葛洲坝电站滑环油雾污染防治研究与处理

学术论文 2017-12-21 11:11:19
    1 概述
    水电站水轮发电机组在运行过程中,受油器和上导轴承内油雾有逸散现象,油雾会在滑环、碳刷、上机架中心体处形成油滴或积油,不仅会浪费润滑油,更重要的是油滴可能在附着在滑环上,磨损的碳粉颗粒也会粘黏在滑环上,影响其绝缘效果,甚至可能引发一系列的危险事故,严重影响了水轮发电机组的安全稳定运行。这种现象在水电站均普遍存在,只是污染程度不同。对此,各水电厂及相关制造、科研单位都进行过积极的研究和处理,由于各水电站机组的结构形式、布置方式、上导冷却方式等因素不同,各电站采取的针对措施也不尽相同。下面以葛洲坝电站机组为例,通过对滑环处积油来源的分析,提出处理及实施方案。
    2 油雾来源分析
    2.1 机组概况
    葛洲坝电站共安装有21台水轮发电机机组,分别装在二江厂房和大江厂房内,其中二江厂房安装有7台机组,大江厂房安装14台机组。1F、2F发电机型号为:TS1760/200-110,3F、5F、12F、15F发电机型号为SF150-96/15600,其余机组发电机型号为:SF125-96/15600。所有机组发电机结构均为立轴半伞式。机组均为轴流转桨式,在机组上部安装有受油器,进行轮叶调节,保持与导叶的协联配合。
    2.2 油雾来源
    机组停机检查时,发现上机架中心体顶部、滑环上部、上导油槽外围有油滴或积油现象。结合积油部位,通过对机组结构的分析及相关试验,确定机组油雾的来源主要有以下三点。
    2.2.1 固定油盆中油雾
    受油器是轴流转桨式水轮发电机组液压操作系统的一个重要部件之一,其主要作用是将调速系统的压力油自固定油管引入到操作油管,并将其传送至桨叶接力器,调整桨叶开度,从而使水轮发电机机组始终处在协联工况下运行。
    机组运行过程中,机组主轴及受油器操作油管是充满透平油的,与主轴相连接的上端轴内的油会随受油器转动油盆的转动甩出,聚集在受油器固定油盆内,然后通过回油管回流至集油槽。透平油在随转动油盆甩出的过程中会形成油滴或油雾,导致固定油盆内存在油雾。以12F、15F机组为例进行过统计,具体方法是:在受油器固定油盆侧边上部位置开孔,安装管路连接至油雾吸收装置,油雾吸收装置运行一段时间后对油雾吸收装置内积油进行测量,测量数据如表1。
    表中数据说明受油器固定油盆内油雾确实存在,在机组调节频繁时油雾较多。通过查看受油器图纸(图1),可以看到,此处油雾可能通过图中位置进入上机架中心体,进而在滑环、上机架中心体内聚集成油滴,污染滑环。
    2.2.2 上导轴承油雾
    机组在高速运转中,上端轴将有带动上导油槽内粘滞的透平油运动的趋势,由于上导瓦的阻挡作用,油面有涌高或飞溅的现象,会形成油雾。同时机组在运行时油温逐渐升高,油槽中的油和空气体积膨胀,油雾可能沿上导油槽密封盖与上端轴之间、上导油槽盖板与油槽上端面之间间隙逸出,造成上导轴承外围积油,油雾也可能在粘附滑环上,造成污染。
    2.2.3 轮叶反馈钢丝绳套管渗漏
    葛洲坝电站机组为轴流转桨式机组,通过导轮叶的协联配合保证机组正常高效运行。轮叶反馈装置中,轮叶反馈钢丝绳从回复轴承上部引出,然后穿过受油器体、上机架中心体,到达风洞外围。钢丝绳穿过受油器体时,防止透平油渗漏主要措施是在受油器体上加装套管,钢丝绳从其中穿过。但是机组检修时,发现套管下部普遍存在积油现象,主要原因是套管螺纹渗漏的透平油及套管中间油雾累积引起。此处积油可能通过固定油盆螺丝孔渗透进入上机架中心体;同时因油温高形成油雾,油雾或者积油可能沿上机架中心体上部孔洞进入上机架中心体,进而引起滑环污染。
    3 处理方案及效果
    3.1 解决固定油盆中油雾
    针对固定油盆中油雾,最直接的解决方法就是在固定油盆处安装油雾吸收装置,将此处油雾直接收集,防止油雾外泄。葛洲坝12F、15F机组曾经安装过受油器油雾吸收装置,但是效果不理想,不能达到油雾吸收的目的,反而会成为油雾发生器,最终取消该装置。既然固定油盆中油雾不能直接清除,那么怎样防止其扩散、减小污染滑环的可能成为需要解决的问题。方案一:改造固定油盆,如图3,增设迷宫式密封。经理论论证,此方案可以在一定程度上减小油雾逸散。
    方案二:改进滑环、碳刷,增设外罩及粉尘吸收装置,防止油雾及粉尘在其上积累。此方案经过厂家重新设计集电环,整合刷架与碳粉吸收装置,并在滑环室内增加碳粉除尘器,碳粉收集装置作为一套独立系统采用独立的控制盘柜。此方案在12F、15F、20F机组上投入实施后,未出现过滑环打火、局部过热等运行缺陷,碳粉吸收装置运行良好,能有效防止油雾在滑环上粘附,提高其运行稳定性。
    3.2 消除上导轴承油雾溢散
    上导轴承可能出现的油雾溢出处主要有两处:一、上导油槽密封盖与上端轴接触处,二、上导油槽盖板与其配合面处。油温的高低影响上导轴承的运行状态,油温高也会加速油雾的产生。针对问题一,葛洲坝电站进行上导油槽密封盖改造,由原来的迷宫环式密封改造为接触式密封。上导油槽密封盖使用接触式密封后,密封效果较好,有效防止油雾逸散。针对问题二,更换上导油槽盖板密封垫,对有问题的螺栓、盖板进行处理或更换,防止油雾从此处逸散。除此之外,葛洲坝电站还对上导轴承油冷器及供水管路进行改造,增加轴承冷却效果,降低油槽油温,不仅保证上导轴承处于良好的运行状态,而且降低了油雾的产生。
    3.3 轮叶反馈钢丝绳套管改进
    在目前使用的輪叶反馈钢丝绳套管上进行改造,消除油渗漏问题。在套筒外增设锁紧螺母,锁紧螺母下面增设密封圈,增加密封性。套管下部积油为无压油渗漏长期积累引起,两道密封足以应对此处渗漏油。同时在套管上部增加橡胶盖板,盖板中间留有钢丝绳穿过位置,用两块薄钢板将其固定。改进后套管如下图。套管改造后,机组运行一段时间后,检查发现受油器内套管下部没有积油,滑环上部上机架内壁上油珠明显减少。
    4 结束语
    本文对葛洲坝机组滑环油雾污染来源进行分析,确定不同油雾来源后,采取一系列的应对措施。通过对各方案的实施,最终取得良好效果,上机架中心体内油雾基本消除,保障滑环安全稳定运行,为其他同类型电站提供了改进经验。
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