1.立项背景

瀑布沟水电站设有6台单机容量600MW的混流式水轮发电机组，自电站投运以来，水轮发电机轴承油槽存在不同程度的油雾现象，油雾随机组通风路径扩散后致使发电机下导轴承油槽盖、下机架中心体内、转子下圆盘边缘、发电机空气冷却器风口、下机架及水车室花铁板等部位存在大量油迹，污染发电机定子铁心、定子线棒及转子线圈，严重危及机组安全稳定运行。

虽然目前国内大部分巨型水轮发电机组的轴承油槽采用了稳流板、吸油雾装置、碳精块接触式油槽盖等防油雾措施，但油雾污染的防治实际效果均不理想。2014年以来，国电大渡河瀑布沟水力发电总厂基于巨型水轮发电机组普通存在严重油雾的现状，在行业内首次全面系统提出了基于自适应智能控制的巨型水轮发电机组油雾污染防治技术，并不断进行了研究与实践。

2.主要方法及原理

本项目从发电机轴承油雾形成机理及油雾泄漏路径入手，按发电机油雾来源分为轴承油槽外甩油雾和内甩油雾两类进行了综合研究，在不改变发电机轴承结构的前提下，应用基于自适应智能控制理论，通过采取密封阻挡与抽吸回收相结合的综合防治技术，主要方法如下：

（1）轴承密封盖采用组合密封的密封结构。组合密封由三道接触密封齿及两道柔性密封片组成，组合密封示意图如图1所示。接触密封齿按圆周方向等分为偶数份，每等份密封齿通过专用弹簧的作用能灵活地径向前进和后退，保证跟随大轴的转动做到实时跟踪，同时弹簧能够有效补偿密封齿的运行磨损量，实现了密封齿与大轴零间隙密封；接触密封齿材料采用非金属复合材料，该材料具有良好自润滑功能、磨擦系数较小，并具有耐油、耐高温、耐腐蚀等特性，并且密封齿与大轴为尖齿线形接触，极大地减轻了密封齿与大轴间的磨擦热量，又起到良好的密封阻挡作用。柔性密封片具有自动密封功能，该材料具有优良的自润滑性能、磨擦系数极小、耐油、耐高温、耐磨擦，机组在运行中由送风装置的送气及大轴旋转产生风压的共同作用，使柔性密封片自动鼓起紧密贴合大轴，达到最佳的密封状态；密封盖的组合密封能彻底避免油雾及油通过大轴与密封盖的间隙泄漏。

图1 组合密封示意图

（2）采取基于自适应智能控制密封盖压力。组合密封的结构形式将密封盖的密封部分分为上、下两个腔室，在密封盖上腔室安装送风装置，送风装置在规定的时间内工作，向上腔室送入适量正压气体，该气体风量通过自适应智能控制计算为合适风量，同时上腔室设置压力传感器，基于测量的压力自适应智能控制使上腔室内压力始终保持在设定值范围内，当上腔室压力减小时，通过压力传感器的监测，发出有效信号到自适应智能控制单元，通过控制单元进行数据分析，并发出信号指令，对送气装置进行调速加压，保证上腔室压力始终在设定值范围内，防止该区域形成负压，隔断油雾外泄通道，并有利于柔性密封片自动鼓起密封，形成最佳密封状态，并在送风装置出风口侧加装单向阀，避免油雾在送风装置停运状态从送风通道外泄；在密封盖下腔室安装油雾自动处理装置，将下腔室的油雾抽吸进油雾处理装置，并将油雾进行油与空气分离处理，分离后的油回流至油槽内，并在油雾自动处理装置吸油雾口侧及排油口侧加装单向阀，避免油雾在油雾自动处理装置停运状态从油雾吸收处理通道外泄。送风装置及油雾自动处理装置路径示意图如图2所示，送风装置和油雾自动处理装置分为两组，实现了油雾的抽吸与回收处理。同时密封盖上安装6只呼吸器，呼吸器使油槽内的油雾在通过呼吸器内的折流板过程中使油雾凝结成油滴，油滴返流回油槽内，经过滤处理的空气被排出油槽，保障了油槽内外压力平衡，避免油槽内油雾因内外压差大溢出。

图2 送风装置及油雾自动处理装置路径示意图

（3）结合设备空间位置更换加高的油槽密封盖。结合设备安装尺寸，最大加高油槽密封盖，增大轴承油槽内部容积，有效地增加了油雾的凝结空间，一定程度上减轻了油雾的形成。

（4）在密封盖动密封对应的大轴位置下部加装挡油环。挡油环采用非金属材料，大轴焊接挡块用于固定挡油环，挡油环阻止润滑油顺着轴向上攀爬，挡油环相对面有油雾吸收层，可有效吸收挡油环甩出的油滴，避免油滴四处飞溅，进一步减轻了油雾的形成和扩散。

（5）在推力轴承内挡油管与大轴间加装具有组合密封结构的接油槽。在接油槽对应的大轴区域上部50mm处加装挡油环，接油槽及挡油环结构示意图如图3所示，将油槽由于内甩油和负压吸出的油雾封闭在密闭空间，使油雾在密闭空间内凝结，通过挡油环将凝结的油滴收集在接油槽内，从而有效地避免了油槽内甩油和负压吸出的油雾扩散，接油槽及挡油环结构示意图如图3所示；同时在接油槽上装设4只呼吸器，保证接油槽内外压力平衡，防止接油槽内部产生较大负压吸出轴承内的大量油雾，另在接油槽底部装设2根排油管，定期排放接油槽内收集的积油，防止接油槽内积油过多通过组合密封大量外泄。

图3 接油槽及挡油环结构示意图

创新亮点和值得学习借鉴之处

采用基于自适应智能控制密封盖压力。

密封盖上腔室安装送风装置，送风装置在规定的时间内工作，向上腔室送入适量正压气体，该气体风量通过自适应智能控制计算为合适风量，同时上腔室设置压力传感器，基于测量的压力自适应智能控制使上腔室内压力始终保持在设定值范围内，当上腔室压力减小时，通过压力传感器的监测，发出有效信号到自适应智能控制单元，通过控制单元进行数据分析，并发出信号指令，对送气装置进行调速加压，保证上腔室压力始终在设定值范围内，防止该区域形成负压，隔断油雾外泄通道，并有利于柔性密封片自动鼓起密封，形成最佳密封状态，第一止回阀能避免油雾在送风装置停运状态从送风通道外泄；下腔室设有油雾自动处理装置回收处理油雾，下腔室还设有吸油雾口和排油雾口，在吸油雾口和排油口分别设有第二止回阀和第三止回阀，由油雾自动处理装置抽吸轴承油槽中的油雾，进行油与空气分离处理，分离后的油回流至油槽内，第二、第三止回阀能避免油雾在油雾自动处理装置停运状态从油雾吸收处理通道外泄。

（2）油槽密封盖选用高密封盖。

结合设备空间位置选用最高的密封盖，尽最大可能增大轴承油槽内部容积，有效地增加油雾的凝结空间，一定程度上减轻了油雾的形成。

（3）轴承的下端装设接油槽。

在轴承的下端装设有与大轴相连的接油槽，使推力油槽内挡油管与大轴区域形成封闭空间，将油槽由于内甩油和负压吸出的油雾封闭在密闭空间，使油雾在密闭空间内凝结，并在接油槽底部装设排油管自动排油，彻底阻挡了油槽内甩油和负压吸出的油雾泄漏扩散。

（4）组合密封采用三道接触密封齿与两道柔性密封片结构。

高密封盖、接油槽采用组合密封与大轴相连，组合密封能使大轴与高密封盖、接油槽形成真正零间隙密封，能彻底阻挡油雾通过高密封盖、接油槽与大轴密封处泄漏，组合密封的三道接触密封齿与两道柔性密封片将密封盖的密封部分分为上、下两个腔室结构形式。组合密封的接触密封齿按圆周方向等分为偶数份，每等份密封齿通过弹簧的作用能灵活地实现径向前进和后退，保证跟随大轴的转动做到实时跟踪，同时弹簧能够有效补偿密封齿的磨损量，实现了密封齿与大轴零间隙密封，接触密封齿材料采用非金属复合材料，该材料具有良好自润滑功能、磨擦系数较小，并具有耐油、耐高温、耐腐蚀等特性，并且密封齿与大轴为尖齿线形接触，极大地减轻了密封齿与大轴间的磨擦热量，又起到良好的密封阻挡作用；柔性密封片具有自动密封功能，该材料具有优良的自润滑性能、磨擦系数极小、耐油、耐高温、耐磨擦，机组在运行中由送风装置的送气及大轴旋转产生风压的共同作用，使柔性密封片自动鼓起紧密贴合大轴，达到最佳的密封状态。

（5）油槽设置上、下二道挡油环。

在高密封盖的组合密封位置下方还设有第一挡油环，在接油槽与大轴连接位置的上方还设有第二挡油环，第一挡油环和第二挡油环均为非金属复合材料，挡油环随大轴旋转，阻挡润滑油及油雾沿轴攀爬，使得油雾在密闭空间内凝结成油滴，便于回收处理。

（6）高密封盖、接油槽设置呼吸器。

高密封盖上设有6只呼吸器，在接油槽上设有4只呼吸器，通过呼吸器内的折流板作用使油雾凝结成油滴，油滴返流回轴承油槽和接油槽内，经过滤处理的空气被排出轴承油槽，保障了轴承油槽和接油槽的压力与外部压力平衡，避免轴承油槽和接油槽内油雾因内外压差大溢出。

4.实施应用前后效果（益）情况对比

本项目成功应用于瀑布沟水电站6台水轮发电机组，经过长时间运行检验，机组各部轴承密封盖未发现油雾痕迹，机组风洞、下机架及水车室内未见积油，彻底解决了发电机轴承油雾污染的难题，避免了油雾引发的设备抢险及电量损失，每年可节约2497.8万元，切实保障了机组安全、经济和可靠运行。

5.可推广应用范围

本成果不改变发电机轴承结构，按发电机油雾来源分类研究，采取基于自适应智能控制技术，应用基于自适应智能控制理论，通过采取密封阻挡与抽吸回收相结合的综合防治技术，彻底解决了巨型水轮机发电机组普通存在油雾污染难题；本成果结构合理，密封可靠有效，能够满足各种运行工况的需要，安装便捷、实用性强，作为防治大型水轮机发电机油雾污染问题的一种有效技术手段，在行业内具有较强的推广意义。