立式水轮发电机组疏导式反螺旋油雾密封的研究与应用
146
完成单位:贵州黔源电力股份有限公司引子渡分公司
登记编号:ZSCX-D4-J-2-108
登记年份:2020
发布时间:2020-09-21
对于立式水轮发电机组,导轴承是机组的重要结构部件,其运行性能的好坏,将直接影响整台机组乃至整个电厂的安全运行水平,水轮机导轴承的润滑性能直接关系着整个机组轴系的运行稳定,而导轴承的润滑,离不开导轴承油槽的润滑油,所以导轴承油槽的油量对导轴承至关重要,为此,导轴承油槽的密封性能对整个导轴承运行起到至关重要的作用。立式水轮发电机组长期运行过程中,轴承油槽里的油在环温下通过不断冷却瓦温进行热交换后温度就会逐渐升高,油的温度往往会达到45℃左右,从而造成油槽内的空气出现热膨胀现象,加上油槽内转轴的相对运动搅动,润滑油在离心力的作用下,就会形成泡沫,在油槽内部形成油雾。机组正常运行时,在转子高速旋转冷热风交换过程中,发电机风洞内油槽上部会形成一个低压区,在压差作用下,油槽内部的油雾就会从油槽内溢出,进而在定子线圈通风孔处不断粘附定子线圈周围的灰尘,随着运行时间的加长,形成的油泥堵塞发电机定子线圈通风孔,削弱定子冷却效果,促使定转子的运行温度升高,缩短定转子的绝缘使用寿命。
对立式水轮发电机组而言,各部导轴承油槽设置有密封盖,以阻止油槽内部油雾溢出,避免污染定转子及风洞环境。目前,对于轴承油槽上部与转轴之间的间隙一般采用的是间隙式密封或随动接触式密封。间隙式密封结构对密封具有一定的效果,但现实中对于高转速的大机组而言此类密封油雾溢出量仍然较大,效果不佳。接触式密封耐磨材料,材料硬度低于转轴硬度,一般是多层密封配合使用,长时间运行容易造成密封面磨损,密封间隙逐渐变大,使密封效果降低,油槽密封效果任然不理想。
随动接触式密封作为接触式式密封的一种改进升级形式,这种结构密封材料采用耐磨材料,密封块背部安装有弹簧,将密封块压在旋转轴上。轴转动时密封与轴间无间隙,保证无油雾溢出。但实际运行中,特别是随机组转速升高,密封大量失效。一个重要的原因是,当轴运动面与密封静面相对速度过高时,密封磨损快速加大,最终导致密封间隙扩大而失效。此外,因为是密封块背部安装有弹簧,将密封块压在旋转轴上一直接触,机组运动一直高速磨损,直至密封磨损消耗完,这种随动接触式密封接触面持续磨损摩擦会产生大量的热,引起热套转子膨胀导致脱落的设备隐患。
针对立式水轮发电机组导轴承油雾偏大的设备隐患,引子渡发电厂多年来进行了数次技术改造,经验总结,力求找到彻底解决此问题的方法,从最初的全密闭油雾风机抽吸的强迫循环方式,进而改造为接触式加呼吸器的自循环方式,实际运行后效果均较差,油雾依然过大,同时会产生甩油现象,严重威协到主设备的安全运行。为此,电厂成立了课题研究小组,针对运行过程中导轴承油雾过大的现象,调研油雾处理的新技术、新工艺、新材料的应用,结合原因分析,归纳总结经验,在设备原有结构的基础上进行技术改造的可行性技术分析,通过自行研究试验后决定采用改进的疏导式反螺旋式油雾密封。疏导式反螺旋油雾密封是在总结间隙式密封、接触式随动密封及空气密封等大量实际密封优缺点的的基础上,结合电厂自身设备特点,通过实验研究提炼出的一种新型的疏导式螺旋油雾密封,与传统密封“堵”的思路不同,其核心思路是在堵的基础上进行“疏”和“导”,将油槽中油雾通过螺旋的路径“引领”至集油箱,汇流成油滴后自流回轴承油槽的闭环路径,解决了当下油雾密封技术中存在的“间隙式密封油雾溢出大、接触式密封易磨损与发热,强排油雾难于与油槽气压均衡,而导致密封失效”等油雾密封效果不理想的缺点。
疏导式反螺旋油雾密封其关键技术点在于:“疏”,第一层密封为在密封盖密封面上开有反螺旋结构,螺旋内环面与转轴存在间隙,当机组转动时,利用油流体粘性,将密封面上存在的油雾由反螺旋带回油槽凝结;“导”,极少量穿过第一层密封的油雾在第二层反螺旋密封的作用下,通过另一根油雾疏导管,进入集油箱凝结形成液滴;“堵”,在第二层反螺旋密封的上端,第三层采用接触式随动密封,进行油雾密封。在油槽密封盖上开有溢油孔,用管道将油槽多余的油雾引入集油箱。在机组运行转动时,油雾经过“堵”、“疏”、“导”三种方式,在疏导式螺旋油雾密封的引领下在指定的管路中流动,从而实现密封油雾的目的。
这种疏导式反螺旋油雾密封,采用系统自动平衡气压,自行流动,油雾仅在油槽与集油箱压力不平衡时才流动,油始终在油槽与集油箱间交替流动,不会扩散到密封盖外而污染环境。通过疏导式反螺旋密封的研究与应用,解决了机组导轴承油槽油雾密封的难题,减小油槽因油雾损失的油量,节约成本,保证导轴承油槽油量及导轴承的润滑冷却性能,减小机组轴系的磨损与振动,保证了机组的安全运行水平;同时,改善机组风洞内定转子的运行环境,减小机组定转子端部及线圈通风孔处的油污,减轻了日常运行和维护的工作量,提升通风效果,降低运行温度,延长了机组定转子的绝缘使用寿命,提升了机组健康水平,其带来的经济效益明显,可在同类型机组导轴承油槽密封上推广使用该研究成果。