CN105674036B - 水轮发电机轴承油槽油雾的收集方法及油雾收集装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水轮发电机轴承油槽油雾的收集方法，其特征是：在轴承油槽外部，设立半封闭式油雾吸收空间，形成抽取油雾与空气的混合通道，在释放轴承油槽压力的同时，实现只针对油槽溢出油雾的有效收集。油雾收集装置，包括水轮发电机轴承油槽盖板油雾排出孔、油雾排出孔上部空间扣装有吸气腔罩体构成半开放式油雾及空气混合腔，所述吸气腔罩体通过法兰与水轮发电机轴承油槽盖板固接，所述吸气腔罩体上设有空气进气口、油雾吸入口和吸风口，所述吸风口通过连接软管与油雾净化装置连通。有益效果：通过油雾收集装置的半开放式油雾空气混合腔，送进的空气混合油槽内的油雾，可将水轮发电机轴承油槽溢出的油雾进行处理分离。
Description
技术领域
本发明属于水轮发电机，尤其涉及一种水轮发电机轴承油槽油雾的收集方法及油雾收集装置。
背景技术
水轮发电机组轴承油槽，因结构设计形式、制造安装质量以及运行工况等因素的影响，运行中存在甩油及油雾溢出现象。不管是早期机组还是近期机组、国内外的机组，立式或卧式机组均会出现油雾困扰问题。
油雾形成原因分析：水轮发电机组在运行过程中，油槽中的润滑油会被高速运转的部件甩出，使油飞溅和雾化，当油雾聚集到一定程度，油槽内空气压力升高，油雾就会从密封部件与转动部件结合的薄弱处溢出，包括轴承油槽盖与大轴间缝隙、呼吸孔、油槽盖板接缝处、内挡油筒等，导致大量油雾在发电机内部弥漫，在定子、转子绝缘层上形成油雾附着层造成腐蚀，使其绝缘性能下降，极易造成发电机定子转子线圈短路或击穿，威胁发电机的运行安全。油雾附着灰尘在定子铁芯通风沟和转子磁极通风沟处堆积，造成发电机通风散热变差，严重影响发电机散热效果。另外也会与碳刷粉末在滑环室结合形成油污，附着在刷架和集电环支架上，致使接地短路，严重影响机组的安全和运行。历年来各电厂技术人员针对清除油雾问题采取多种措施。有些措施短期能取得一些效果，运行一段时间则无法有效解决此问题。
目前各电站一般采用以下手段对油雾进行处理：
1)设置呼吸器
在水轮发电机冷却油槽盖外壁上安装呼吸器，呼吸器内部有互相交错的挡板，油槽内溢出的油雾沿着挡板排出，其工作原理是延长油雾的溢出路线，使部分油雾凝集在呼吸器挡板壁上，对减少油雾溢出会产生一定的效果；
2)改善油槽内部结构，减小油面波动，防止油雾溢出
详见《防爆电机》2012.NO 1作者宋洪占的《立式水轮发电机轴承防甩油及油雾溢出结构分析》一文：“增加挡油管的刚度、圆度，防治运行时与转动部件产生泵效应；另一方面是增加稳油板或稳油密封盖，尽量减小油面波动；再有就是设置吸油雾装置及补气管路，及时将机组运行时产生的油雾排出，防止油雾聚积、溢出污染定转子。”
3)改善密封，控制甩油，封堵油雾
专利号：ZL 941093824公开了一种防止油、水、氢泄漏机构，由座板、弹簧片、导板、定位螺杆、大、小档油板等组成，其特点是座板设有固定孔，弹簧片固定在导板背部上，两块大挡油板和两块小挡油板分别固定在对接的导板端部两侧面上，装有小档油板的导板一端插入装有大挡油板的导板一端部内联接，装有弹簧片的导板置于座板的导槽内，并用定位螺杆联接，组成防止油、水、氢泄漏机构。详见《水电站机电技术，2005(06)》杨明生的《大型水力发电机组推理油槽油雾防治研究》“从控制油源入手，采用特殊材料制成的接触式油挡(油槽盖板)将油或者油雾封死在油槽里。”CN2013204631297公开了一种水轮发电机外加动力的气密封装置，它包括上气密封盖(1)和下气密封盖(2)，上气密封盖(1)与滑转子(3)之间、下气密封盖(2)与滑转子(3)之间均沿轴向设置有三道迷宫密封(4)，相邻两个迷宫密封(4)间形成空腔，靠近油池内侧的出气收集腔(6)通过出气管(8)连接油雾分离过滤装置(9)，远离油池内侧的进气高压腔(7)通过进气管(10)连接高压气源。
专利号CN2013207419977公开了一种水轮发电机机架油雾防逸出的密封装置，它包括第二层油封、第一层油封、回油孔、机架密封盖和封油毛毡，其特征在于，机架密封盖紧贴发电机主轴的一个端面从上向下依次设有第二层油封、第一层油封和封油毛毡，第二层油封和第一层油封之间的机架密封盖部分还设有回油孔；所述的回油孔连通第二层油封和第一层油封之间的空间和封油毛毡下方的空间。立式水轮发电机的机架密封除了进行密封外，因与主轴间存在很大的间隙，密封主要靠毛毡等进行密封，新设计除了增加毛毡密封外，将密封结构改为二层密封，第一层与第二层间增加了回油孔设计。
专利申请号201520326214.8公开了一种自泵式水轮发电机组轴承油雾收集装置，它包括水轮发电机大轴，在水轮发电机大轴上固定安装有叶轮，叶轮以叶轮径向旋转面分为上部轮叶区和下部轮叶区，叶轮外设置包裹叶轮的叶轮外壳，叶轮外壳的底部与水轮发电机大轴的机组轴承油槽盖相连，叶轮外壳设置有出口管道，出口管道与油雾冷凝器连接，油雾冷凝器后设置油液回收罐，油液回收罐上设置有油位计。
4)吸出油雾，加装净化设备：
《华电技术》2008(11)郑建峰、张国芳、蒋池剑等人的《水轮发电机组下风洞内无油无尘化初探》，“从油槽内部引出排油雾装置，在配备传统的空气呼吸装置的同时从油槽内部引出排油雾装置，可以很好地解决运行过程中的油雾问题。”
《空冷水轮发电机自然补气集油雾装置设计》Jan2014Vol.42No.2，于华艳，王岩禄等人的《机床与液压自然补气集油雾装置》叙述了“无需使用专门的辅助补气装置，利用发电循环风实现自然补气，无须附加气源。利用简单的方法维持了发电机轴承油槽内的气压平衡，使空气流通顺畅，提高了油雾分离效果。”
现有的对水轮发电机大型轴承的油雾处理方案均有很多缺陷，并没有彻底解决油雾外溢问题。
(一)设置呼吸器是本领域技术人员的惯用技术手段
几乎所有的水轮发电机轴承设计时均设有呼吸器，以释放油槽内部压力，但因为发电机内部结构空间小、油槽内油位较高，油槽内油位上部空间无法加大到理想程度，造成油雾容积空间不足，油槽内油雾压力过高，呼吸器无法全部聚结通过的油雾，从而形成了油雾外泄的直接通道。
(二)从改善油槽内部结构以减小油面波动，防止油雾溢出方面着手，在已投运的机组中改造难度巨大，很难实现。在新项目设计中由于油槽内部轴承结构复杂，不确定性过多，加之安装调试差异，导致常出现同一结构在不同电站或同一电站不同机组中差异很大，无规律可循，也由于水轮发电机设计生产单位因设计周期短，油雾问题一般不在机组性能指标考核范围内，重视度不足，在国外也无成熟技术方案。所以一直没有从根本上解决油雾问题。
近十几年来行业内的专家、技术人员都从改善轴承油槽密封方面进行了大量的探讨和实践，已经取得了成果。很多方法都解决了轴承油槽转动部件与固定部件接触面的密封问题。通过这一问题的解决可有效地解决轴承甩油和大轴的爬油外溢问题，使机组内部的油污污染程度有了很大的降低。但是这只是“堵”的方法，密封严密了，油槽内部的油雾并不会减少，并且因为油槽在结构上并不是一个完全密闭的承压空间，这就造成了油雾会寻找出路，释放压力。从而加大了呼吸器、内挡油桶、油槽盖板间隙等处的油雾外泄量。经常出现对油槽盖板密封结构加强了以后，油雾大量从油槽内挡油桶溢出，水车室油雾明显增加的现象。油雾外溢的问题并没有彻底解决。
(三)油雾收集装置在水轮发电机行业的应用是在三峡电厂的主机设备招标需求中首次提出的，因当时已经对机组内部的清洁及油雾问题开始重视，要求国外顶级设备商如GE、ALSTOM、VOITH采取措施消除油雾对机组影响。在最终中标厂商的设计方案中都加装了各种结构的油雾收集装置，此后国内各厂家也积极效仿。
此类油雾收集装置的统一特点是通过风机产生负压将油槽内的油雾吸出，再通过各种方式将油雾分离(有离心式、静电式、过滤式等)，但由于油槽内的油雾是持续产生的，而且油面上的空气都是油气混合体，在被抽出的一瞬间，新的油雾立刻产生，故对油雾收集装置的油雾处理能力要求很高。一是要求处理能力强；二是要求维护周期长(因机组一般为不间断长期运行)；三是要求体积小(空间有限)。因此导致此类油雾收集装置投运初期有一定效果。随着运行时间增长，因处理能力不足，效果越来越差，有的甚至出现油雾被吸出，又没经分离处理，即直接排出，形成了更加严重的二次污染。水轮发电机组轴承油槽产生油雾是水轮发电机行业内一个长期存在的共性问题。水轮发电机行业亟待解决这一技术难题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种水轮发电机轴承油槽油雾的收集方法及油雾收集装置，实现只针对油槽溢出油雾的有效收集。
本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种水轮发电机轴承油槽油雾的收集方法，其特征是：在轴承油槽外部，设立半封闭式油雾吸收空间，形成抽取油雾与空气的混合通道，在释放轴承油槽压力的同时，实现只针对油槽溢出油雾的有效收集；
具体步骤如下：
1)在轴承油槽盖板上设置油雾排出孔，并固接油雾收集装置，在轴承油槽盖板的外部空间建立半封闭式油雾吸收空间，形成油雾及空气混合腔，油雾及空气混合腔与油雾排出孔连通，油雾及空气混合腔通过吸风管道与油雾净化装置连通；所述油雾收集装置上设有与外界连通的空气进气口，可以使半封闭式油雾吸收空间中吸进新鲜空气；
2)油雾及空气混合腔的空气进气口面积大于油雾排出孔面积，用以消除油雾净化装置风机产生的多余负压；
3)调整油雾净化装置的风机风量或加大空气进气口，以保证轴承油槽内压力与外界压力平衡；
4)启动油雾净化装置的风机工作，通过油雾及空气混合腔的空气进气口吸入新鲜空气，新鲜空气向上流动过程中混入从轴承油槽盖板油雾排出孔溢出的油雾，形成抽取油雾与空气的混合通道，实现只针对油槽溢出油雾的有效收集，同时释放轴承油槽压力。
所述油雾及空气混合腔的容积与油雾净化装置的风机风量相匹配，在风机工作状态下，保证油雾及空气混合腔内压力为负压。
所述油雾净化装置在大型水轮发电机组上设置1-6台；在小型水轮发电机组上设置1-2台。
一种油雾收集装置，包括水轮发电机轴承油槽盖板以及盖板上的油雾排出孔、油雾净化装置，其特征是：所述油雾排出孔上部空间扣装有吸气腔罩体构成半开放式油雾及空气混合腔，所述吸气腔罩体通过法兰与水轮发电机轴承油槽盖板固接，所述吸气腔罩体上设有若干个空气进气口及油雾吸入口和吸风口，所述油雾吸入口与油雾排出孔连通，所述吸风口与半开放式油雾及空气混合腔连通，吸风口通过连接软管与油雾净化装置连通。
有益效果：与现有技术相比，本发明有效解决水轮发电机组油槽“油雾外泄”的难题。制造工艺简单、成本低、安装维修方便、实用性强；提高了设备的利用率，简化了装置结构。通过油雾收集装置的半开放式油雾及空气混合腔，送进的空气混合油槽内的油雾，释放油槽内压力的同时，又可将水轮发电机轴承油槽溢出的油雾进行处理。通过油雾及空气混合腔的设置，可以实现对油槽内溢出油雾的有效收集，做到释放油槽压力，消除传统油雾吸收装置处理能力不足的缺陷，消除油槽润滑油被大量吸出的现象。油雾收集装置的吸收效率高，维护方便，运行安全可靠，消耗能量小。
附图说明
图1是本发明的工艺流程框图；
图2是油雾收集装置的结构示意图；
图3是图2的A向视图。
图中：1、油雾及空气混合腔，2、油雾吸入口，3、空气进气口，4、吸风口，5、油槽，6、油雾净化装置，7、连接软管，8、液面。
具体实施方式
下面结合较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。
详见附图1，一种水轮发电机轴承油槽油雾的收集方法，在轴承油槽外部，设立半封闭式油雾吸收空间，形成抽取油雾与空气的混合通道，在释放轴承油槽压力的同时，实现只针对油槽溢出油雾的有效收集；
具体步骤如下：
1)在轴承油槽盖板上设置油雾排出孔，并固接油雾收集装置，在轴承油槽盖板的外部空间建立半封闭式油雾吸收空间，形成油雾及空气混合腔，油雾及空气混合腔与油雾排出孔连通，油雾及空气混合腔通过吸风管道与油雾净化装置连通；所述油雾收集装置上设有与外界连通的空气进气口，可以使半封闭式油雾吸收空间中吸进新鲜空气；
2)油雾及空气混合腔的空气进气口面积大于油雾排出孔面积，用以消除油雾净化装置风机产生的多余负压；
3)调整油雾净化装置的风机风量或加大空气进气口，以保证轴承油槽内压力与外界压力平衡；为满足上述条件，将多余的轴承油槽盖板上的油雾排出孔进行封堵或当油雾排出孔数量不足时另外开孔；
4)启动油雾净化装置的风机工作，通过油雾及空气混合腔的空气进气口吸入新鲜空气，新鲜空气向上流动过程中混入从轴承油槽盖板油雾排出孔溢出的油雾，形成抽取油雾与空气的混合通道，实现只针对油槽溢出油雾的有效收集，同时释放轴承油槽压力。所述油雾及空气混合腔的容积与油雾净化装置的风机风量相匹配，在风机工作状态下，保证油雾及空气混合腔内压力为负压。
油雾净化装置数量根据水轮发电机组的规格配置，所述油雾净化装置在大型水轮发电机组上设置1-6台；在小型水轮发电机组上设置1-2台。如大型水轮发电机组的推力轴承可设置2-6台油雾净化装置；导向轴承可设置1-2台油雾净化装置。
详见附图2、3，一种油雾收集装置，包括水轮发电机轴承油槽5盖板(图中未示)以及盖板上的油雾排出孔、油雾净化装置6，所述油雾排出孔上部空间扣装有吸气腔罩体构成半开放式油雾及空气混合腔1，所述吸气腔罩体通过法兰(图中未示)与水轮发电机轴承油槽盖板固接，所述吸气腔罩体上设有若干个空气进气口3、油雾吸入口2和吸风口4，所述油雾吸入口与油雾排出孔连通，所述吸风口与半开放式油雾及空气混合腔连通，吸风口通过连接软管7与油雾净化装置连通。
工作原理和过程
在发电机轴承油槽与带有抽风机的油雾净化装置之间设置的半开放式的油雾与外部空气的油雾及空气混合腔，油雾及空气混合腔的出口端与油雾净化装置相连，使油雾及空气混合腔内形成一定负压。油雾及空气混合腔的进口端分别与油槽和外部空间相连。吸气腔罩体与油雾净化装置风机共同作用在油雾及空气混合腔内形成有效负压，以保证发电机油槽中溢出的油雾不向外部空间散发，即油雾及空气混合腔进口端与外部空间连接器处形成的风向必须为由腔外至腔内。
油雾及空气混合腔内由油雾净化装置风机与外部空间连接口形成的油雾净化装置风幕可阻挡油槽溢出的油雾外泄。同时将外泄的油雾与油雾及空气混合腔由外向内的气流一起吸到油雾净化装置。从而达到释放油槽内部压力的目的，保证油槽液面8不变，从根本上解决油雾外溢问题。
同时大大降低了油雾处理分离能力的要求。以前要求对油槽内的油雾全部进行分离处理。而通过上述方法只针对溢出油槽的油雾进行处理，这样也避免了润滑油的损失。
通过油雾及空气混合腔的设置，可以实现对油槽内溢出油雾的有效收集，做到释放油槽压力，消除传统油雾收集装置处理能力不足的缺陷，消除油槽润滑油大量吸出现象。
风机过大的风量(负压)会通过空气进口进行消减，如再有过量发生，在油槽内出现负压时应减小风机风量或加大空气进风口进行调节。
上述参照实施例对该一种水轮发电机轴承油槽油雾的收集方法及油雾收集装置进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种水轮发电机轴承油槽油雾的收集装置，所述装置包括与水轮发电机轴承油槽盖板以及油槽盖板上的油雾排出孔、油雾净化装置(6)，其特征是，
1)所述油雾排出孔上部空间扣装有吸气腔罩体，所述吸气腔罩体通过法兰与所述油槽盖板固接，构成半开放式油雾及空气混合腔(1)；
2)所述吸气腔罩体上设有：油雾吸入口(2)、若干个空气进气口(3)、及吸风口(4)；
3)所述油雾吸入口(2)与油槽盖板上的油雾排出孔连通；
4)所述吸风口(4)与油雾及空气混合腔(1)连通，通过连接软管(7)与油雾净化装置(6)连通；
5)所述的空气进气口(3)面积大于油槽盖板上的油雾排出孔面积，用以消除油雾净化装置(6)产生的多余负压；
6)所述的油雾及空气混合腔(1)与油槽盖板上的油雾排出孔连通，油雾及空气混合腔(1)通过连接软管(7)与油雾净化装置(6)连通。
2.根据权利要求1所述的水轮发电机轴承油槽油雾的收集装置，其特征是，所述的油雾净化装置(6)中设有风机，所述的油雾及空气混合腔(1)的容积与所述风机风量相匹配，在风机工作状态下，保证油雾及空气混合腔(1)内的压力为负压。
3.根据权利要求1或2所述的水轮发电机轴承油槽油雾的收集装置，其特征是：所述的水轮发电机轴承油槽油雾的收集装置在大型水轮发电机组上设置1-6台，在小型水轮发电机组上设置1-2台。
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