重庆江口水电站3号机组轴承甩油问题分析及解决措施

欧适， 冯继威

（1.国家电投集团 重庆江口水电有限责任公司，重庆408506；2.重庆文理学院 土木工程学院，重庆402160）

0 引 言

水轮发电机组导轴承的油密封对机组运行至关重要，一旦轴承油密封不严，将会造成很大的损失，不仅会损耗润滑油，严重的甚至会污染绕组，损坏绝缘，影响机组的安全运行。通过对机组轴承密封现状的研究，解决传统密封的缺陷，对保证机组的安全运行有着重要的意义。

通常轴承的油槽是用油槽盖板盖住，固定的油槽盖板与转动部件（轴）之间存有一定的间隙，为了防止油槽内的油雾逸出，在油槽盖板与轴之间要进行密封[1]。传统密封主要有迷宫式密封、气封式密封、梳齿式密封等形式，这些方式的密封要求油槽盖板与转动轴之间必须留有一定的间隙，这样就无法保证轴承的油密封性能，造成轴承漏油或油雾泄漏。通过使用接触式密封技术，有效解决了机组的漏油问题。

1 工程概况

重庆江口水电站位于重庆市武隆区江口镇乌江支流芙蓉江河口以上约2 km 处，是以发电为主的综合利用工程，距离重庆市区约140 km，距离武隆城区约20 km，是芙蓉江干流梯级开发的最末一级。电站大坝为混凝土双曲拱坝，最大坝高140 m。江口水库总库容5.05 亿m3，正常蓄水位300 m，正常蓄水位时库容4.53 亿m3，死水位为260 m，调节库容3.02 亿m3，为季调节水库。电站总装机4×100 MW，左岸地下厂房安装3 台水轮发电机组，于2003 年建成投产；右岸厂房安装1 台水轮发电机组，2017年建成投产。

重庆江口水电站水轮发电机组为悬式机组，型号为HLS186-LJ-347.7，水轮机转轮直径为3.4771 m，额定水头106 m，额定出力101.83 MW，额定流量103.32 m3/s，额定转速214.3 r/min，旋转方向为俯视顺时针。设有推力轴承、上导轴承、下导轴承、水导轴承。2003 年3 月机组投运后，各轴承油槽密封盖密封效果不佳，产生渗油、甩油、油雾等现象，对机组的安全运行造成隐患。解决轴承漏油问题刻不容缓。

2 重庆江口水电站3号水轮发电机组轴承密封现状

1）迷宫式密封结构密封。3 号机组上导轴承油槽盖板、下导轴承油槽盖板、水导轴承油槽盖板和推力轴承油槽盖板均为迷宫式密封，如图1 所示。随着机组运行，导轴承漏油、渗油严重，上、下机架、水车室的地面及相关设备上沾满油污和积油。2）上导轴承挡油管。3 号机组上导轴承采用单层挡油管结构，挡油管为Q235 钢板卷成的单层圆筒焊接而成，如图2 所示。挡油管下方漏油较多，下机架、定子线棒、风洞内墙壁及设备上都有油污污染。

3 漏油原因分析

3.1 油槽密封盖板的漏油原因

图1 迷宫式密封示意图

图2 单层挡油管示意图

机组原密封盖板为迷宫式结构，在设计时就与转动部件之间留有0.3～0.5 mm 的间隙，机组经过长期运行，由于启停机过程中转动部件的摆动，造成密封部件磨损较大，形成的间隙越来越大；同时没有考虑机组运行的实际工况，盖板上没有设计油雾呼吸器，当机组运行时，在离心力作用下油向外涌高、飞溅，同时产生大量的油气混合物，并不断聚集在油槽上部。当油雾压力大于大气压时，油雾便从油槽盖板缝隙处溢出。随着轴承的温度升高，油槽内的油和空气体积逐渐膨胀，内压增大，油雾加速从盖板缝隙处溢出，形成甩油现象。当盖板的密封齿磨损较大和轴系摆度较大时，密封齿与转轴的间隙较大且无法补偿，从而不能形成稳定的油膜密封，油液外甩和油雾溢出现象加剧。

3.2 上导挡油管的漏油原因

目前3 号机上导挡油管甩油比较严重，上导轴承下部为单层挡油管密封，当轴承在低速运行时，挡油管与转轴之间的油流处于层流状态，当在一定间隙、温度和达到额定转速时，挡油管管区内的油流将处于紊流状态，同时轴承油位过高，与挡油管上端距离过小，油槽内油流波动时，润滑油就会从挡油筒与轴的间隙漏出，造成下机架、定子线圈污染。

4 机组轴承密封的改造

公司利用机组A 修机会，对3 号机组漏油问题进行彻底改造。

4.1 油槽密封盖板的处理

针对原密封盖板与转动部件留有间隙的缺陷，采用接触式密封结构的盖板，来解决间隙问题，同时在盖板上加装油雾呼吸器来平衡油槽内外的压力差，防止油雾外逸。3 号机组上导、下导、水导、推力油槽盖板均改为接触式密封盖。接触式密封盖由座圈、接触式密封齿、固定密封环、油雾呼吸器等构成，如图3所示。

4.1.1 油槽密封盖座圈

1）油槽盖座圈为铸造铝合金材质，强度较高、质量轻便和不易变形。2）密封盖座圈分4 瓣，便于检修时的拆装，无需起重设施即可搬运拆装；座圈每瓣之间采用铰制孔螺栓定位连接；3）密封齿下部加工有回油孔，可将2 道齿之间存油回流到油槽。

4.1.2 密封环

1）上导和下导密封盖座圈设置2 道接触式密封环，推力和水导设置3 道接触式密封环。接触式密封环每道由多块密封齿构成，采用非金属高分子复合材料制成，与转轴直接接触，具有耐磨、绝缘、自润滑特性，不会磨轴，不会产生轴温升高，不会污染润滑油，是零间隙密封。2）接触式密封环每条密封齿背部装有2 个不锈钢材质弹簧片，可随轴做径向浮动，灵敏度高，其单边浮动量为前进量单边1 mm，后退量单边2.5 mm。可跟随轴的摆动，始终与轴保持同心运行，保持零间隙状态。3）密封齿与密封齿之间采用搭接工艺连接，如图4、图5 所示。座圈合缝处密封齿连接如图4 所示，其搭接量为1.5 mm，这样设计是为了防止座圈安装时因密封齿伸出太长而碰坏，同时又能形成迷宫状不至于漏油。座圈内密封齿连接如图5 所示，其搭接量为7 mm。4）与转轴接触密封齿，采用非金属多元复合材料，此种材料具有耐磨、耐油、耐高温、耐老化、耐化学腐蚀、绝缘等特性，并且具有自润滑功能，性能如表1所示。

图3 接触式密封盖示意图

图4 密封齿搭接工艺示意图1

图5 密封齿搭接工艺示意图2

表1 密封齿材料性能

4.1.3 定位密封环

在接触式密封齿下方还装有一圈定位密封环，该密封环采用聚四氟板加工而成，其内径与轴相同，在密封盖板安装时起到定位作用，确保密封盖板与轴同心；同时能防止润滑油对接触式密封齿的直接冲击，起到初步的密封作用。

4.1.4 油雾呼吸器

在每个密封盖板上装有4 个海绵滤网式油雾呼吸器，用来平衡油槽内外压力，当油槽内部油雾经过呼吸器内折流板和滤网后，冷却成油滴流回油槽，清洁空气排出。油雾呼吸器结构如图6所示。

图6 油雾呼吸器示意图

机组运行时，润滑油随着转轴的转动会产生油温升高和油雾，油雾呼吸器会平衡油槽内外因油温升高产生的压差，同时油雾通过折流板和滤网时，会冷却下来形成油滴，流回油槽，其余部分经过孔隙率25 ppi 海绵滤网的充分过滤，使清洁空气排出。

4.2 对上导挡油管漏油的处理

由于上导挡油管内部没有改造的空间，所以只能在其他相关部件上考虑解决办法，通过现场分析，在上导挡油管下部安装一个收集装置，来收集通过挡油管漏出来的油和油雾。

收集装置[2]由上油盘、连接板、接油盆、甩油环、放油组件等构成，如图7 所示。安装方法为先安装上油盘和挡油管，保证其原有技术参数不变，然后安装甩油环，最后安装接油盆，同时调整相关间距，密封齿与甩油环间距为0.1～0.2 mm，甩油环与上油盘和接油盆的间距为10 mm。

收集装置的主要结构为：1)甩油环。甩油环安装在轴上，分2 瓣，与轴采用紧配合安装，与轴一同旋转，能将顺轴流下来的油截流，甩到接油盆中不至于外泄。2）上油盘。对机组原有上油盘进行重新设计更换，在保证原机架连接孔和挡油管连接孔不变的前提下，增加连接板，同时缩短合缝板的长度，为安装甩油环留出空间。3）接油盆。接油盆为铝合金材料制成，与上油盘上的连接板连接，将甩油环包在接油盆里面。收集从挡油管溢出被甩油环截留下来的润滑油，并通过放油装置定期回收。接油盆与甩油环采用梳齿式密封结构，能最大限度地防止油雾外泄。

图7 上导挡油管漏油处理示意图

5 应用运行情况

重庆江口水电站3 号水轮发电机组A 修于2019 年11 月26 日开工，2020 年1 月17 日试运行无异常后正式交付电网调度管理，在机组A 修期间，采用接触式密封盖及接油装置对3 号机组各轴承进行了改造，从设备源头消除油雾外溢现象。经过1.5 个月的实际运行，到2020 年2月底，未发现机组轴承油污及油雾飘散现象，检查发现滑环、风洞、制动闸、定转子线棒及磁轭等设备部件无油渍，长期困扰的问题得到了彻底处理，为安全、文明生产提供了保障。改造前后3 号机组水导轴承效果对比如图8 所示。

图8 水导轴承改造前后效果对比图

6 结 语

在很多水电站中都不同程度地存在水轮发电机组发生的油雾和甩油现象，给机组安全运行带来了一定隐患，影响设备稳定运行和安全生产，及时有效地进行处理具有重要意义。重庆江口水电站3 号机组的应用实践证明，接触式油槽密封可以有效防止油雾外溢及漏油、渗油现象，值得在1 号、2 号机组及类似水电站推广应用。