一种推力轴承油雾吸收装置的研究与应用

孙志翔 吴卫康

（国网江西省电力有限公司柘林水电厂,江西 九江 332000）

柘林水电站位于赣西北修河中游末端的永修县柘林镇附近,电站总装机容量为420MW,到2001 年12 月底止,已累计发电168 亿kw.h,不但取得了显著的经济效益,而且还取得了明显的防洪和灌溉效益,对促进赣北工农业生产和全省国民经济发展作出了很大的贡献。

1 现状

柘林水电站水轮发电机组推力轴承采用低压空气与迷宫密封相结合方式密封推力油槽,该设备由轻质铸铝合金密封盖、低压空气输送管路与风机组成。风机产生的低压气源经过制动柜经减压阀送入轻质铸铝合金密封盖中的迷宫密封结构内[3],从而实现密封推力油槽甩油及油雾外溢的作用。轻质铸铝合金密封盖的迷宫密封结构是与转轴存在间隙（见图1）,推力油槽内的油雾在通过迷宫密封与转轴之间间隙向外溢出时,迷宫密封结构及低压气源逐步延缓油雾,强制油雾回到推力油槽内,防止油雾向外溢出。但在低压气源阻止油雾外溢同时低压空气也会进入油槽内,使推力油槽内压力逐渐升高,当油槽内压力升高到一定程度时迷宫密封结构及低压气源将不能有效阻止油雾向外溢出。

图1

2 油雾逸出的危害

推力轴承长期存在甩油和油雾外逸的情况,主要有以下危害：

2.1 发电机组轴承箱漏油、甩油及油雾现象的产生,致使发电机表面污染严重,造成转子线棒及转子轮辐的污染[4],油雾与灰尘在定子铁心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[5]。

2.2 机组运行过程中由于制动刹车位置未与发电机完全隔离,运行中动静磨擦产生碳粉尘部分进入到发电机内,油雾和粉尘堆积在定子铁心通风沟和转子磁极通风沟处,降低了发电机的通风散热性能,严重影响了发电机的散热效果。油雾和灰尘长时间附着在绝缘层上,腐蚀发电机了绝缘线棒,降低其绝缘性能,使其加速老化,导致发电机线圈短路或击穿放炮,给发电机组的安全、稳定运行带来了极大的安全隐患。

2.3 水轮发电机组轴承油槽油雾及漏油情况对水轮发电机组的运行存在较大,近几年来,因为发电机内进油的问题,已经造成了很多起发电机绝缘损坏的事故,给发电厂带了巨大的经济损失。对发电机的安全稳定、可靠运行带来潜在的危害,威胁发电机的安全生产[8]。

2.4 发电机轴承箱漏油、甩油使发电机机内透平油损耗大,造成发电机组运行环境不好[9],需要经常向油槽加油[10],增加了日常维修维护的工作量[11],也大大增加了发电机的检修次数,既费工费时,又增加了机组的运行成本。大型发电机组油槽油雾现象应引起广大工程技术人员高度重视。

推力轴承油槽甩油和油雾向外逸出,油雾和灰尘堆积在定子铁心通风沟和转子磁极通风沟处,降低了发电机的通风散热性能,严重影响了发电机的散热效果。油雾和灰尘长时间附着在绝缘层上,腐蚀发电机了绝缘线棒,降低其绝缘性能,使其加速老化,导致发电机线圈短路或击穿放炮,给发电机组的安全、稳定运行带来了极大的安全隐患。

3 油雾治理措施

以上治理油槽油雾的措施并未达到理想的效果,现提出了一种新的思路,即推力轴承油雾吸收装置。

3.1 推力轴承油雾吸收装置主要结构

推力轴承油雾吸收装置主要由过密封主体、随动密封环、柔性封油板、定位挡板、鼓风机、油雾分离器、出口冷凝器、呼吸器、重力单向阀、自动回油单元组成（见图2、图3、图4）。

图2 推力轴承油雾吸收装置结构图

图3 推力轴承油雾吸收装置结构图

图4 推力轴承油雾吸收装置结构图

3.2 推力轴承油雾吸收装置工作原理

推力轴承油雾吸收装置由随动密封环、柔性封油板、定位挡板阻止油雾逸出[12]。在主轴出现偏摆时,随动密封环的随动密封作用可以很好地跟踪主轴保持零间隙状态运行,起密封作用的定位挡板可进一步阻挡油雾逸出。在风压的作用下,柔性封油板可很好的与主轴紧密接触,达到最理想的密封状态,有效地阻止油雾向外逸出。当少量油雾进入到B 腔室中时,油雾可通过管路被油雾分离器吸出,自动将油雾输送到油雾分离器中进行过滤处理[13],油雾分离器中的过滤装置可以很好地将油雾进行过滤处理,过滤后的油通过下方的回油管路返流回油槽内,过滤后的不含油雾的空气,将通过油雾分离器的出风口排出,引至出口冷凝器中进行二次处理,充分保证推力轴承油雾吸收装置的密封效果。

3.3 推力轴承油雾吸收装置主要部件功能

3.3.1 密封主体

密封主体选用铸铝合金材质,方便产品的安装、调整、维修、维护。

3.3.2 随动密封环

随动密封环圆周分为多等份,随动密封环在等分后,每一等份都可以径向靠近主轴和远离主轴,灵敏性好,在主轴有径向摆动的情况下,可保持随动密封环一直和主轴在零间隙状态下跟踪运行。

随动密封环设有精准的限位单元,可有效地限制随动密封环靠近主轴。

随动密封环采用非金属材料,具有耐油、耐高温、绝缘、耐老化、耐化学腐蚀等特性,并且具有良好自润滑功能[14],磨擦系数极小。

3.3.3 柔性封油板

柔性封油板具有优良的自润滑性能,耐高温、耐磨擦、耐油、耐老化。在鼓风机的主动送入A 腔室的风压作用下,柔性封油板可很好的与主轴紧密接触,达到最理想的密封状态,有效地阻止油雾向外逸出。

3.3.4 定位挡板

在安装时起到自动定位作用,又能起到密封作用,在机组运行时对主轴无损伤。

3.3.5 衡力弹簧

衡力弹簧在随动密封环背部沿圆周均匀分布,安装时进行精准调整,保证随动密封环在主轴偏摆时,圆周的向心运动受力均匀且恒定。

3.3.6 鼓风机

鼓风机在设定的时间内工作,向A 腔室内送入一股合适的气压,既能起到风压密封板的作用,又能有效的阻断油雾的逸出。

3.3.7 油雾分离器

油雾分离器在设定的时间内工作,将进入B 腔室内的油雾吸进油雾分离器中进行击中处理,通过油雾分离器含有的过滤装置过滤后,过滤后不含油雾的空气通过油雾分离器的出风口排出,通过管路引至出口冷凝器中进行二次处理,过滤后的油通过油雾分离器底侧的回油管路返流回油槽内。

3.3.8 自动回油单元

当油雾分离器底侧的油达到一定数量时,在自重作用下,可将油自动释放到油槽内。自动回油单元不工作时处于关闭状态,具有单向释放油功能,防止油槽内的油雾进入密封腔室内,导致密封效果失效。

3.3.9 风压单向阀

当装置开始工作时,因压力原因,风压单向阀自动打开,装置停止工作时,风压单向阀自动关闭,防止油雾串入密封腔室内,导致密封效果失效。

3.3.10 出口冷凝器

将油雾分离器和呼吸器收集到的油进行集中处理,便于观察油雾情况。

3.3.11 呼吸器

维持油槽内外压力平衡。通过呼吸器外侧连接的出风口引导至指定位置进行观察。

3.4 推力轴承油雾吸收装置优势

推力轴承油雾吸收装置与柘林电站目前使用的密封结构相比,存在以下几点优势：

3.4.1 推力轴承油雾吸收装置密封主体本体采用T 型槽与T 型随动密封环相配,密封效果好,保证了机组高效、安全运行。

3.4.2 随动密封环选用了非金属高分子自润滑材料,具有耐磨、耐高温、绝缘性能好、吸噪音、抗静电、比重轻、耐化学物质侵蚀等特性,自润滑性能优于用油润滑的钢或黄铜。

3.4.3 推力轴承油雾吸收装置由随动密封环、柔性封油板、定位挡板阻止油雾逸出,在风压作用下,柔性封油板可很好地与主轴接触,达到最理想的密封状态,有效防止油雾逸出。同时,采用定位挡板进行定位,方便安装,同时也起到密封作用,对主轴无损伤。

3.4.4 推力轴承油雾吸收装置将密封主体的密封部分分为A、B 两个腔室[15],A 腔室连接鼓风机,B 腔室连接油雾分离器。鼓风机向A 腔室送入一股经过计算的合适气压,隔断油雾外泄通道,油雾分离器将B 腔室油雾吸至油雾分离器中进行集中处理,并将油雾进行油与空气分离过滤处理,过滤后不含油雾的空气通过油雾分离器的出风口排出,通过管路引至出口冷凝器中进行二次处理,过滤后的油通过油雾分离器底侧的回油管路返回油槽内。

3.5 推力轴承油雾吸收装置模拟效果试验

针对推力轴承油雾吸收装置的使用效果,进行了相关密封结构及密封材料的模拟试验（见图5、图6）,试验情况如下：

图5 试验中进行预装

图6 试验中进行数据采集

在室温24℃状态下,将试验设备转速设定为1000r/min,线速度为942m/min,随动密封环、柔性封油板、定位挡板配合鼓风机、油雾分离器进行密封工作,并在油槽外侧设有油雾浓度检测仪器,运行4 小时后,通过油雾浓度检测仪发现,油槽外侧无明显油雾。

4 结论

推力轴承油雾吸收装置在随动密封环、柔性密封板、定位挡板相结合的密封形式下,配合鼓风机与油雾分离器的共同作用,满足运行中的各种压力需求,将动态的密封形式与静态的密封形式有机的结合在一起,能有效地解决发电机组轴承油槽出现的甩油、漏油及油雾逸出现象。