浅析吸排油雾装置在水电站的应用

2020-06-17邓尧曦叶玉麟

水电与新能源 2020年5期

邓尧曦，叶玉麟

(1.国家能源集团国电大渡河检修安装有限公司，四川乐山 614900；2. 中国水电基础局有限公司，天津 301700)

目前，国内外的水轮发电机组的导轴承和推力轴承多采用油槽冷却方式，轴承油槽因结构设计形式、制造安装质量以及运行工况等因素的影响，运行中存在甩油及油雾溢出现象。无论是早期机组还是近期机组、国内机组或者国外的机组，立式或卧式机组均会出现油雾泄漏问题，油雾的形成不仅影响水电站清洁卫生，严重时导致轴承油槽内油位下降，降低冷却效果，从而影响机组的安全运行。

1 油雾形成的原因

水轮发电机组在运行过程中，油槽中的润滑油会被高速运转的部件甩出，使油飞溅和雾化，当油雾聚集到一定程度，油槽内空气压力升高，油雾就会从密封部件与转动部件结合的薄弱处溢出，包括轴承油槽盖与大轴间缝隙、呼吸孔、油槽盖板接缝处、内挡油筒等，导致大量油雾在发电机内部弥漫，在定子、转子绝缘层上形成油雾附着层造成腐蚀，使其绝缘性能下降，极易造成发电机定子转子线圈短路或击穿，威胁发电机的运行安全。油雾附着灰尘在定子铁芯通风沟和转子磁极通风沟处堆积，造成发电机通风散热变差，严重影响发电机散热效果。另外也会与碳刷粉末在滑环室结合形成油污，附着在刷架和集电环支架上，致使接地短路，严重影响机组的安全和运行。历年来各电厂及主机厂技术人员针对清除油雾问题采取多种措施。有些措施短期能取得一些效果，运行一段时间则无法有效解决此问题。

2 油雾的泄漏处理措施

轴承油槽油雾过重是各个水电站普遍存在的问题，各电站采用多种手段对油雾进行处理，主要有以下几点。

2.1 设置呼吸器

在水轮发电机冷却油槽盖外壁上安装呼吸器，呼吸器内部有互相交错的挡板，油槽内溢出的油雾沿着挡板排出，其工作原理是延长油雾的溢出路线，使部分油雾凝集在呼吸器挡板壁上，对减少油雾溢出会产生一定的效果。

几乎所有的水轮发电机轴承设计时均设有呼吸器，以释放油槽内部压力。但因为发电机内部结构空间小、油槽内油位较高，油槽内油位上部空间无法加大到理想程度，造成油雾容积空间不足，油槽内油雾压力高于外部压力，呼吸器无法全部聚结通过的油雾，从而形成了油雾外泄的直接通道。某些电厂在机组运行过程中就明显的观测到油雾从呼吸器外泄。

2.2 改善油槽内部结构

优化油槽内部结构有助于减小油面波动，防止油雾溢出。通过增加挡油管的刚度、圆度，防止运行时与转动部件产生泵效应；另一方面是增加稳油板或稳油密封盖，尽量减小油面波动；再有就是设置吸油雾装置及补气管路，及时将机组运行时产生的油雾排出，防止油雾聚积、溢出污染定转子。

从改善油槽内部结构以减小油面波动，防止油雾溢出方面着手，在已投运的机组中改造难度巨大，很难实现。在新项目设计中由于油槽内部轴承结构复杂，不确定性过多，加之安装调试差异，导致常出现同一结构在不同电站或同一电站不同机组中差异很大，无规律可循，也由于水轮发电机设计生产单位因设计周期短，油雾问题一般不在机组性能指标考核范围内，重视度不足，在国外也无成熟技术方案，所以一直没有从根本上解决油雾问题。

2.3 改善密封

近10多年来行业内的专家、技术人员都从改善轴承油槽密封方面进行了大量的探讨和实践，取得了一些成果。很多方法都试图解决轴承油槽转动部件与固定部件接触面的密封问题。希望通过这一问题的解决可有效地解决轴承甩油和大轴的爬油外溢问题，使机组内部的油污污染得以根本解决。但是这只是“堵”的方法，密封严密了，油槽内部的油雾并不会减少，并且因为油槽在结构上并不是一个完全密闭的承压空间，这就造成了油雾会寻找出路，释放压力。从而加大了呼吸器、内挡油桶、油槽盖板间隙等处的油雾外泄量。经常出现对油槽盖板密封结构加强了以后，油雾大量从油槽内挡油桶溢出，水车室油雾明显增加的现象。油雾外溢的问题并没有彻底解决。

2.4 加装油雾吸收装置

此类油雾收集装置的统一特点是通过风机产生压力将油槽内的油雾吸出，再通过各种方式将油雾分离(有离心式、静电式、过滤式等)，通过在油槽上开有孔洞或者通过管路把油雾吸入油槽内部。

吸油雾装置是新建电站常用设备，提升了以往通过改变结构或者密封减少轴承油槽油雾的方法，从而使油槽油雾大大减少，图1是某电站的导轴承油槽吸油雾装置布置。

3 吸油雾装置的分类

3.1 平压式和负压式吸油雾装置

图1 某电站导轴承吸油雾装置布置图

平压式吸油雾装置采用小风量大风压风机，腔体与呼吸孔之间无任何阻隔，腔体外壳进气阻力小于孔内油雾吸出的阻力，只需要对溢出油雾抽取，这样就不会对油槽内部形成负压，抽取油槽内的油雾，将溢出到吸油软管中的油雾通过多层过滤将油滴凝结在过滤介质中，排出洁净空气，可保持油槽内外空气压力的平衡，不会在油槽内形成负压，无油品损失，并可通过轴承油雾吸收装置中的排油孔将收集的油品直接排入油槽(见图2)。

图2 平压式吸油雾装置图

负压式吸油雾装置的统一特点是通过风机产生负压将油槽内的油雾吸出，再通过各种方式将油雾分离(有离心式、静电式、过滤式等)，由于油槽内的油雾是持续产生的，而且油面上的空气都是油气混合体，在被抽出的一瞬间，新的油雾立刻产生，故对油雾收集装置的油雾处理能力要求很高，现各电站多采用负压式吸油雾装置。

3.2 壁挂式和直排式吸油雾装置

直排式吸油雾装置通过法兰盘安装在发电设备油槽开口上，如图3所示，包括底端带有开口的连接法兰盘，在连接法兰盘上面设有风机壳体，风机壳体的空腔内设置有风机，风机上有风机上面设置有滤油网，滤油网从上面封闭风机壳体的空腔；在风机壳体上端，设置有若干个出风口，滤油网、风机壳体的空腔、法兰盘的开口相连通，形成气体流动通道。由于直排式风机有封闭油槽开口，使从油槽开口飘散出来的油雾能全部吸入装置内进行分离处理，所以油雾在装置内被离心分离处理，它有几大优点：①上端经滤油网二次分离，分离效果较好；②具有较强的环保作用，能保护发电设备周围的环境；③安装方便，不需要进出管路连接，可在较小空间内安装，非常适合安装空间受限的发电的需要。

壁挂式吸油雾装置不在油槽盖板上开孔，而是通过管路回收油雾，功率往往较大，将其挂在机架，它的主要特点是风机功率大，风压大、风量高，适合安装在基坑外，通过较长的吸风管路收集油雾，如图4、图5，不同的型号各项参数也不一样，如表1。

4 某电站吸油雾装置改造

某电站接触式密封处油雾长期存在泄漏问题，影响了机组正常运行，为解决此泄漏问题，拟从双层密封中间对称位置各开1(φ65～φ100根据油槽盖尺寸确定)圆孔，并接1根不锈钢引流管与之相连，并布置油槽外侧的主管连接。主管下部装有密闭式回油桶，主管上部安装具有呼吸器功能的吸油雾装置。

图4 壁挂式吸油雾装置结构图

图5 壁挂式吸油雾装置图

表1 不同型号吸油雾装置参数表

通过此结构布置可以将密封夹层内的油雾引流至引流管同时自然降温使大部分油雾形成冷凝，并流至回油桶。未凝结油雾通过平压式油雾吸收装置，进行收集，并可将分离出的油回流至回油桶，如图6所示。

图6 某电站吸油雾装置改造图

此结构通过对称布置的两套集油/分离装置，大大的增加了双层密封的夹层空间，弥补了双层密封的缺陷。

现采用的双层式接触密封与单层密封在本质上并无区别，只是简单的增加了一道密封，因两道密封之间距离及空间较小，下密封如泄漏，泄漏的油、油雾、压力会很快充满密封夹层，当夹层内压力与油槽内压力平衡时，上密封的工况就与下密封工况完全相同，只是泄漏时间有所滞后而已。但是增加了平压式的油雾回收装置后，上层密封的工况环境发生了极大的改变，原来是在有压的状态下进行工作，现在改变为在无压的状态下进行简单的阻挡。只要接触式密封能起到基本的密封作用，经过改造后的结构可解决油槽盖接触式密封的油雾外溢问题。

采用绝对湿度测量法对机组内空气中含水(油)量g/m3进行绝对值测量，通过对吸油雾装置改造前、后效果对比，发现改造后的油雾量大大减少，此次改造卓有成效。