浅析董箐水电站推力油槽盖密封优化改良

浅析董箐水电站推力油槽盖密封优化改良

莫忠伟 潘元林 钱来 沈泽 吴临川 姜飞

（贵州北盘江电力股份有限公司董箐分公司，贵州省黔西南州贞丰县  562200)

[摘要]董箐水电站是北盘江梯级开发的第三个电站，位于贵州省西南部。本文针对董箐水电站现有推力轴承油槽盖密封结构存在的油雾泄漏问题，进行了全面分析，设计开发了一种新型推力轴承油槽盖密封结构，该油槽盖密封结构采用刚性密封圈与柔性密封圈相结合的方式，彻底解决了油雾泄漏问题，本文详细介绍了有关设计过程，以供同行参考和借鉴。

[关键词]水轮机；推力轴承；油槽盖；密封结构；

1 研究背景

董箐水电站位于贵州省西南部镇宁自治县和贞丰县交界处的北盘江下游，是北盘江梯级开发的第三个电站，是“西电东送”第二批重点电源建设项目之一。电站总装机容量880MW，2009年12月投产。

对于大多数水电站的大型水轮发电机组推力轴承而言，甩油、油雾逸出都是不可避免的现象。油雾现象产生的原因主要有：

一、润滑油是从石油中提取，并经过加工，成为具有多种沸点的混合物，在一定温度下会与空气一起雾化。

二、水轮发电机组在运行时，轴承油膜承受旋转部件的重量，会不断产生高温，高温会降低润滑油的粘度和品质，再加之运行时的离心力使润滑油一直做高速旋转运动，液体飞溅，雾化，撞击，因此油雾便不可避免的产生，以内甩油或外甩油的方式从轴承油箱中逸出。

油雾泄漏会对机组产生如下危害：

一、机组在长时间运行后，部分油雾会汇聚成油珠附着在制动环上，当机组停机制动时会造成制动环与风闸之间的摩擦力减小，影响机组制动性能导致机组制动超时，机组停机流程退出。根据运行开停机不成功次数统计，2021年，董箐电站就出现多次因推力轴承油雾汇聚在制动环上导致停机流程退出情况，导致机组停机失败，机组只能长时间惰转，机组长时间惰转会造成推力瓦磨损加剧，使得推力瓦温度升高，推力油槽油温升高，严重时可能引起烧瓦，严重威胁机组的安全稳定运行，此外，油雾还会对制动器造成腐蚀，导致制动器使用寿命缩短。

二、油雾对水轮发电机轴电流也会产生影响。当有油雾渗入发电机内部时，会对轴电流产生影响。当油雾汇集在轴承绝缘，产生轴向漏电现象，使轴电流增大，从而影响水轮发电机的性能和效率。

三、油雾还会形成沉积物并阻塞冷却系统，导致水轮发电机过热，进一步增加了轴电流。轴电流过大会使得设备遭受过载，影响机组运行的稳定性和可靠性。

四、油雾中的杂质会在发电机内部产生腐蚀，加速设备的老化和损坏，缩短了设备的使用寿命。

五、油雾还会对水轮发电机的定子、转子造成影响，定子与转子间的空气间隙的通风孔时常附着有灰尘，当油雾凝聚在灰尘上而变成杂质会堵塞通风孔,使得冷却性能下降从而引起定子线圈运行温度升高,影响发电机安全稳定运行，油雾还会对定子、转子外表面附着的绝缘表皮造成腐蚀，导致定子、转子表皮绝缘性能下降。

总之，油雾泄漏现象的发生，会导致轴承温度居高不下，严重污染发电机内部的环境，降低发电机定子寿命，导致油盆油位下降，威胁机组的安全稳定运行，污染电站环境和下游河流的生态环境，因此，采取合理的油槽盖密封结构，尽最大可能避免油雾泄漏，保持水轮发电机内部环境的清洁和干净，避免下风洞油雾进入水轮发电机内部，是保障机组制动能力和安全性的关键措施。同时，定期检查并清理制动环、制动器表面的油垢和腐蚀物也是重要的维护手段。

2董箐电站水轮机推力轴承油槽盖密封结构概况

如图1、图2所示，董箐电站发电机下导轴承油槽盖分8瓣安装。内径一侧开有3道沟槽，其中上下两道装有石墨密封。每道密封分为64块，以每瓣8块的方式均布在8瓣油槽盖上。密封本身没有弹性，通过弹簧片的支撑实现与轴的密封。端盖上有6个油雾回收装置，即呼吸器。它可以释放油槽内的压力，同时吸收油雾后再冷凝回收。

图1 董箐电站现有推力轴承油槽盖密封结构

图2 石墨密封圈

现有的油槽盖密封结构主要采用三道石墨密封圈，石墨材料不具有弹性，通过安装在外径侧的弹簧片提供支撑，该密封结构实质是刚性密封结构，石墨材料本身具有较高的硬度，在水轮机组长时间运行后，弹簧片如若受损或者失效后，则弹簧片未能对石墨密封圈提供相应的压紧力，从而导致石墨密封圈与中心轴之间的间隙增大，导致密封失效，石墨密封圈无法完全贴合主轴，产生油雾泄漏，并且石墨密封圈表面的材料受损后还会产生大量的石墨粉，脱落的石墨粉还会对油品造成污染。

董箐电站的推力轴承油槽盖渗油问题困扰已久，长期以来导致风洞出现严重的油污染。这不仅对环境、设备造成了危害，还给检修和维护人员带来了安全隐患，因为这些人员不仅要接触到油污，还有可能滑倒摔伤。由此可以看出，这一问题对设备和人员都构成了重大威胁。

自2017年起，机组运行后，巡检发现风洞内出现大量冷凝的汽轮机润滑油。在检查所有油管路和接头后，确定没有出现泄漏点，而在2021年#3号机检修时，拆卸了油槽盖和密封，通过对油槽盖以及密封结构的分析，发现油雾主要从油槽盖密封处泄露，此外，董箐电站现有推力轴承油槽盖密封结构在拆卸或装配时，需要安装多个密封件，并且每个密封件需要安装弹簧片和开直槽口来进行定位，这种装配方式不仅装配工艺复杂，且由于零部件众多，对零部件的加工精度提出了更高的要求，装配后产生的累积误差也相应增大，装配误差较大也是导致油雾泄漏的主要因素之一，总之，现有的油槽盖密封结构存在较大的油雾泄漏隐患，容易导致水轮机组不必要的停机。

3推力轴承油槽盖密封结构优化设计

如前所述，推力轴承油槽盖密封结构是保证水轮机组安全稳定运行的关键因素，油雾是导致密封结构失效的主要原因，为彻底解决油雾问题，董箐电站检修技术人员设计了如下推力轴承油槽盖密封结构。

图3 董箐电站推力轴承油槽盖密封改进结构主视图

1-外壳，2-刚性密封圈，3-柔性密封圈，4-唇齿，5-冷却腔，9-水轮发电机推力轴承油槽盖。

如图3所示，新型油槽盖密封结构在原有两道刚性密封圈（2）之间增加了一道柔性密封圈（3），刚性密封圈（2）在装配过程中产生的误差间隙，可由柔性密封圈（3）进行补偿，从而减少了装配间隙，改善了密封效果，柔性密封圈（3）采用丁腈橡胶材料制成，丁腈橡胶材料邵氏硬度为70°，硬度适中，且丁腈橡胶具有弹性，且与钢材之间具有较低的摩擦系数，从而降低了对零部件加工精度的要求，也是密封结构的装配操作变得容易，当水轮机长期运行时，柔性密封圈（3）能够始终稳定地贴合中心轴，保证密封结构可靠，柔性密封圈（3）的表面还设计有至少两个唇齿（4），唇齿（4）相对于水轮发电机推力轴承油槽盖表面的倾角大于20°，任意相邻两个唇齿（4）围绕形成冷却腔（5），冷却腔（5）用于收集油雾并使油雾冷凝，从整体上减少了油雾泄漏的风险，冷却腔（5）内的油雾冷凝后又可对水轮发电机推力轴承起到了润滑作用，从而彻底解决了油雾对密封结构产生的危害，保证密封结构维持长期有效的可靠密封。

另外，如图4所示，改进后的油槽盖密封结构在外壳（1）内表面设有定位槽（6），使刚性密封圈（2）或柔性密封圈（3）均能够通过粘合剂分别粘合在定位槽（6）以内，刚性密封圈（2）按照数量等分，设置于柔性密封圈（3）的上下两端，刚性密封圈（2）与水轮发电机推力轴承油槽盖之间还夹塞有弹簧（7），刚性密封圈（2）还与定位柱（8）固连，该定位柱（8）贯穿弹簧（7），改进后的油槽盖密封结构减少了拼合接口，极大地简化了装配工艺，并且使刚性密封圈（2）或柔性密封圈（3）均能够轻松装配到位，使装配后的刚性密封圈（2）与外壳（1）内壁紧密贴合，减少零部件之间的装配间隙，改善水轮发电机推力轴承油槽盖密封可靠性。

图4 董箐电站推力轴承油槽盖密封改进结构爆炸图

1-外壳，2-刚性密封圈，3-柔性密封圈，6-定位槽，7-弹簧，8-定位柱

总结

董箐电站推力轴承油槽盖密封结构优化改进后，在之后水轮机组运行的一年内，发电机定子、转子温度平均整体下降3度左右，并且显著减少了水轮机组停机检修次数，并且未产生油雾泄漏问题，减少了环境污染，改善了工作场所的安全和卫生状况，为员工创造了更加安全、舒适的工作环境。可见，改进后的推力轴承油槽盖密封结构彻底解决了油雾泄漏问题，并且能够保持长时间的密封可靠性和稳定性，显著降低了检修维护工作的难度，保证了水轮机组长期安全稳定运行。

参考文献

[1]方戊强胥刚李俊文杨懿. 浅析磨子水电站上导推力油槽结构优化[J]. 四川水力发电, 2022, 41(5):129-132.

[2]彭守强, 于亚楠. 阿海水电站推力油槽甩油原因分析及处理[J]. 云南水力发电, 2018, 34(3):2.

[3]郭齐柯. 南沙水电站下导推力油槽油雾处理[J]. 建筑工程技术与设计, 2016, 000(008):1376-1376.

[4]杨优军, 黄贵生, 李国强,等. 推力油槽和下导油槽盖的共用盖板:, CN209539494U[P]. 2019.

[5]罗利均. 水电机组推力油槽盖板处外甩油及油雾外溢处理[J]. 水电站机电技术, 2008, 31(1):3.

[6]罗利均, 李书丽. 水轮发电机组推力油槽盖板处的外甩油及油雾外溢问题解决[J]. 甘肃水利水电技术, 2008(1):3.

作者简介

莫忠伟（1994-），男，助理工程师，主要从事水轮机机械检修工作。E-mail：1107284922@qq.com

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