沙湾水电站轴承密封盖优化改造

胡小刚（中广核亚王木里县沙湾电力有限责任公司，四川 木里 615000）

沙湾水电站轴承密封盖优化改造

胡小刚
（中广核亚王木里县沙湾电力有限责任公司，四川 木里 615000）

摘要：水轮发电机由于间隙密封原因产生的油雾及甩油现象，对机组有危害性，通过对甩油及油雾产生原因的分析，选用无间隙密封装置。经实践运行证明，密封效果良好，值得推广。

关键词：水轮发电机；油雾；无间隙密封

0　前言

沙湾水电站位于四川省凉山彝族自治州木里县境内，是木里河干流（上通坝～阿布地）水电规划“一库六级”的第三级电站。工程开发任务为发电，兼顾下游生态环境用水，电站采用低闸引水式开发，具有日调节性能，装机容量280MW，多年平均发电量12.511亿kW·h，于2012年10月20日前建成供四川省电网。

沙湾电站水轮发电机为HLA351-LJ-305立式混流式水轮机，与SF70-18/5500悬式水轮发电机直联，其主要参数：

额定水头：220m额定转速：333.3r/min

额定容量：80MVA额定功率：70MW

额定电压：10500V额定电流：4399A

飞逸转速：558r/min机组安装高程：2309m

整个水电站由成都勘测设计研究院设计，四川二滩国际有限责任公司监理，东方电气集团东风电机有限公司制造安装的水轮发电机组。四台机组轴承的密封方式均为间隙密封，设计单边间隙为1.5～2mm，由于间隙较大，四台机组轴承密封处均出现了不同程度的甩油及油雾外溢现象，运行一段时间检查发现发电机定子、上机架、下机架盖板、风洞混凝土地面、水车室盖板、顶盖及机坑里衬上有许多油迹，造成转子一点接地和严重的油污染，给机组的运行、维护造成了严重的安全隐患。对此，沙湾水电站机械专业技术人员及时提出了相应解决方案，首先对1号机组轴承密封盖进行了技术改造，收到了较好的效果，然后对2号、3号、4号机组轴承密封盖也给予实施改造。

1　改造前水轮发电机组各部轴承的特点

（1）上导轴承、下导轴承均采用内部油冷却器自循环分块瓦结构。其中上导10块乌金瓦，下导12块乌金瓦，均采用支柱螺丝偏心支撑方式，轴承体为铸钢，是承受径向动荷的主要零件，轴承密封盖材料为铸铁。

（2）发电机推力轴承推力负荷为4000kN，推力轴承采用双层瓦加托盘的刚性支撑方式，推力轴承共设有8块瓦，瓦面材料采用弹性金属塑料瓦。轴承采用内循环冷却方式，在油槽内部设有高效油冷却器，推力轴承设于发电机上机架上面的油槽内。推力轴承密封盖材料为铸铁。

（3）水导轴承为稀油润滑抛物面外循环筒式轴承，轴瓦用法兰固定在轴承座上，内嵌巴氏合金瓦，并加工成抛物线曲面。油的循环为自循环形式，无需泵和外部油箱，当转动油盆随主轴转动时，油盆内的毕托管把油吸入并通过外置冷却器导向上油箱，油从上油箱经轴承体流入转动油盆轴承。冷却器位于机坑内。轴承体为铸钢，是承受径向动荷的主要零件，轴承密封盖材料为铸铁。

（4）各轴承密封盖均为圆锥式结构，合缝面用橡皮垫密封，其中推力与上导为6瓣结构，下导为4瓣结构，水导为2瓣结构。通过连接螺栓将密封盖固定在轴承座（密封支持座）上，密封盖与旋转轴的设计单边间隙为1.5～2.0mm，此外，在密封盖上段靠近轴领部位设有羊毛毡，以避免轴承盖碰伤轴领工作面。

2　对水轮发电机组密封改造的必要性分析

四台机组自投运以来，油槽轴承油位注油正常，推力油面以镜板和推力头把合面处为准，上导油槽、下导油槽以瓦抗重螺栓中心线处为准，水导正常油位为260mm。现把油槽运行一段时间后轴承密封盖甩油及外溢产生不良情况介绍如下：

（1）滑环室的上下碳刷架、发电机大轴引出线及绝缘支撑件表面附着油泥，导致绝缘下降出现转子一点接地。

（2）机组上导、下导、推力油槽甩油以及油雾外溢造成发电机转子磁极、磁轭以及定子线棒的污染，油雾与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，严重影响发电机的散热效果。油雾和灰尘长期吸附在绝缘层上，对发电机线棒等绝缘造成腐蚀，使其绝缘性能下降，降低线棒的绝缘强度及使用寿命，极易造成发电机线圈短路或击穿，给机组安全稳定运行带来潜在的危害，威胁发电机的安全运行。

（3）长期的油槽甩油及油雾外溢，运行人员必须密切关注油槽的油位变化，油位下降至最低油位时应立即及时向油槽内加油，这样就造成了透平油的浪费，增加机组的运行成本和维护工作量。同时，对环境和设备卫生的打扫也增加了维护人员工作量和大量清洁材料消耗。

（4）发电机风洞内地面和水车室地面的积油，容易导致运行和维护人员在日常设备巡回和缺陷处理中滑倒，存在人身伤害安全隐患。

（5）由于我公司机组为高水头悬式机组，机组及厂房振动较大，轴承密封盖在运行一段时间后与转轴之间的间隙变为不均匀，造成轴承密封盖局部偏磨，甚至发生塑性变形，油槽内油容易从变形处溢出，不仅增加了漏油量，而且羊毛毡被磨损后掉入油槽内，使透平油受到污染，影响轴承的润滑冷却效果。

种种现象表明，轴承内油雾扩散对机组设备的损害程度是不可低估的，所以我们不能把轴承密封盖间隙加大甩油问题视为小事，必须结合实际情况，采取有利措施解决密封盖间隙加大而产生的油雾泄漏问题。

3　原来机组油槽甩油及油雾外溢原因分析

（1）原来的油槽密封盖为铸铁材质，材质较重（见图1），由于运输和安装等各方面原因，极易造成盖板存在变形的问题，油槽盖底座与油槽轴承座“O”型密封，因为油槽盖板存在变形现象，造成部分螺栓无法正常安装和紧固，致使油槽盖板与油槽底座间密封有渗油现象，机组运行后大量透平油将从油槽盖密封结合面甩出。

（2）油槽盖分瓣结合面密封设计为橡胶平板密封，因此在油槽盖板安装时部分螺栓无法正常安装和紧固，造成油槽盖分瓣结合面密封有渗油现象，机组运行后大量润滑油将从密封结合面甩出。

图1原油槽密封盖板

（3）油槽盖与轴领间隙处油雾外溢

油槽密封盖板与机组大轴在运行中处于一种相对高速旋转的运动关系，因此就要求它们之间应该有足够的间隙，以防止二者发生摩擦造成设备的损坏。改造前的油槽密封盖板与轴领之间的设计间隙是1.5～2.0mm，间隙设置三处梳齿迷宫环，间隙密封材料为5mm羊毛毡条，密封压在油槽盖顶部间隙表面。此间隙密封设计形式，当羊毛毡条磨损或吸油后，机组运行中油槽密封盖板处的迷宫环密封起到的密封作用就相对较差，机组运行时会产生离心力，油面会因离心力的作用向外壁涌高，容易让油雾从密封盖与轴领之间的缝隙甩出；同时，随着轴承温度的升高，油槽内油和空气体积膨胀而产生内压，使转动油盆内的油雾随气体从间隙之间的缝隙逸出。从运行情况来看，这种甩油原因存在，而且油量比较大，因此这是引起甩油的主要原因之一。油槽的油雾就易通过密封盖板与大轴之间的间隙大量溢出。

4　油雾过多处理方案及使用效果

针对水轮发电机组上导轴承、下导轴承、推力轴承及水导轴承密封盖，由于密封盖板与轴领存在间隙、密封盖板在运行后间隙过大又无法补偿，而导致密封不严，造成轴承油槽润滑油及油雾大量泄漏而影响设备运行，电站机械专业技术人员组织讨论，提出了密封盖板进行改造的技术方案，并于2013年春季检修的时候对密封盖进行改造处理。

将4部轴承（推力、上导、下导、水导）的间隙梳齿密封改造为专为解决大型水轮机组漏油问题而研制开发的新产品：CX-FS无间隙密封装置（见图2），防止油槽内油雾从密封盖与轴领处溢出。

（1）无间隙密封盖板，改造后无间隙密封盖板有如下结构特点：盖板的金属部分采用ZL102高强度轻铝合金结构，重量轻不易变形，在密封面上开有类似梳齿迷宫环式3个齿口，在其中上下的齿口内安装有弹簧和密封齿，密封齿采用非金属耐磨特种复合密封材料，密封材料具有自润滑特性，以及独特的分子结构，吸噪音、抗静电、比重轻、绝缘性能好，极高抗滑动摩擦能力、耐高温、耐化学物质侵蚀，材料自润滑性能优于用润滑油的钢或黄铜。密封齿沿圆周分布，每瓣均能与轴形成径向跟踪，靠弹簧的作用可实现径向2～4mm，后退3～5mm，在轴偏摆运行时，密封齿可通过弹簧的作用自动跟踪调整其与转轴之间的间隙，实现盖板与轴领之间的无间隙运行，密封盖在运行中不损伤轴领，也不引起转轴震动及轴温升高，从而保证机组运行中油槽盖内油雾无外溢及避免甩油现象产生。

图2改造后的密封盖板

（2）油槽轴承密封盖板在圆周上仍采取推力与上导为6瓣结构，下导为4瓣结构，水导为2瓣结构，盖板的金属部分采用高强度铝合金结构，并用销钉螺栓定位把合，重量轻不易变形，安装方便；油槽盖分半结合面密封均改为平面耐压密封胶密封，密封安装也更简单，比橡胶密封更耐油耐腐蚀，因此，各油槽盖安装后能保证油槽盖各密封结合面无渗漏油，机组运行时各密封面无甩油现象发生。

（3）因为新油槽轴承盖为无间隙密封形式，油槽与外界空气完全隔离，为保证内部空气与外部联通，在上导、下导、推力油槽密封盖面上各安装4个空气呼吸器，空气呼吸器结构见图3，空气呼吸器设计为折叠挡板式，油槽内部油雾经挡板过滤后成滴状，油滴重新落入油槽内，使油雾不会外溢，但外部空气能与内部联通，以防止油槽内部产生高温、高压气体。

图3改造后的空气呼吸器

2013年3月24日至4月7日，结合机组春季年度检修，沙湾水电站首先对1号机组进行轴承密封改造，机组启动24h后，上导、下导、推力油槽密封良好，但水导运行后油位有减少的趋势，沙湾电站对1号机组水导油盆进行解体检查，并再次对转动油盆进行煤油渗漏试验，经6h后未见渗漏，机组再次运行一段时间后发现水导油位继续有甩油的现象。

水导甩油分析：由于静止时煤油渗漏，试验无渗漏说明甩油是由于机组旋转产生的，所以要对转动部位加强检查。

首先，当水导摆度过大，超过允许值时会造成水导轴承甩油，检查运行记录，并在现场进行实地测量发现，水导摆度未超出设计规范要求，排除此原因。

其次，检查是不是因安装过程中的原因导致水导轴承甩油，检查转动油盆盖分瓣面间隙，0.02mm塞尺无法通过，无间隙；检查转动油盆与转动油盆盖之间的把合螺栓是否松动，经检查新更换的螺栓弹簧垫压不紧，原来新螺栓较长；转动油盆盖与转动油盆之间的组合面是否有间隙，经检查原来水导瓦为筒式瓦由四瓣组合而成，各组合面由锥销定位和螺栓把合，螺栓与销钉后存在空隙，而后对空隙采用具有耐磨性好的，质量轻的聚四氟乙烯胶封堵，并对转动油盆盖与转动油盆加装Φ4“O”型圈，并将新换的24-M16×50的沉头螺钉更换为以前的M16×40的沉头螺钉。经过一系列检查处理，水导轴承设备全部回装完，对所有电气监测设备进行全面检查，调整水导轴承监测设备数据至合格后，分别正常启动至额定转速监测水导甩油情况，机组在经过24h左右的运行，机组甩油情况已经得到控制，水车室顶盖已经没有油污。

2013年5月我们分别完成对沙湾水电站1～4号机组的四部轴承改进工作，通过将近一年多的运行考验，检查发电机风洞内、下机架、水车室、定转子线棒及磁轭等设备部件无油渍，从设备源头消除了油槽密封盖甩油和油雾外溢的发生。机组油槽盖改造后运行一年多时间，油槽盖板比较干净，无此前油污染的现象发生，避免了油槽内透平油的浪费，减轻了维护人员的日常工作量。实际证明，达到了优化改造的预期效果。

5　经济效益分析

如每年每台机组小修期用于处理发电机上导、下导、推力、水导轴承部位油污的至少需要6人、6h才能处理干净，除去人工成本，按机组功率60MW、电价0.28元/kW·h计算折合人民币10.08万元，经济效益十分可观。而汛期大发电的期间，由于受油污染停机后可能造成的经济损失和社会影响是无法估量的。将轴承密封盖更换为CX-FS型无间隙密封盖后，将延长设备使用寿命，保证机组的安全，缩短检修工期，降低检修费用，从而达到提高经济效益的目的。

6　结论

沙湾水电站对油槽轴承密封盖的优化改造处理后，甩油整治效果明显，甩油现象彻底消除，此次技术改造的方案是切实可行的，提高了机组运行的可靠性，进一步保障了设备稳定运行，为电厂创造了更好的经济效益。运行证明，效果很好，值得在行内推广。

参考文献：

[1]刘云.水轮发电机故障处理与检修[M].北京：中国水利水电出版社，2002.

[2]盛国林.水轮机组安装与检修[M].北京：中国水利水电出版社，2008.

[3]于海文,李克健.水电厂设备安装、运行、维护、检修与标准规范全书[M].北京:当代中国音像出版社,2001.

中图分类号：TK730.3

文献标识码：B

文章编号：1672-5387（2015）01-0053-04

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.01.018

收稿日期：2014-08-01

作者简介：胡小刚（1984-），男，工程师，从事水电站机械设备管理工作。