水轮发电机轴承油雾的产生及防油雾技术

郭臻臣

摘要：通过介绍水轮发电机结构，分析油雾产生的原因，对机组结构进行设计优化，对不同部件采取不同的措施，通过多重措施的组合，可以有效降低机组运行中的油雾问题。油雾问题的解决，对于机组运行、维护有很好的借鉴意义，有利于机组运行出现问题时，快速采取措施降低机组油雾，迅速恢复生产，有利于水电站长期稳定运行，持续创造经济与社会效益。

关键词：水轮发电机；组合轴承；油雾问题

中图分类号：TM312 文献标识码：A 文章编号：2095—6487（2018）02—0089—02

0引言

水轮发电机组合轴承结构是水轮发电机机组的常用结构。油循环方式分为外加泵与自泵循环形式。在水轮发电机组运行中，由于水轮发电机组合轴承结构的复杂性，压力差的存在以及压力差的变化，经常会发生油雾扩散及漏油问题。

1水轮发电机组合轴承的结构

水轮发电机推力轴承与下导轴承在一个油槽内时称为组合轴承。组合轴承的油循环冷却方式为外循环，可以采用两种不同的结构：一种为外加泵外循环，使用外部油泵产生循环的动力；另一种采用自身泵产生循环的动力。采用外加泵方案时的组合轴承结构见图1；采用自身泵方案时的组合轴承结构见图2。

水轮发电机组合轴承的结构，位于推力头外圈、转子支架下方，下机架上方所围成的区域内。

外加泵方案油槽内部有冷油环管、推力瓦和导瓦供油管，推力瓦供油管伸到瓦间，由于循环系统有外加泵，压力较大。自身泵方案油槽内部有冷油环管和供油管，供油管伸到瓦间入口，相比外加泵方案系统压力较小。油槽内部还有集油槽及热油出油管。

外加泵方案外部设有油泵、油冷却器、管路及附件等，自身泵方案外部仅设有油冷却器、管路及附件等，管路也较简单。

2水轮发电机轴承的油雾的危害

（1）水轮发电机运行在机坑密闭的环境内，轴承油雾产生后，会在机坑密闭的环境内无法散发到机坑外，在密闭的系统内进行通风循环会粘附在机组部件上，形成油滴。例如可以润滑机组制动环，导致机组刹车制动时间延长。

（2）水轮发电机运行在机坑密闭的环境内，轴承油雾产生后会粘附在机组部件上，形成油滴。在绕组上产生油滴，当机坑内有火花产生时，会有引燃机组，产生爆炸的严重事故，影响电气绝缘。

（3）当油雾在机组部件表面粘附时，会形成油滴及油膜，结构表面很滑，影响工作人员的运行、维护工作，影响安全。

3水轮发电机轴承油压的产生

3.1自身泵循环压力

影响的参数是流体的密度与镜板的内外径旋转速度：镜板泵产生的总压力为△p。油冷却器及管路有压力损耗，考虑一定的安全系数后，可以增大压力损耗ΔP_ring；节流元件设计为能将压力调整减少（ΔP₀-ΔP_ring）。

3.2外加泵循环压力

外加泵循环压力是外加泵提供的，压力的大小为工作压力加上整个循环系统的总损耗。油泵提供的压力要经过油泵、滤油器和冷却器进入轴承内部结构，在这些路径上，要克服所有的压力损耗，最终提供给轴承冷却油需要的工作压力。

4水轮发电机减少轴承油雾的措施

4.1轴承油槽油雾的循环与防油雾

发电机结构部件在设计时，设计成可以阻止润滑油沿着推力头、镜板内壁或上、下导滑转子内壁爬升的结构，阻断油雾的爬升。推力头外圈密封设计允许空气进入油槽。油雾产生时，油槽底部的密封空气，以及来自于通气孔由旋转产生的气流将把油雾限制在油槽上部的腔室内，然后由油雾吸收装置将油雾吸出。

电站中常见的防止油气溢出的轴承密封方式，一般采用带有压力的空气密封，推力轴承油槽防油雾逸出措施可以见原理图3。

推力轴承油槽上部有油槽盖，与推力头外圆柱面配合，有很小间隙；两层密封内部构成一空腔，该空腔通入压力空气，压力空气从发电机循环冷却空气回路的高压处取得；通入的空气从油槽盖上部密封间隙处逸出到外部，汇入循环冷却空气，由于是洁净空气，所以不會污染发电机；同时一部分空气从油槽盖下部密封间隙处进入油槽，阻止了油槽内的油雾从油槽盖间隙向外逸出。在油槽盖上安装有油雾吸收装置，具有适当的负压，将油槽内油雾吸出、过滤后，凝结的油回流到油槽，洁净的空气回到大气中。密封空气的进气量大小，可以通过阀门来调节。油雾吸收口分布，沿着圆周方向布置数个。在推力头上，有加工的通气孔，在旋转时具有一定的离心作用，再加上油雾吸收装置的负压作用，空气从挡油管内侧间隙进入挡油管与推力头之间的间隙，通过推力头上通气孔进入油槽，从而防止了油雾从挡油管处向外逸出。上述措施可有效防止推力轴承油槽的油雾逸出，是常规机组油雾循环路径。在电站设计中，会根据电站的结构与客户的要求，进行优化与改进，更好的减少油雾。

4.2结构优化措施及改进措施

（1）为防止油雾的产生和甩油，在设计时，在油槽内要选择合理的挡油管高度。在油槽油位以下，将转动部件上增加稳油板，目的是防止润滑油在机组运行时的波动，减少油雾的产生和降低甩油现象，将搅动产生的损耗和甩油的可能性控制在一个很低的水平。

（2）在发电机的转动部分和静止部分之间，油槽都进行了较好地密封，以防止油或油气进入发电机或空气循环冷却系统。在静止部分设置密封，例如，在轴承油槽把合面上，设置密封；在轴向上，所有在油面以下、用螺栓把合的结合面均采用0型密封圈密封；在圆周方向上，分瓣法兰面均采用密封胶来密封；自动化元件的引线电缆出口均高于油面，以防止油通过线缆渗出油槽，并且在出口的孔洞上，也将采用填充材料密封；管路与油槽的连接法兰采用O型密封圈密封。

（3）在自身泵系统的参数选取上，减小回路压力损耗，减少了镜板泵的工作压力，以减少泄露流量，减少油槽内油的搅动，减少油雾的产生。

（4）油槽上部密封盖采用接触式密封结构，防止油雾从该处泄露。

（5）导瓦上部的推力头外圆设有环形凹槽，目的是阻止从该处挡油板间隙向上窜出的油，防止其沿推力头表面向上爬升，导瓦上部的上部盖板、上增设环形挡板、与推力头外圆上环形凹槽配合，进一步阻挡上升的油流，见图4。

备注：1.上密封腔；2.空气进入上密封腔；3.在负压作用下，空气从挡油管处进入；4.油槽盖上部间隙，排出密封空气；5.密封空气，由油槽盖下部间隙进入油槽；6.空气经过通气孔；7.空气/油雾被吸收；8.油雾吸收装置-吸气泵；9.油雾吸收装置，油过滤器；10.洁净空气排出；11.油回收

（6）在油槽上部设有油雾吸收装置接口，连接管路到机坑外的油雾吸收装置，油槽上部的接口数量为6～8个，以使油雾的吸收更加均匀。该接口内部设有多层挡板，可以使得部分油雾液化回流，同时防止油滴直接被抽出。油雾吸收装置靠近油雾产生的源头区域，有利于提高吸油雾的效果。

（7）油槽内的冷油环管位于油面高度，能阻止油面的过大波动及搅动，稳定油面，减少油雾的产生。

（8）改进了集油槽的结构，增加一层密封环，使镜板泵打出的压力油封闭在镜板外围的区域内，使得导轴承处压力减少，有效减少油雾的逸出。

5水轮发电机轴承系统设计优化建议

水轮发电机的组合轴承结构是一个受油的温度变化、结构强度影响的复杂系统。机组设计中应兼顾考虑在冷油、热油温度变化的温度场分布，又要考虑结构的可靠性问题，同时要考虑机组的油雾扩散及结构漏油问题。采取适当措施，从源头上降低油雾产生的油量，从结构上采取合理的密封方式，从结构上增强结构强度，才可以保证系统安全可靠。

6结论

水轮发电机的组合軸承内部结构复杂，很难通过计算机模拟的方式模拟油雾的真实状态，但是通过长期项目经验的积累，通过以上采取的措施，可以有效降低油雾量。对水轮发电机的组合轴承内部结构增加0型密封圈，以及提供足够容量的油雾吸收装置，并对结构进行优化设计，可以有效降低油雾量。

文章对水轮发电机的组合轴承内结构进行了学习，了解到水轮发电机轴承系统压力的产生，分析了油雾产生的原因，并根据机组不同结构，采取不同的设计方案，采取不同的措施，减少油雾的产生。根据对具体项目的分析，学习了解到了不同的防油雾措施，在现实安装、维护、运行过程中，有很好的指导借鉴意义，有利于机组的安全、稳定长期运行。当机组出现类似问题，可以迅速采取措施，恢复生产，继续发挥很好的经济与社会效益。