抽水蓄能机组导轴承油雾治理实践

王 琪，陈晶晶，蒋 璆，刘少伟，杨季松

(1.南方电网调峰调频发电有限公司检修试验分公司，广州 511400；2.惠州经济职业技术学院，广东 惠州 516057；3.惠州蓄能水电厂，广东 惠州 516100)

0 引 言

惠州蓄能水电厂(以下简称惠蓄)位于广东省博罗县罗阳镇，距深圳市77 km，距广州市112 km，共安装8台可逆式水泵水轮发电机组，单机容量300 MW，额定转速500 r/min，为高水头大容量纯抽水蓄能电站[1]，是中国南方电网公司成立后兴建的第一个特大型水电工程项目。惠蓄作为电网中重要的调峰调频及事故备用电源，机组可靠运行为电网的安全稳定提供了保证。

自电站投入运行以来，8台机组导轴承均存在严重的油雾问题，在机组运行期间油雾随着机组的旋转造成上导油盆、发电机定子线棒、下导油盆、水导油盆等诸多设备和生产区域存在油滴、油污积聚的现象，导轴承油雾不仅要消耗大量的润滑油，而且还严重影响环境，降低传感器等自动化设备的使用寿命，严重危及机组的安全可靠运行[2]。

1 导轴承抽油雾装置组成及作用

惠蓄机组抽油雾系统由抽油雾装置(包括电机、叶轮、滤芯、油雾收集装置等)、抽油雾管路、阀门、气密封腔和气密封块等组成。抽油雾装置是在轴承盖上部和内档油圈下部安装的双槽形圆环，每个双槽形圆环包含两个环状密封腔，即内外两腔，外腔接转子挡风板，与转子内部接通，内腔与油盆内部相通(其中油盆下部气密封腔在内油盆和轴领之后)，且内腔接管路至抽油雾装置。机组运行过程中，气密封腔外腔进转子循环风，内腔则充满从油盆溢出的油雾，利用转子循环风气压大于所产生的油雾气压的特点，达到密封的目的。抽油雾装置电机启动，将内腔的油雾沿管路抽至滤芯进行收集。如图1所示。

图1 导轴承油雾装置原理图Fig.1 Principle diagram of oil mist pumping device for guide bearing

2 运行中的问题

惠蓄电厂自2011年8月机组全面投产以来，设备运行基本稳定，各运行参数指标良好。但在机组年度检修期间，检查均能发现上导油盆盖、上导油盆底、发电机定子线棒、下导油盆盖、水导油盆盖等诸多设备和生产区域存在油滴、油污积聚的现象，如图2所示。油雾对机组尤其是发电机的安全运行带来了较大的安全隐患。油雾与碳粉混合在一起，污染集电环和碳刷，也会造成转子、定子绝缘性能下降，同时油雾与灰尘在定子铁芯及磁极通风槽内堆积，造成发电机内部通风循环受阻，影响发电机散热效果，多重因素的作用造成发电机整体性能下降，降低发电机运行寿命。部分发电厂由于油雾污染严重，造成转子绝缘下降、回路接地故障，被迫停机处理，为此带来的经济损失和电网影响巨大。频繁的渗漏也使检修工作任务加重，积聚后造成地面湿滑，威胁运维人员行走时的安全。同时油雾弥漫在空气中，给厂房环境带来一定的影响，如果被人体较长时间吸入，还会影响身体健康。

图2 水导油盆盖及顶盖上油污Fig.2 Oil contamination on oil basin cover and top cover of hydraulic bearing

3 原因分析[3-10]

根据导轴承的结构特点，机组运行过程中甩油一般分为两种情况。一是透平油从机组大轴轴领内侧的内油盆溢出，这种甩油称之为内甩油。另一种情况是透平油通过大轴与油盆盖之间的间隙或油盆盖板密封甩向油盆外部，称为外甩油。

轴承内甩油一般原因为机组运行时，内油盆形成局部负压，使油吸入或内油盆由于制造、安装原因产生不同程度的偏心，形成油泵效应，造成透平油上溢。而对于惠蓄，由于平压孔和密封挡圈的合理设计，基本不存在导轴承油盆内甩油现象。

轴承外甩油的主要原因是由于主轴轴领的高速旋转，造成轴承油槽内油面波动加剧，从而产生许多油泡。当这些油泡破裂时，也会形成很多油雾。另外，随着轴承温度的升高，使油槽内的油和空气体积逐渐膨胀，从而产生一个内压，在内压的作用下，油槽内的油雾随气体从轴承盖板缝隙处溢出，导致水导油盆盖上有细小的油滴。

3.1 水导油盆盖与大轴非接触式密封甩油

惠蓄水导轴承油盆盖与大轴间迷宫式非接触密封，密封装配在油盆上，与大轴的设计间隙为0.685 mm。该处密封表现不尽人意，所有机组均不同程度的发生油雾从该间隙处甩出，油雾长时间积聚成油滴在水导油盆盖等区域，污染水导油盆及顶盖，导致水导轴承油盆存在外甩油现象。

3.2 上下导轴承非接触式密封油雾逸出

惠蓄上下导轴承油盆气密封块与大轴的设计间隙为0.5 mm，部分气密封块间隙明显大于设计间隙；同时部分位置气密封块圆弧度不好，即若按照设计间隙安装，不能保证所有间隙都能达到0.50 mm，个别区域存在间隙明显超标。检修时检查了气密封块与轴的间隙，发现油雾甩出与气密封块接触状况、气密封块与轴之间的间隙有一定的因果关系。导致上下导轴承油盆存在外甩油现象。

4 改造方案[11-17]

原抽油雾系统在实际运用中存在以下几个问题：①气密封块难以与大轴保持相同弧度，两者之间间隙不均匀且易发生变化。气密封块与大轴为非接触式密封，难以避免油雾的溢出；②转子循环风从管路接缝和气密封块间隙发生泄漏，造成压力不足，密封效果不佳。针对发电机导轴承与水轮机导轴承进行了相应的改造。

4.1 上下导轴承接触式密封改造

对发电机上下导轴承，在原有气密封装置基础上进行改良，采用接触式密封刷与原气密封装置相结合的方式解决油雾溢出问题。在上、下导轴承气密封装置上增加接触式密封，防止油雾从气密封装置再次溢出，最终改造方案如图3所示。

图3 上下导轴承接触式密封及刷座示意图(单位：mm)Fig.3 Drawing of contact seal and brush base for upper and lower guide bearings

综上所述，发电机上、下导轴承抽油雾装置改造原则为：

(1)保留原气密封装置的作用，最大程度地提高设备利用率；密封刷支座简便且实用，零部件数量少、重量轻，便于安装。

(2)增加的接触式密封刷选用尼龙作为接触式密封材料，其特点是：①径向力小，对轴无损伤；②安装维护简单，便于更换；③密封材料无腐蚀性，对人体接触无较大风险；④密封刷具有柔顺、耐磨等优良性能；

4.2 水导轴承防油雾腔及接触式密封改造

对水轮机导轴承，采用防油雾罩与接触式密封刷相结合的方式解决油雾溢出问题。在水导油盆盖上增加防油雾腔，通过螺栓连接固定在水导油盆盖内圆上，防油雾腔顶部与大轴相结合的部位采用接触式密封，防止油雾再次溢出。防油雾腔用于收集从水导轴承油盆盖与大轴间迷宫式非接触密封溢出的油雾，待油雾冷却集聚成油滴后在重力的作用下从非接触式密封处流回水导油盆，避免油的浪费。

水导接触式密封设计原则与发电机导轴承相同。

防油雾腔的按如下原则设计：①内环方向与水轮机轴有足够空间，同时校核各机组水导轴承摆度传感器支架高度，确保与刷座罩子合理搭配；②水导油盆密封腔重量不能影响油盆盖架的稳定。水导防油雾腔最终改造终结构如图4所示。

图4 水导油盆盖接触式密封及刷座示意图Fig.4 Drawing of contact seal and brush seat for oil pot cover of hydraulic bearing注：1-罩子；2-刷座，固定密封刷，承载径向力；3-密封刷垫；4-密封板；5-压板。

5 实施效果

改造完成后，惠蓄机组上导油盆盖、上导油盆底、发电机定子线棒、下导油盆盖、水导油盆盖油污明显减少，机组运行过程中风洞内及水车室油雾浓度明显降低，机组设备整体运行环境得到较大改善，一定程度上提高了机组运行的可靠性。同时，导轴承甩油现象的解决使透平油消耗量有所降低，检修维护工作量减少，提高了自动化元器件的使用寿命。

6 结 语

针对惠蓄上下导抽油雾装置效果差、水导轴承油盆多点渗漏及水车室内油污现象严重的问题，通过对导轴承甩油的理论研究和各导轴承设计特点的实际分析，多项改造措施并举，有效地解决了导轴承甩油和抽油雾装置效率低等问题。消除了机组运行的重大安全隐患，保证了电站安全稳定运行，为抽水蓄能机组导轴承油雾治理提供了一定的借鉴和参考。