直岗拉卡2号机组组合轴承漏油原因分析及改造对策

杜礼斌

（青海大唐国际直岗拉卡水电开发有限公司，青海 尖扎 811999）

1 引言

青海直岗拉卡水电站位于黄河干流上游的青海省尖扎县与化隆县交界处，距上游李家峡水电站坝址7.5 km，电站总装机容量190 MW，安装5台38 MW机组，年发电量7.63亿kW·h，1～4号机组由天津阿尔斯通水电设备有限公司供货，2006年6月18日4台机组全部并网发电，新安装5 F机组已于2014年5月投产，设备由浙江富春江水电设备股份有限公司供货。2006年4台机组发电以来，每年度进行1次C级检修，2020年以前4台机组均A级检修1次，由天津阿尔斯通水电设备有限公司制造，其水轮机型号为 GZ4BN039－WP－6100，额定水头12.5 m，最高水头17.5 m，最小水头9.6 m，额定功率39.0 MW，额定流量337.6 m3/s，额定转速100 r/min，飞逸转速280 r/min，旋转方向向下游侧看为顺时针旋转，发电机型号为 SFWG38－60/6660，额定容量40 MW，额定功率38 MW，额定电压10.5 kV。公司4台机组自2006年6月投产以来组合轴承一直存在不漏油现象，漏油主要是从支撑环和径向轴承之间的调整环连接处流出，机组运行时由于冷却风机风量大，吹散漏出的油滴，从而导致发电机风洞内有大量的油污，油污长期存在不仅影响机组健康水平，油污长期存在，使发电机、定子、转子绝缘性能下降，不利于机组安全运行，增大安全隐患。2号机组发电机径向轴承在运行过程中漏油量较大，机组运行过程中2号机组漏油最大时每30 h漏油量为200 L,且漏油持续时间较长，机组停机时，检查发电机风洞，有大量油污吸附在发电机磁极、定子线棒上，漏油至发电机内严重影响定子、转子线圈的绝缘性能。因制动器以及制动环上有大量的油污，每次停机时因为摩擦导致风洞产生大量烟雾，致使火灾报警装置多次报警，油污在制动环上存在，影响机组停机制动性能，严重时甚至会引起火灾而导致发电机烧毁。在年度机组检修期间，对4台机组采取临时漏油收集装置，在调整环外边圆制作了弧形密封接油槽，在油槽下部接橡胶软管，将组合轴承接油槽内收集的油通过橡胶软管引出至发电机风洞、在管型座下进人孔设置了接油桶，虽然收集了部分漏油，因接油槽只能收集组合轴承下部的油滴，被吹散的油滴无法收集，机组用油损耗量大，容易发生环保事件，如需完全解决组合轴承漏油，必须解决密封存在的问题。公司制定了2号机组组合轴承漏油检修计划，针对漏油问题公司设备部组织了厂家技术人员、检修单位对组合轴承漏油部位进行研究，对制定的技改方案进行安全性讨论，计划在2019年在机组C级检修过程中进行组合轴承漏油检修。

2 组合轴承结构及漏油原因分析

2.1 组合轴承结构介绍

直岗拉卡水电站4台水轮发电机组组合轴承分别布置在座环内两侧，支撑环、径向轴承及反推力瓦在发电机风洞内，机型为径向轴承前置灯泡贯流式发电机组。正推力瓦及推力油槽在灯泡体内，把合在座环上，组合轴承的载荷作用在支撑环上，支撑环将发电机转子的重量和组合轴承径向重量输送至座环上，支撑环、径向轴承调整环均为分瓣结构组合而成，组合轴承的密封由甩油环、弹性密封油箱组成，部件之间的法向、轴向组合面由橡胶密封条及密封胶组合而成，主轴上的镜板承担机组运行和停机时的正反向推力，正推力瓦10块安装在推力油槽内，反推力瓦10块安装在发电机风洞内支撑环上，正推力瓦采用弹性支撑，反推力瓦采用耐油橡胶垫支撑方式。主轴镜板密封在组合轴承内，镜板直径Φ2 300 mm，正、反推力瓦内径Φ1 410 mm，外径Φ2 280 mm，支撑中心Φ1 862 mm，推力轴承采用动压运行，径向轴承内径Φ1 200 mm，长度900 mm，径向轴承设有高压顶起装置，在转动部分重量(水轮机转轮、主轴、发电机转子等)的作用下,导轴承下部的润滑油将会被挤压出来,以致在机组启动瞬间,轴承处于干摩或半干摩擦状态;而在机组停机时,由于转速降低,油膜厚度会逐渐减小到最小值,威胁机组的安全运行,若频繁开、停机,使瓦温升高,润滑油黏度下降破坏了油膜厚度,则会发生烧瓦事故。必须设置高压顶起装置，在机组启动与停机时,将高压油注人导轴承下部预设的油室内,将转动部分顶起,使轴颈与轴瓦摩擦面间强迫建立起油膜,以降低摩擦系数,改善开、停机润滑条件。高压顶起由两台高压齿轮油泵组成，设有减载阀、止回阀、压力调节装置、压力开关、压力表等安全附件，机组启动时，启动1台高压顶起油泵，油泵压力油通过管道将油输送至径向轴承底部，顶起主轴0.10～0.20 mm，建立油膜，停机时使用同样的方式直至机组停机。组合轴承润滑油系统供油方式为高位油箱供油，高位油箱通过管道将油输送至水轮机各部轴承，轴承润滑后将产生热量的排至回油箱，油箱的油通过油泵通过双筒过滤器、油冷却器，将干净的降温的油输送至高位油箱。

2.2 组合轴承漏油原因

组合轴承结构如图1所示，组合轴承油槽中，径向瓦与支持环密封是通过Φ16 mm橡胶密封条。此类型机组安装后先采用临时调整块进行轴线调整，轴线调整合格后，根据测量数据对调整环毛坯进行精加工，加工完成后进行安装，径向轴承的密封主要由调整环进行固定，调整环为了方便拆卸加工，调整环由6块组成（图2），调整环安装由调整环上24条M24高强螺栓固定在支撑环上。机组运行时径向轴承会上下浮动，长时间运行，造成密封条老化或固定调整环及径向轴承的螺栓松动，导致密封效果不良，造成漏油，渗漏出的油从支撑环和径向轴承外结合处漏出，机组运行时产生振动导致漏油量增大。

图1 组合轴承结构示意

图2 调整环

3 组合轴承漏油处理

3.1 拆除相关管路及自动化元件

（1）拆除各排油管和压力、流量、变送器等元件，并做好记号。管口、孔口用干净的棉布绑扎封堵牢固。

（2）拆除推力油槽和径向轴承上的测温电阻引线并做好记号。

3.2 发电机机舱内做好保护措施

因组合轴承漏油检修技术改造大多数工作在发电机风洞内进行，使用的各类工器具较多，使用电焊、气割等工具，必须做好发电机风洞内的防护工作。在工作地点布置一定数量的水基灭火器，清理工作面油污，在交通道和工作部位使用橡胶板、防火石棉布进行铺设进行防护，因发电机内为有限空间作业，做好施工人员、工器具、备件及施工材料登记，做好有害气体测量等工作。

3.3 拆除大轴保护罩

水车室内部空间狭小，大轴保护罩必须分开吊出，施工人员才具备作业空间。

3.4 转动部分重量支撑

拆卸组合轴承调整环，转动部分水轮机转轮、主轴、发电机转子重量要由临时设置的顶轴千斤顶和定子承担，必须设置可靠的支撑点。

（1）大轴采用两台100 t千斤顶顶起，大轴顶起支架安装在推力油槽滑轨上，采取的防滑措施是：不管是空气间隙支撑还是在推力油槽下游侧大轴上顶起，设置可靠的支撑，防止在发电机风洞内检修时机组转动部分的重量落在组合轴承上，必须保证径向轴承无径向受力点，才能保证径向轴承向上游方向移动时不受影响。

（2）按照施工要求必须顶起转径向轴承侧主轴0.2 mm，保证调整环不会被径向轴承压紧，有间隙后才可拆卸调整环，利用百分表监测顶起数值，达到设定值后在转子下部空气间隙内安装足够承载重量的楔子板或垫条。

3.5 拆除调整环及部分附件

确认转动部分的重量，轴由两处零时支撑点来承载后，挂1 t的葫芦，分块拆除调整块，对拆卸部分作好记号，拆除前径向轴承供油管及排油管，拆除前密封油箱及甩油环，分别倒运至转子力筋板空隙处，此时径向轴承处于不受力状态，在径向轴承上游侧方向X、Y方向各设置一处吊点，向上游侧方向移动，移动距离100 mm处，直至作业人员可以取出径向轴承与支撑环之间的密封条。

4 组合轴承密封改造实施步骤

（1）经过公司专业人员对漏油原因的分析，结合主机厂家技术人员及检修单位意见，根据组合轴承结构及运行原理、密封结构形式、轴承润滑油系统运行方式等方面综合分析，径向瓦组合面处尺寸狭小，无法对已安装且不易拆除的径向轴承和支撑环进行改造，不利于装设密封装置。经研究决定在径向轴承与支撑环夹角处增加一条密封，所以将原尺寸调整环轴向长度进行车削加工，原调整环厚度为180 mm，车削至厚度为149+0.2+0.1mm。因需预留调整环配车间隙，保证调整环支撑径向轴承接触面积不得减少，密封环的最大厚度为31 mm，密封环分两瓣设置，密封环同调整环螺栓孔分布相同，固定在支撑环上，在密封环内径下游侧方向进行45°倒角，安装一条Φ12 mm的橡胶密封条，密封环安装后原调整环的厚度不变，密封环加工图见图3所示。

图3 密封环加工图

（2）对原有径向轴承密封条进行拆除，清理径向轴承密封槽内密封胶，安装新的密封条。新的密封条安装前进行检查，检查有无龟裂或其他缺陷，检查完好后在密封槽内进行安装，将密封条的接头设置在顶部，确认粘接符合要求，在密封面上均匀涂抹一圈耐油密封胶，密封胶涂抹均匀后在径向轴承上游侧X、Y、-X、-Y方向设置4个相同吨位的5 t螺旋千斤顶，4人同时操作将径向轴承向下游侧移动，直至径向轴承移动至支撑环组合面位置。在径向轴承和支撑环夹角处安装一条Φ12 mm橡胶密封条，新增加的密封条同径向轴承密封条接头不能设置在相同位置。

（3）将加工好的密封环分两瓣安装在径向轴承和支撑环处，两瓣分别放在可组装位置，对准调整环螺栓安装孔，组装后必须可靠的与新安装的密封条接触。

（4）将加工后的调整环按照顺序编号分别装入，拧紧调整环固定螺栓。

（5）按照拆卸后的相反顺序回装甩油环、前油箱、自动化元件及相关管路等，增加密封环后的组合轴承见图4。

图4 增加密封环后的组合轴承

（6）检查发电机机组中心线、主轴中心线、水轮机中心线、径向轴承间隙、发电机空气间隙，确认各部位间隙是否符合机组安装说明书及国标的规定。如不符合相关规定，对不合格的部位进行调整检查，确认无误后，利用千斤顶起发电机转子，拆除发电机转子间隙内的承重垫片，再依次拆除主轴千斤顶及支撑，将发电机组转子及轴承重量全部由径向轴承承担，再次对发电机空气间隙、径向轴承间隙进行测量，测量完成后同检修前的测量数据进行对比，确认是否符合规程规范的要求。

（7）轴承润滑油系统注油检查，确认甩油环、前密封油箱、管道、阀门、自动化元件回装完成后，在润滑油箱注入合格的润滑油，启动润滑油泵，打开轴承润滑供油阀进行油系统循环，检查径向轴承、支撑环、调整环等各部位间隙渗漏情况。待所有部件安装恢复后 ,进行轴承系统的油循环检查试验，检查组合轴承的漏油情况。

（8）清理发电机风洞内油污，检查确认更换密封时拆卸各部位密封情况，确认无渗漏后，拆除临时布置的接油槽，清理定子通风槽内、转子、前机架、组合轴承等不易清理部位油污。

5 结论

通过直岗拉卡2号机组组合轴承的检修，加设密封环增加了1条密封，即使原密封条再次出老化等状况，新增加的密封条也会起到很好的密封作用而防止组合轴承漏油，有效的解决了组合轴承漏油的问题。2号机组改造前每30 h漏油量高达200 L，现机组运行近半年多，机组停备时对发电机机舱内进行了多次检查，未发现漏油情况，对组合轴承调整环的改造未对机组运行产生任何影响，说明本次改造取得效果好，为接下来几台机组组合轴承漏油处理提供了检修依据。对于同类型灯泡贯流式水轮发电机组组合轴承，因为机组结构形式不同，多数组合轴承均在漏油现象，为保证发电机风洞内设备安全运行，必须保证发电机环境清洁，灯泡贯流式水轮发电机组组合轴承目前存在的结构形式，都存在不同程度的漏油现象，应根据不同结构形式的组合轴承进一步研究密封形式和密封方法，方法成熟后在机组制造设计阶段来避免漏油现象的发生，为机组安全运行提供保障。