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巖灘發電公司機組軸承密封蓋更新改造
2013-02-16
黃柳情
（大唐巖灘水力發電有限責任公司，廣西 大化 530811）
摘 要：巖灘發電公司4號機組各軸承采用了先進的TNS型接觸式密封蓋，該密封蓋的密封齒與轉軸表面接觸，實現無間隙運行，徹底解決了軸承由于密封不嚴而產生的油霧泄漏問題，對發電機組的安全生產、設備可靠性以、現場文明衛生以及創一流達標起到積極的作用。（大唐巖灘水力發電有限責任公司，廣西 大化 530811）
關鍵詞：軸承密封蓋；油霧泄漏；技術改造；巖灘發電公司
1 前言
大唐巖灘水力發電有限責任公司是中國大唐集團公司廣西分公司的下屬企業，是廣西電網的主力電廠和主要調頻廠。位于珠江流域紅水河中段的大化瑤族自治縣巖灘鎮，是紅水河十個梯級開發的第五級，裝機容量為4臺302.5MW，其水輪機型號為HLA286a—LJ—800型（1號、2號、4號機），HLA773a-LJ-800（3號機），Z高水頭：68.5m，設計水頭：59.4m，Z低水頭：37m，設計流量：580m3/s，額定出力：307.1MW（1號、2號、4號機），329.94MW(3號機)，額定轉速：75r/min；發電機型號為SF302.5-80/17000型，額定容量：345700KVA。均系哈爾濱電機廠生產。首臺機組于1992年9月投產發電，其后的2號、3號、4號機組分別于1993年8月、1994年6月、1995年6月相繼投運。因限于當時國內的技術水平，四臺機組軸承密封方式均為間隙密封，設計單邊間隙在1.5mm～2.0mm，由于間隙較大，機組運行時常發現有油霧從間隙逸出，造成上、下機架蓋板、風洞、機坑內砼地面及頂蓋上有許多油跡，給設備造成嚴重的油污染，對發電機組的安全生產、設備可靠性、現場文明衛生以及創一流達標帶來很大困難。為此，自2004年初我們結合機組檢修分別對2號、4號機上導、下導、推力、水導軸承密封蓋進行了更新改造，采用了哈爾濱通能電氣股份有限公司開發的TNS型接觸式密封蓋，機組運行至今未發現有油霧泄漏現象，根本上解決了油污染問題，為提高機組安全運行以及設備可靠性打下了基礎。
2 水輪發電機組各軸承的特點
2.1 上導軸承、下導軸承均采用內部油自循環分塊瓦結構，各有12塊鎢金瓦、12個抽屜式油冷卻器，軸承體為鑄鋼，是承受徑向動荷的主要零件；軸承密封蓋材料為鑄硅鋁ZL102。
2.2 推力軸承亦采用內部油自循環，推力瓦為塑料瓦、大托盤、彈性油箱可調式支撐結構，總推力負荷為27500kN。為了加強油的循環在軸承內圓設置葉輪泵。共有16塊推力瓦，16個抽屜式油冷卻器；軸承密封蓋材料為鑄硅鋁ZL102。
2.3 水導軸承為支撐式分塊瓦結構，共12塊鎢金瓦，軸承冷卻器為固定式兩半結構。軸承體為鑄鋼，是承受徑向動荷的主要零件；軸承密封蓋材料為鑄鐵。
2.4 各軸承密封蓋均為圓錐式四半結構，合縫面用橡皮墊密封。通過連接螺栓將密封蓋固定在軸承座（密封支持座）上，密封蓋與旋轉軸的設計單邊間隙為1.5～2.0mm，此外，在密封蓋上段靠近軸領部位設有羊毛氈以避免軸承蓋碰傷軸領工作面。
3 對軸承密封蓋改造的必要性
4臺機組因油霧擴散造成發電機上下機架、風洞、水車室等地面存在大量油跡，設備也因油污染產生銹蝕、卡阻或操作不靈活等缺陷，主要表現在：
3.1 4臺機組轉子制動器受油霧污染后其活塞及活塞缸體容易產生銹斑，活塞上下動作不靈活，經常有卡阻現象，每次開停機運行人員都要特別小心，都要一一檢查制動器是否完全下落或完全頂起，稍有不慎就會造成帶制動器開機事故。雖然每次大修都要對制動器進行全面分解檢查，每次都發現制動器活塞、活塞缸等有不同程度的銹斑，進行處理后回裝，不到幾個月又發現制動器有卡阻現象。同時由于制動器活塞上下動作不靈活又導致了制動塊受到不均勻載荷的作用力，使制動塊受力不均勻，摩擦面傾斜或邊角崩裂現象。4臺機組分別投產不到5年其轉子制動塊就有許多出現邊角崩裂現象，于1996年機組檢修時進行次更換，至2001年機組檢修時又進行第二次更換。而1號、2號、4號機組制動器也因活塞及活塞缸銹蝕嚴重（Z深的有0.55mm左右）、制動塊邊角崩裂等缺陷被迫于2006年、2007年、2008年進行了更換。3號機組制動器也計劃于2009年冬結合機組檢修進行更換。另外，由于制動器活塞及活塞缸銹蝕還引起制動器在動作時振動加劇，行程擋板經常脫落，導致信號頻發。
3.2 4臺機組上導、下導、推力、水導、空氣冷卻器技術供水管受油霧污染后銹蝕穿孔漏水，幾乎隨處可見滴漏現象，補焊時出現焊縫擴散現象，加大了處理的難度。特別是在豐水期，機組滿負荷運轉時，無法停機處理，只能用膠皮臨時擋住水后，將水引至水溝。冷卻水管漏水不僅浪費水源、污染環境，還會因冷卻水量不足而導致各軸承瓦溫升高，使機組無法正常運行；如發電機上導軸承冷卻水管在機組運行時漏水，使轉子受潮，容易造成轉子繞組接地故障；發電機進風溫度和水溫過高時，容易導致轉子繞組匝間短路及定子繞組短路等，這將使發電機組的善后修復難度加大。所以，為杜絕以上事故發生，我們分別于2004年起結合機組檢修將原1號、2號、3號、4號機組的上導、下導、推力、水導、空氣冷卻器的技術供水管（低壓焊接鋼管）更換為不銹鋼管。
3.3 在水車室內可發現下支架軸承座底部有油往下滴，落在發電機大軸與水輪機大軸連接螺栓上，使連接螺栓生銹，大修時難以拔出，我公司曾在2003年1號機組大修中有一顆大軸連接螺栓生銹嚴重而被迫更換。而下機架蓋板原使用的隔音及防振羊毛氈也因吸滿了污油，經常有污油往水車室內滴漏，造成頂蓋、接力器油分配器等表面有許多油跡，每次機組大小修都花費大量的時間進行清掃。
3.4 油霧的大量泄漏造成油槽內油量不足，機組運行一段時間后必須往油槽內補充油量。
3.5 由于我公司機組及廠房振動較大，密封蓋在運行一段時間后與轉軸之間的間隙變為不均勻，造成密封蓋局部偏磨，甚至發生塑性變形，油槽內油容易從變形處溢出，不僅增加了漏油量，而且羊毛氈被磨損后掉入油槽內，使透平油受到污染，影響軸承的潤滑效果。
3.6 油霧的擴散將嚴重污染定子線棒，損壞線棒絕緣，降低線棒的絕緣強度及使用壽命。
種種現象表明軸承內油霧擴散對機組設備的損害程度是不可低估的，所以我們不能把軸承密封蓋間隙加大問題視為小事，必須結合實際情況，采取有力措施解決密封蓋間隙加大而產生的油霧泄漏問題。
4 TNS型接觸式密封蓋的特點及使用后的效果
TNS型接觸式密封蓋是針對水輪發電機組上導軸承、下導軸承、推力軸承及水導軸承等密封蓋，由于密封齒與轉軸存在間隙、密封齒在運行中被磨損后間隙過大又無法補償，而導致密封不嚴，造成軸承室潤滑油及油霧大量泄漏而研制的產品。此類密封蓋具有如下特點：
a) TNS型接觸式密封蓋其密封齒與轉軸表面接觸，實現無間隙運行；
b) TNS型接觸式密封蓋其密封齒沿圓周為多等分結構，每瓣均能與軸形成徑向跟蹤，徑向前進量1mm，后退量2.5mm，因此在轉軸偏心運行時，可以自動跟蹤，實現無間隙運行；
c) 與轉軸接觸材料采用特種復合材料，具有自潤滑特性；
d) TNS型接觸式密封蓋在運行中不操作轉軸，不引起轉軸震動及軸溫升高；
e) 每個上導、下導、推力及水導軸承密封蓋上各安裝4個油霧分離器，該分離器要具有減壓及將油氣分離的功能；
f) 由于TNS型接觸式密封蓋與轉軸接觸運行，因此在安裝時無需調整間隙，所以安裝十分方便。
我公司在2004年3月份結合機組檢修首先對2號機水導軸承密封蓋進行了更新改造，采用了哈爾濱通能電氣股份有限公司開發的TNS型接觸式密封蓋，經過近一年時間的觀察，發現水車室周圍環境油污染現象明顯減少，于是在2004年底及2005年上半年結合機組檢修分別將2號機上導、下導、推力軸承密封蓋及4號機上導、下導、推力、水導軸承密封蓋更換為TNS型接觸式密封蓋，機組運行至今未發現各軸承有油霧泄漏現象，上下機架蓋板、風洞、水車室及機坑內砼地面等均無油跡現象，油霧泄漏問題得到了徹底解決。
5 經濟效益分析
將軸承密封蓋更換為TNS型接觸式密封蓋后，將延長設備使用壽命，保證機組的安全，縮短檢修工期，降低檢修費用，從而達到提高經濟效益的目的。如每年每臺機組小修期用于處理發電機上導、下導、推力、水導軸承部分油污的至少需要15人、8小時才能處理干凈，按機組額定功率30.25MW、電價0.13元/KW·h計算折合人民幣31.46萬元，經濟效益十分可觀。而發電機制動器、定子線棒等設備由于受油污染后可能造成的經濟損失是無法估量的。
6 結語
實際運行表明，TNS型接觸式密封蓋在巖灘發電公司的應用是成功的，可從根本上解決油槽蓋與發電機、水輪機大軸因存在間隙而導致的油霧泄漏問題；減少耗油和污染發生；凈化發電機風洞及水車室內部環境，縮短檢修工期，降低檢修費用，同時可將機組的安全穩定運行提高到一個新的臺階。
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