莲湖坝水电站水导轴承润滑系统的改造

黄柳军

（南宁市川水发电设备技术有限公司，广西 南宁 530031）

莲湖坝水电站装机3台贯流定浆卧轴轴伸式水轮发电机组，电站最高水头3.7 m，额定水头3.4 m，水轮机机型为GD008-WZ-200，转轮名义直径为2 m，电站于2002年投产发电。

1 存在问题

一直以来，机组未能正常运转，原因如下：

（1）机组安装投入运行之初，电站就进行改制易主，电站在投运初期管理较为混乱，机组未能得到正常的维护与保养，为后期的运行及管理留下了隐患；

（2）水轮机组本身存在着如下问题与结构缺陷：水轮机主轴密封漏水严重；水导轴承油润滑系统存在着设计缺陷：水导轴承右侧冷却润滑用油没有设置有油盆，润滑油直接置于水轮机组内配水环腔内（见图1）。

图1 机组改造前的状态

这样一来，由高速旋转的水轮机主轴与封水箱间隙间渗漏出来的水，直接渗入内配水环油腔内，水导轴承润滑油渗水，而渗有水份的润滑油，在运行过程中容易形成乳化液，加剧油品的劣化，乳化液会使轴承中的油膜遭到破坏，使其摩擦力增大，导致水导瓦温升高。加上由于机组容量较小，没有设置润滑油冷却装置，也导致瓦温升高，机组无法正常运行，电站损失很大。

2 改造方法

水轮机水导轴承，承受着机组的径向荷载，润滑油在轴承间形成油膜，以轴承间油膜的内部摩擦代替轴承的固体干摩擦，从而减轻设备的发热与磨损，使油和轴承的温度不致超过规定值，保证设备的安全经济运行。

而混合有水份的润滑油，在运行过程中容易形成乳化液，使轴承中的油膜遭到破坏，摩擦力增大，导致瓦温升高，影响机组正常运行。

通过对电站进行实地考察，结合机组的结构特点，针对主轴密封漏水引起润滑油渗水及瓦温升高等问题，我们作了如下结构改进，最终解决了漏水问题。

2.1 增设右侧油盆，形成独立油槽

水轮机防止稀油轴承渗水的主轴密封，结构形式多样，有盘根密封、橡胶平板密封、端面密封等。但就目前的技术水平而言，高速旋转的水轮机主轴与密封件，属于间隙配合，有间隙就必然存在着渗漏，要做到滴水不漏，那是不可能的；且随着机组运行时间的推移，主轴与密封材料长期摩擦，必然造成密封副的配合间隙加大，漏水增加。

因此，在结构设计时，把导轴承润滑油直接置于内配水环下腔，而仅仅依靠主轴密封、封水箱的盘根密封与甩水环组合，来完全阻水是不现实的。

为此，我们在内配水环内腔作了如下结构改进：在水导轴承右侧增设一套油盆，同时在内配水环法兰上割开一个直径为Φ 60 mm的通油孔，用于连通左右油槽的油路；另外在油盆右侧主轴上增设一副甩水环（见图2）。

图2 机组改造后的状态

这样，导轴承润滑油全部置于左（原机组设置有）右油盆内，形成一个与内配水环完全隔离的油槽，在配水环下腔左侧增设一条排水管，用于及时排出腔内积水，防止腔内水位过高，水从油盆与主轴间隙渗入油槽内。经过改造后，由封水箱间隙处渗漏出来的水在新甩水环的作用下，通过离心力甩向配水环空腔内，最后在重力作用下落下，通过新设的排水管排到集水井。

2.2 增设油箱及油冷却系统，有效降低轴瓦温升

水导轴承油槽经过以上的结构改进后，导瓦润滑油全部置于左右两个油盆内，由于受机组空间布置的限制，新设的右油盆的容量有限。这样，与改造前润滑油直接置于配水环内腔相比，油槽容积大为减少，加上原机组没设置有油循环冷却系统，这样改造后，虽然润滑油系统渗水的问题解决了，但却又出现了由于油槽容积受限，润滑油油量不足导致轴承温度升高的问题，也还会影响机组的正常运行。

为此，经计算按3台机组同时工作时的用油量，我们增设了一套外置油箱及一套油循环冷却系统（见图2），油冷却器直接安装在油箱内，冷却器进出水边都设有闸阀，以便检修时使用，油箱的润滑油由1台齿轮泵供油，经过液压操作阀分别经流量调节器后向3台水轮机导瓦供油，轴承实际供油通过流量调节器调整。

整套外置油箱装置放置于水轮机主轴中心-2.4 m的机坑地面，由输油管沿着密封漏水排出的线路反向引至水轮机导轴承油槽内，而热油则以自流的形式，由回油输油管送回外置油箱。

这种做法的特点是：

（1）外置增设一台油箱，解决了由于改设右侧油盆导致润滑油油量不足的问题；

（2）把油箱置于水轮机主轴中心-2.4 m的机坑地面，一方面可以尽量避免改动配水环内的其他零部件，减小改造难度及改造费用，实施起来简单易行。

更重要的是，方便了机组日常检修及维护，这是这个改进设计最显著的特点，对于资金不是很充裕的电站来说，具有一定的参考及实用价值。

2.3 改造工艺

按照上述思路，我们对莲湖坝的3台水轮机导轴承润滑系统进行了改造。根据电站实地测量的数据，设计出增设的零部件的图纸，首先在生产厂家制作加工了油盆、甩水环、油箱及油冷却器、油水管路及附件，配备齿轮泵。冷却器在厂家进行水压试验合格。然后在电站安装：用手提砂轮机现场修整配水环法兰面光洁平整，配钻，安装右油盆，油盆法兰面用橡胶平板、密封胶水与配水环法兰面紧密贴合，螺栓把紧。同时现场制作配水环排水管道。最后安装油箱及油冷却器，连接输油、水管路，水压试验无渗漏后即可试运行。

3 结束语

按上面的思路与方法，机组改造后运行良好，水导轴承润滑油系统渗水现象得到彻底解决，轴承温升正常，电站对改造效果满意。

这个处理方案的特点，是针对贯流轴伸式机组结构复杂，机组拆装费时、费力、检修困难等状况，在方案设计上，着重考虑采用结构简单，无须改动水轮机的关键零部件，直接在工地配装的简单易行的改造方案，避免了把原有的零部件拉回厂家配套改造，节省了改造成本和时间。再者，采用外设的油冷却循环系统，极大地方便了机组的日常维护、检修，对小水电站来说是一种比较简单易行而又行之有效的处理方法。

[1]全玲琴.水轮机及其辅助设备[M].北京：中国水利水电出版社，1999.

[2]哈尔滨大电机研究所.大电机·水轮机标准汇编[M].北京：中国标准出版社，1996.