14 汽轮发电机组轴承油档漏油原因及采取对策

汽轮发电机组轴承油档漏油

原因及采取对策

潘世汉

（台州电厂 浙江 台州 318016）

摘要：对N330MW及N135MW汽轮发电机组轴承油档漏油进行了原因分析，结合现场的实际情况，

提出了油档改造及其它措施并给予实施，取得了良好效果。

关键词：轴承油档漏油；原因；对策

台州发电厂共有8台机组，其中#1～#6机为135MW汽轮发电机组，#7～#8机为北重-法国阿尔斯通公司合作生产的N330MW汽轮发电机组。N135MW及N330MW汽轮发电机组轴承油档原采用传统结构的固定齿片式油档（见图1），通常用螺栓将上下半油挡固定在轴承箱体上，其油挡齿片内径则与转轴保持固定间隙，不会随转轴摆动及晃度变化而变化。启停机过程中，当转速过临界转速时，转子振动幅度最大，此时因轴的运行轨迹为椭圆形状，沿径向势必磨损油档齿片而使密

N330MW机组发电机密封瓦内油档 N125MW机组轴承油档N330MW机组励磁机外油档φ580图1 固定齿片式油档φ1040

封间隙变大，轴承箱内四处喷溅的透平油则很容易通过齿尖与轴径间的缝隙往外泄漏。显然，这种结构设计落后，自投产以来，#1～#8机组均不同程度地存在轴承油档漏油现象，不仅使轴承座回油槽经常积油，污染环境，而且当漏油滴到高中压缸及下部的高温管道保温层时，易发生冒烟着火，危及机组安全，特别是对氢冷机组更危险。另外，当油档间隙变大时，就无法阻隔相邻的汽缸轴封漏汽窜入轴承箱内，从而导致透平油乳化，破坏轴承动态润滑效果。由此可见，轴承油档漏油现象带来的问题不是单一的，必须给予高度重视。以下就轴承油档漏油问题进行原因分析并提出改进措施，供参考。

1 原因分析

1）轴承回油管布置不合理或管口堵塞，造成回油不顺畅。春节调停时，检查发现#8机#1轴承室

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内有五根热工引出线护套管恰好经过回油管管口，并将管口堵塞，虽然尚有缝隙，但回油因受到护套管的阻碍，积油排泄明显不畅。在润滑油泵停运情况下尚且如此，正常运行回油量较大时可想而知，轴承室油位会升高，当油淹没管口时，就会在管口形成油膜，将本应该经回油管排出的大量油烟封堵在内，最终由于轴承室内微负压无法维持，油烟只得沿轴颈通过油挡间隙向外窜出，导致油滴至下部保温层而冒烟着火。 2）设计上存在严重缺陷。⑴油档泄油孔堵塞或孔径偏小，下半内侧油档通常开有1～2只泄油孔，但正常运行中，由于孔径偏小或孔数量小而来不及泄油，就很容易沿着轴颈向油档外部甩油，若泄油孔被脏物堵塞就更不用说。⑵原油档为不可调的固定齿片式，齿片虽然为易磨损的铜或铝材料，但磨损后密封性能变差，而且在磨损过程中容易伤及轴颈，会对轴颈造成永久性损伤。比如#7、#8发电机密封瓦内油档及励磁机外油档间隙超标值已达0.80～1.2mm，导致发电机、励磁机内部定、转子表面粘附大量积油，#8机经改造后已基本解决漏油问题，但#7机由于未改造，励磁机外罩壳法兰面及引线接口部位至今仍存在严重漏油现象。

3）间隙调整不当。大修后初期的启动过程中，由于油档间隙调整过小和轴振动偏大等原因，致 使传统结构的油档齿极易产生摩擦，运行一段时间后轴颈与油档之间间隙增大，使油挡在运行中实际上已失去密封作用，最终导致轴承室润滑油外泄。比如在检修中，由于未考虑转子转动方向是顺时针还是逆时针，也未考虑转子在启动冲转、带负荷各阶段的运行轨迹（转子运行时，中心轨迹其实不是圆形而是几近椭圆形状，而且不与固定的油档齿片同心），仍按固有思维装配油档并调整间隙，致使油档齿出现严重偏磨；同时因间隙过小，齿片对转子的自由运动会产生抑制作用，而齿片与转轴之间的动静碰擦发热，势必会激发机组振动，严重时会损伤轴颈（见图2）。

J1AB油档转子与油档之间的水平间隙 J1=0.11mm(最大)转子与油档之间的垂直间隙 J2=0.03mm(最大)转子与油档之间的间隙平均值 J=0.20mmJ2转子图2 N330MW机组发电机油档间隙示图J

4）检修质量及工艺作风存在问题。油档的有些漏油缺陷不一定完全是结构设计问题，而是在检修过程中所犯下的低级错误或者是由于检修工艺水平低下所造成，比如：变形的油挡齿必须纠直而不作处理；明知道挡油板螺孔偏小会影响油档调整量却不去扩孔；挡油板紧固螺丝的螺孔应全部攻一遍而不去回攻，螺丝紧力本应该达到要求却要么紧得过紧而滑牙、要么紧得过松而致油档在运行中跑偏；与齿片接触的轴颈表面本应该打磨到要求的光洁度却草率对待；发现间隙偏大却没有及时更换齿片，应该保证油挡间隙符合标准却放松要求。如此等等。

5）原排油烟装置在功率、风量、排烟管口径等方面的设计上存在不合理性，不能满足轴承箱对微负压的要求。另外，过去通常将排油烟装置安装在主油箱上顶部，然后经较长的管路向机房外排出，但有时考虑到维护不方便等因素，于是将主油箱顶部的排油烟装置移位到机房窗口边，这样做反而得不偿失，由于在主油箱与排油烟装置之间存在较长管路，导致排烟效率下降，使主油箱、轴承箱的负压处于时高时低的不稳定状态，导致油档间隙偏大的个别轴承在正压状态下往外甩油。

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2 采取对策

1)在漏油原因未明了之前，不要急于将原因归咎于油档，#8机#1轴承油档漏油就是一个例外。 我们将堵在轴承回油管口的几根护套管进行移位，尽可能露出管口。虽然由于时间紧迫，缺陷处理得不是很彻底，但漏油现象却明显改善。

2)更换油档齿。针对上述问题，我厂在未采用先进技术之前，通常采用的方法是不对油档本身作任何改动，对原油档间隙亦不作任何变化，仅对油档齿片进行更换处理。该方法简单，投资省，初期能够保证油档不泄漏，但缺点是经过一段时间的磨损后间隙又逐渐增大，这样就难以继续保证其密封性。一直以来，我们试图通过增加齿数、缩小油档间隙、甚至于改变汽封齿的形式来阻止漏油，但无论如何改进都不能从根本上解决油档漏油问题。

3)扩孔或增开泄油孔。由于曾经出现泄油量大而原有泄油孔径及数量满足不了泄油需要的问题，故我们有针对性地将下半油挡原φ8泄油孔扩孔，同时在相邻位置增加2～3个φ10孔，以增加泄油量，确保回油的畅通，实际运行中也确实能起到这样的作用。但是当油档间隙较大且泄油量较多时，光靠扩孔或增开泄油孔仍然解决不了漏油问题。

4)排油烟装置改型或在原有排油烟系统上增加1台无泄漏高效排油烟系统，提高排烟效率。原 排油烟系统的主要特点是：该装置由排油烟风机和一、二、三级油烟分离器组成，油烟分离后，可以稳定地保持主油箱、轴承箱等使用部位约300-500Pa的微负压状态，并及时将轴封漏汽和油气一起抽走，从而避免油中进水。为了防止主油箱负压远低于轴承箱负压时，使水蒸汽很快沿回油管进入主油箱，可以考虑在轴承箱上单独加一套排油烟装置，这样既可以使轴封漏进入轴承箱后还来不及凝结成水就直接被抽走，同时又可以保证轴承箱内的正常负压（负压过高也不可取，这样会造成轴承室进汽进灰，易使油质恶化）。

5)采用活动式密封油档。近几年，我厂利用#1-#6机大修及机组通流改造的机会，陆续将汽轮机轴承的原固定齿片式油档改为活动式密封油档。其结构特点是：原油档的外侧油档保留，而内侧油档整体卸掉，更换成活动式密封油档（见图3）。该密封油档分内环和外环两部分，在整圆上分成上下二个圆弧且中分面螺丝紧固。内环用复合材料制成，在外环内沿径、轴向均有活动余地，可确保内环在椭圆轨迹运行时不会碰到外环。内环下部装有弹簧片，内环可随转子运转而自行改变内环的位置，保证内环与转轴始终同心。安装调整时，确保内环与转轴之间间隙在0.03mm。当转子运转时，内环与转子之间可形成一定的油膜，从而起到密封挡油的作用。此外，内环与外环之间的径向间隙中装有耐高温槽形密封条，可有效阻隔轴封漏汽的进入和轴承室润滑油的外泄。根据多年的使用情况看，效果比较明显，过去因#2轴承油档漏油，其下部保温层经常性出现明火，现在则明显减少，但运行4至5年后，#2、#4机组的#2轴承油档在近期又偶尔出现漏油现象，致使相邻保温层积油而冒烟着火，目前将积油的保温层清理掉并将轴承座积油槽疏通干净后，基本消除了冒烟着火现象。可见该油档只能够保证一个大修期，超出期限则容易出现问题。

外油档密封内环内油档外环轴颈图3 #1-#6机采用的活动式油档

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6)采用接触式密封油档。我厂针对#8发电机油档漏油问题，采用了哈尔滨通能电气公司制造的具有防油、水、氢泄漏功能的接触式密封装置。其结构特点为：①具有精确限位装置，能使密封齿与转轴接触密封，始终无间隙运行；②其密封环沿圆周为多等分结构，每一等分均具有自动跟踪转轴偏摆及晃动性能，且密封环由于弹性退让不至于与轴发生硬摩擦，其内侧密封齿能形成油膜密封，径向前进量为0.5mm，后退量为2.5mm，外侧主要防止内侧可能窜过来的微量油及外侧灰尘等进入油挡内,采用前进量为0mm，由于跟踪量减小相对磨擦发热也减小（可近似为零）；③该油档在下次检修中，只需要更换接触密封环，从而减少了检修工作量；④两道密封环的宽度均为δ=11mm，且采用梯形齿结构形式，这种形式不容易产生瞬间温升，所产生的部分热量很容易被转轴旋转所产生的鼓风或润滑油带走（见图4）；⑤与转轴接触的材料采用特种非金属复合材料，该材料具有耐

轻质铝合金挡油齿励磁机转子内侧接触密封环外侧接触密封环图4 接触式油档密封

磨、耐油、耐高温、耐老化、耐化学腐蚀等特性，并具有自润滑功能，能够保证在与轴碰磨时不发热，其材料性能列表如下（见表1）。

表1 性能数据 比重 抗压强度 肖氏硬度 摩擦系数 使用温度 介质压力 1.56 ≥105MPa ≥55 0.03 ≤750℃ 3MPa

针对励磁机油档，由于励磁机转子轴颈直径为1040mm，而直径较大的转子轴颈所产生的线速度较大，再加上该转子轴颈在正常运行中幌度较大，故与油档密封齿发生直接碰磨时会产生较大的热量，如产生的热量来不及散发，就容易造成接触式密封环的损坏甚至失效，影响到机组的安全运行。为此，制造厂技术部门进行了以下计算：

由于转子轴颈直径为1040mm（1.04m），故线速度V=2πR/T =3.14×1.04m×50Hz=163.3m/s；在无介质润滑油即干摩擦时，取接触齿材料的摩擦系数为f=0.04；在有介质润滑油时，取接触齿材料的摩擦系数f=0.012；每一个弧段的密封环背部都设置了一个或两个弹簧片，每个弹簧片在压缩后所受到的弹力可通过实验得到，即F法向=（0.3~0.5）kg，取F= F法向man=0.5kg=4.9N；令ｔ=1分钟，φ0=0；工作转速n=3000rpm；ω=πn/30=3.14×3000/30。

则当机组在启动初始阶段时，在密封摩擦面无介质润滑油（即干摩擦）情况下，每分钟产生的摩擦发热功（假设由摩擦力所作的功全部转化为摩擦发热功）：

W=F摩×S=（f×F法向）×ｒ(φ0+ωｔ)=0.04×4.9×0.52×3.14×3000/30=32J

当机组正常运行时，在密封摩擦面有介质润滑油且形成一层油膜情况下，每分钟产生的摩擦发热功（假设由摩擦力所作的功全部转化为摩擦发热功）：

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W=0.012×4.9×0.52×3.14×3000/30=9.6J

而转子轴颈直径为580mm时，线速度为91m/s；在密封摩擦面无介质润滑油（即干摩擦）情况下，每分钟产生的摩擦发热功W=17.84J；在密封摩擦面有介质润滑油且形成一层油膜情况下，每分钟产生的摩擦发热功W=5.35J。

综上所述，显然轴径大的线速度大、发热量也大，但考虑到整个润滑、冷却系统的做功，则摩擦产生的热量也随之带走，不会影响温升，轴径大的由于散热面积大反而散热更快，故在安全可靠性上不存在问题。

接触式油档虽然具有上述优点，但基于安全考虑，我厂在选型过程中仍然非常慎重，对相关问题进行了详细探讨并提出了以下要求：①改进后的油档形状应带一定倾斜度，便于泄油但又不影响安装；②下半油档应开2至3个φ10回油孔，便于快速泄油；③为保证密封瓦内油档在组装时不致产生上下错位，应在密封瓦内油档水平中分面加装定位螺栓；④为避免接触式密封环摩擦过热，建议密封环做成梯形齿状，齿厚、齿数则根据安全性与密封性要求确定；⑤保护转子是任何型式密封油档的最基本要求，这就要求与转子接触的工件必须具有耐磨、质软的特性，不能损伤对磨件，最好还具有自润滑功能，能够保证在无油情况下正常运转。

3 结束语

随着近几年科学技术的改进和发展，固定齿片式密封结构逐渐被活动式密封和接触式密封所取代是势所必然。N135MW和N330MW机组采取上述改进措施后，从实际运行情况看，已基本解决了油档漏油的难题，因油档漏油而引起保温层冒烟着火现象得到有效抑制，从而对设备的安全经济运行起到了极大作用。

参考文献：

［1］ 哈尔滨通能电气股份有限公司 阿尔斯通N330MW汽轮发电机组接触式油档改造方案 2006 ［2］ 上海丹迪电力技术有限公司.. 台州发电厂N135机组改造总结报告.2006. ［3］ 中国电力出版社.. 电力工程师手册..2002

［4］ 台州发电厂. N330MW机组及N135MW机组油档改造总结报告. 2007 ［5］ 牡丹江爱迪电力技术有限责任公司.. 全密封活动式油档产品说明书. 2003

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