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汽轮机轴承气密型油档应用及发展

发表时间：2021/3/26 来源：《电力设备》2020年第32期作者：蔡高鹏

[导读] 摘要：汽轮机轴承油挡设置在轴承箱前后端面，一方面防止箱内润滑油外漏，另一方面防止箱外粉尘、水蒸气等杂质进入轴承箱，污染润滑油。

        （陕西能源赵石畔煤电有限公司雷龙湾电厂陕西榆林 719199）
        摘要：汽轮机轴承油挡设置在轴承箱前后端面，一方面防止箱内润滑油外漏，另一方面防止箱外粉尘、水蒸气等杂质进入轴承箱，污染润滑油。本文首先通过对汽轮机现在使用的梳齿式密封油档泄漏机理进行分析，得出油档泄漏的主要原因及危害；然后有针对性提出一种可行性方法——气密型油档，并对其密封原理和结构特点进行详细阐述。
        关键词：梳齿式密封；气密型油挡；泄漏
        1概述：
        近年来，汽轮机现有梳齿式密封油档，漏油、油中带水成为了各大电厂的常发病，严重影响了汽轮机的安全运行，并成为了困扰各大电厂和各大制造厂的顽固问题，气密型油挡成为解决这一问题的重要手段。该文详细地介绍了气密型油挡的结构特点和改造方案。
        2汽轮机各轴承箱油挡漏油原因及其危害简析
        2.1 汽轮机各轴承箱油挡漏油原因
        汽轮机的各轴承座油挡处是转动惯量极大的转动部件，其将油槽内的润滑油甩起之后又被流动的气体冲散，形成更细的小油滴--油雾，同时随着机组的运行，油温和瓦温也会相应升高，使轴承箱内部产生正压，促使了油雾随着空气的流动逸出，漏到轴承箱油挡的外面；由于这里原油挡多采用的密封为梳齿式密封结构，铜梳齿是刚性固定在油挡主体上的，而转子在运转时会产生轴心漂移，开起时跳动也比较大，轴承间距离较长，运行过程中轴振客观存在，所以要求油挡间隙比较大，铜梳齿在经运行过程中逐渐磨损，间隙会逐步增大却又没有补偿量，加重油雾和油滴向油挡外部溢出。
        另外油档间隙变大，由于轴封蒸汽窜入，会引起油中含水量增高。高中压缸侧的轴封是为了阻止高压蒸汽沿着转子漏出，端部汽封承受的内外压差比较大，同时为了动静部件避免发生磨损，必须在轴封处留有一定的间隙，所以漏汽现象是必然存在的。油档间隙变大，加上油箱处于负压状态，带温度和压力的漏汽有一部分会沿轴通过油挡进入轴承箱内，造成油中进水。
        2.2 油挡漏油的危害
        （1）轴承座油挡与高中压缸距离较近，漏油很容易滴落到保温棉上，在高温炙烤下，很容易引发火灾，造成不可挽回的巨大损失。
        （2）传统的密封结构对轴易产生碰磨振动，易引发轴振动，严重影响机组的安全运行。
        （3）轴封漏汽，所漏的蒸汽会沿轴通过油挡间隙进入轴承箱内，造成油中带水，导致润滑油乳化，可能造成轴瓦烧坏、润滑部件生锈等问题。
        （4）增加了汽轮机油的油料损耗，加剧了生产成本的压力。
        油档漏油危害众多，必须引起高度重视，寻求有效处理方法，彻底解决。
        3 气密型油挡应用
        3.1气密型油挡工作原理
        气密型油挡主要工作原理是在原梳齿式密封油档基础上，在油档内增设一个环形密封腔室，利用汽轮机现有的气源经处理成合格的压缩空气后，通过气源系统引入油挡结构中在油挡与转子轴的密封腔内形成环形正压区，有效的防止油外漏和轴封处所漏蒸汽进入轴承箱内。
        气密型油挡整体主要结构保留原有安装形式，便于安装。采用了“气密封”与梳齿式油挡相结合的形式，确保了密封效果。同时，油挡下部回油孔位置设计挡油片或挡油板，可防止由于油直接飞溅到油挡上影响回油，又能使回油顺利回到轴承箱内。
        气密型油挡的气体在特定管路中，通干燥过滤器、加热器等部件，变成干净、干燥、常温及恒压的压缩空气。通过加装气密环形室及在油档外部加装进气接头的方案，在内外挡中间形成一道气密封腔室。压缩空气经气密封腔室被均匀分配到内部的齿中间，使油封形成微正压区，隔离轴承室内油烟外溢和外部蒸汽、灰尘向内部窜入。应用空气动力学原理，利用压缩空气来，充满转轴与轴封之间的泄漏间隙，可以达到油封零泄漏的密封效果。确保机组的安全稳定运行（见下图）。

        （气密型油挡密封示意图）
        气密型油挡工作时经管道电加热器加热的合格气体经进气孔进入油挡的气密密封腔，并沿轴同时向轴承箱内、外吹动。一是可阻止油挡向外漏油、冒油烟，干燥、无杂质的气体进入油箱内并不会影响到油的质量，微正压气体还有利于油箱内无压回油和油烟通过排烟装置顺利排出；二是可阻止外部含有水的蒸汽和粉尘进入轴承箱，注入气密密封腔的气体压力略高于当地大气的压力，因此压力低于气密密封腔内的蒸汽被挡于轴承箱的外面，从源头上消除了油中进水的难题；三是经处理后的合格压缩空气经过管道电加热器的温度大约在50-60℃之间，避免因进去的气体与油挡处的温差大，而使转子发生轻微变形现象。
        3.2气密性油挡结构特点
        气密型油挡结构应包含：气源管、减压稳压阀、干燥过滤器、管道电加热器、压力表等部件。
        气密型油挡与其它类型油挡相比，具有其结构的特殊性，设计上具有双重密封：气压密封和梳齿式密封，保证在使用过程中，如发生压缩空气突然中断，其梳齿式密封结构也能起到密封效果。其功能与原梳齿式油挡一样，油档外型尺寸、动静间隙不需要任何改变。
        3.3改造方案
        具体方案在原有加装的油档新增一路压缩空气管道。在原油档体外侧上下两半径向方各开2个对称Ø12mm的孔，在油档处增设气密室。气密室沿直径方向有若干个小孔，压缩空气通过这些小孔进入油档油封齿和汽轮机轴之间环形腔室，在该处形成正压。工作时将合格的、经过过滤器的气体经进气孔进入密封腔环，并沿轴向同时向油档内侧吹动，在注入气密封腔内的气体既干燥、无杂质，又具有略高于当地大气压，阻止了油档向外漏油、冒油烟。气源选用仪用压缩空气，压力大约0.6MPa。
        压缩空气管道改造要求如下：
        （1）气源系统所有管路及管件均采用不锈钢材质（SS304），以确保空气的质量。气源一般选用发电机仪表用压缩空气，压力大约为0.6MPa。
        （2）减压稳压阀：气源首先经过减压稳压阀，确保压缩空气压力稳定，防止因压力波动影响密封效果。减压稳压阀前后安装隔离阀，并应设旁路，在减压稳压阀故障时，开启旁路阀，确保系统正常运行。
        （3）干燥过滤器：气源再经过干燥器过滤器干燥，产水的水份在重力作用下经分离器排出，确保气体中含水量在合格范围内。干燥器配置两套，一套正常工作，另外一套进行再生备用。
        （4）管道电加热器：气源干燥后，进入管道电加热器，加热至50-60℃之间。管道电加热器由多支管状电加热元件、筒体、导流板等几部分组成，管状电热元件是在金属管内放入高温电阻丝，在空隙部分紧密地填入具有良好绝缘性和导热性能的结晶氧化镁粉，采用管状电热元件做发热体，具有结构先进，热效率高，机械强度好，耐腐、耐磨等特点。筒体内安装了导流隔板，能使空气在流通时受热均匀。管道电加热器配置两套，一套正常工作，另外一套备用。
        4 结束语
        汽轮机轴承气密型油档是解决梳齿式密封油档漏油、油中带水常发病的有效方法。随着新材料、新技术的发展，通过在油档处轴上涂轻型涂料的方法，形成螺旋结构，利用泵送原理，在汽轮机轴旋转作用下，可以使气密型油档在减少用气量的情况下，起到更好的密封作用。
        参考文献
        [1]汽轮机油系统进水原因分析及防范措施[J].中国化工贸易，2013（3）.
        [2]汽轮机气压密封式油档改造[J].华中电力，2014（3）.
        作者简介：蔡高鹏（出生1977.09.05）,男，河南省陕县人，陕西能源赵石畔煤电有限公司雷龙湾电厂设备部，汽机点检。