固定，調整環為了方便拆卸加工，調整環由6塊組成（圖2），調整環安裝由調整環上24條M24高強螺栓固定在支撐環上。機組運行時徑向軸承會上下浮動，長時間運行，造成密封條老化或固定調整環及徑向軸承的螺栓松動，導致密封效果不良，造成漏油，滲漏出的油從支撐環和徑向軸承外結合處漏出，機組運行時產生振動導致漏油量增大。

圖1 組合軸承結構示意

圖2 調整環

3 組合軸承漏油處理

3.1 拆除相關管路及自動化元件

（1）拆除各排油管和壓力、流量、變送器等元件，并做好記號。管口、孔口用干凈的棉布綁扎封堵牢固。

（2）拆除推力油槽和徑向軸承上的測溫電阻引線并做好記號。

3.2 發電機機艙內做好保護措施

因組合軸承漏油檢修技術改造大多數工作在發電機風洞內進行，使用的各類工器具較多，使用電焊、氣割等工具，必須做好發電機風洞內的防護工作。在工作地點布置一定數量的水基滅火器，清理工作面油污，在交通道和工作部位使用橡膠板、防火石棉布進行鋪設進行防護，因發電機內為有限空間作業，做好施工人員、工器具、備件及施工材料登記，做好有害氣體測量等工作。

3.3 拆除大軸保護罩

水車室內部空間狹小，大軸保護罩必須分開吊出，施工人員才具備作業空間。

3.4 轉動部分重量支撐

拆卸組合軸承調整環，轉動部分水輪機轉輪、主軸、發電機轉子重量要由臨時設置的頂軸千斤頂和定子承擔，必須設置可靠的支撐點。

（1）大軸采用兩臺100 t千斤頂頂起，大軸頂起支架安裝在推力油槽滑軌上，采取的防滑措施是：不管是空氣間隙支撐還是在推力油槽下游側大軸上頂起，設置可靠的支撐，防止在發電機風洞內檢修時機組轉動部分的重量落在組合軸承上，必須保證徑向軸承無徑向受力點，才能保證徑向軸承向上游方向移動時不受影響。

（2）按照施工要求必須頂起轉徑向軸承側主軸0.2 mm，保證調整環不會被徑向軸承壓緊，有間隙后才可拆卸調整環，利用百分表監測頂起數值，達到設定值后在轉子下部空氣間隙內安裝足夠承載重量的楔子板或墊條。

3.5 拆除調整環及部分附件

確認轉動部分的重量，軸由兩處零時支撐點來承載后，掛1 t的葫蘆，分塊拆除調整塊，對拆卸部分作好記號，拆除前徑向軸承供油管及排油管，拆除前密封油箱及甩油環，分別倒運至轉子力筋板空隙處，此時徑向軸承處于不受力狀態，在徑向軸承上游側方向X、Y方向各設置一處吊點，向上游側方向移動，移動距離100 mm處，直至作業人員可以取出徑向軸承與支撐環之間的密封條。

4 組合軸承密封改造實施步驟

（1）經過公司專業人員對漏油原因的分析，結合主機廠家技術人員及檢修單位意見，根據組合軸承結構及運行原理、密封結構形式、軸承潤滑油系統運行方式等方面綜合分析，徑向瓦組合面處尺寸狹小，無法對已安裝且不易拆除的徑向軸承和支撐環進行改造，不利于裝設密封裝置。經研究決定在徑向軸承與支撐環夾角處增加一條密封，所以將原尺寸調整環軸向長度進行車削加工，原調整環厚度為180 mm，車削至厚度為149+0.2+0.1mm。因需預留調整環配車間隙，保證調整環支撐徑向軸承接觸面積不得減少，密封環的最大厚度為31 mm，密封環分兩瓣設置，密封環同調整環螺栓孔分布相同，固定在支撐環上，在密封環內徑下游側方向進行45°倒角，安裝一條Φ12 mm的橡膠密封條，密封環安裝后原調整環的厚度不變，密封環加工圖見圖3所示。

圖3 密封環加工圖

（2）對原有徑向軸承密封條進行拆除，清理徑向軸承密封槽內密封膠，安裝新的密封條。新的密封條安裝前進行檢查，檢查有無龜裂或其他缺陷，檢查完好后在密封槽內進行安裝，將密封條的接頭設置在頂部，確認粘接符合要求，在密封面上均勻涂抹一圈耐油密封膠，密封膠涂抹均勻后在徑向軸承上游側X、Y、-X、-Y方向設置4個相同噸位的5 t螺旋千斤頂，4人同時操作將徑向軸承向下游側移動，直至徑向軸承移動至支撐環組合面位置。在徑向軸承和支撐環夾角處安裝一條Φ12 mm橡膠密封條，新增加的密封條同徑向軸承密封條接頭不能設置在相同位置。

（3）將加工好的密封環分兩瓣安裝在徑向軸承和支撐環處，兩瓣分別放在可組裝位置，對準調整環螺栓安裝孔，組裝后必須可靠的與新安裝的密封條接觸。

（4）將加工后的調整環按照順序編號分別裝入，擰緊調整環固定螺栓。

（5）按照拆卸后的相反順序回裝甩油環、前油箱、自動化元件及相關管路等，增加密封環后的組合軸承見圖4。

圖4 增加密封環后的組合軸承

（6）檢查發電機機組中心線、主軸中心線、水輪機中心線、徑向軸承間隙、發電機空氣間隙，確認各部位間隙是否符合機組安裝說明書及國標的規定。如不符合相關規定，對不合格的部位進行調整檢查，確認無誤后，利用千斤頂起發電機轉子，拆除發電機轉子間隙內的承重墊片，再依次拆除主軸千斤頂及支撐，將發電機組轉子及軸承重量全部由徑向軸承承擔，再次對發電機空氣間隙、徑向軸承間隙進行測量，測量完成后同檢修前的測量數據進行對比，確認是否符合規程規范的要求。

（7）軸承潤滑油系統注油檢查，確認甩油環、前密封油箱、管道、閥門、自動化元件回裝完成后，在潤滑油箱注入合格的潤滑油，啟動潤滑油泵，打開軸承潤滑供油閥進行油系統循環，檢查徑向軸承、支撐環、調整環等各部位間隙滲漏情況。待所有部件安裝恢復后 ,進行軸承系統的油循環檢查試驗，檢查組合軸承的漏油情況。

（8）清理發電機風洞內油污，檢查確認更換密封時拆卸各部位密封情況，確認無滲漏后，拆除臨時布置的接油槽，清理定子通風槽內、轉子、前機架、組合軸承等不易清理部位油污。

5 結論

通過直崗拉卡2號機組組合軸承的檢修，加設密封環增加了1條密封，即使原密封條再次出老化等狀況，新增加的密封條也會起到很好的密封作用而防止組合軸承漏油，有效的解決了組合軸承漏油的問題。2號機組改造前每30 h漏油量高達200 L，現機組運行近半年多，機組停備時對發電機機艙內進行了多次檢查，未發現漏油情況，對組合軸承調整環的改造未對機組運行產生任何影響，說明本次改造取得效果好，為接下來幾臺機組組合軸承漏油處理提供了檢修依據。對于同類型燈泡貫流式水輪發電機組組合軸承，因為機組結構形式不同，多數組合軸承均在漏油現象，為保證發電機風洞內設備安全運行，必須保證發電機環境清潔，燈泡貫流式水輪發電機組組合軸承目前存在的結構形式，都存在不同程度的漏油現象，應根據不同結構形式的組合軸承進一步研究密封形式和密封方法，方法成熟后在機組制造設計階段來避免漏油現象的發生，為機組安全運行提供保障。