一种轴端密封在660MW机组小机上的应用与实践

摘 要：大唐马鞍山当涂有限公司2台机组配备的4台给水泵汽轮机轴承箱端部均长期存在甩油这一安全隐患和小机油中含水量超标问题，影响整个机组安全生产。本公司在#1、#2机组C修中通过采用新型轴承箱端部密封，从修后效果上看，从根本上解决了上述难题。

关键词：给水泵汽轮机 轴端密封 油中含水量超标 甩油

1 设备概况

大唐马鞍山当涂有限公司2台机组配备4台给水泵汽轮机，由哈尔滨汽轮机厂设计制造，型号为NGZ83.6/83.5/0.6，型式：单缸、单流、单轴、冲动式、新汽外切换、凝汽式汽轮机，运行方式为变参数、变功率、变转速，额定功率为12.744 MW（暂定），对应大机TRL工况（给水泵效率为 85.3 %，转速为5490r/min）（给水泵转速暂定），最大连续功率为 13.8MW，每台给水泵汽轮机前后共2个轴承，给水泵汽轮机通过弹性膜片式联轴器与给水泵相连。

原给水泵汽轮机轴承箱端部密封采用的是传统结构的固定梳齿式轴端密封，该结构设计落后，只能满足基本要求，且存在诸多弊病。

2 问题现状

我公司自机组投运以来，公司2台主机配备的4台给水泵汽轮机均不同程度存在甩油和油中进水导致含水量超标造成油质严重乳化现象。为此，维护人员定期巡查，长期关注轴承箱周围保温棉是否存在甩油后的积油，防止油滴在高温中累积引发火灾，小机油净化装置也要24小时不间断运行除水，不仅耗费大量人力物力，也为机组安全运行造成隐患。通过上述措施也不能根本治理甩油现象和油中含水量大等问题。在油质化验结果上发现，给水泵汽轮机油含水量仍然超过超准值，且基本成数量级超标（标准≤100 mg/l）。

3 原因分析

从上述化验结果看，油质在不间断除水过程中还水分超标严重，优质乳化劣化，为根本解决甩油现象和给水泵汽轮机油中含水量超标问题，我们需要从两个方面综合分析：一、汽机侧轴封系统是否合理，轴封是否可以有效阻止蒸汽泄漏。二、轴承油系统是否存在不合理处，轴承箱端部密封是否可以有效阻止油外泄和蒸汽介入。

为根本解决甩油现象和给水泵汽轮机油中含水量超标问题，综合分析，概括为以下几点：

1、端密封为传统梳齿型轴端密封，间隙偏大，由于给水泵汽轮机转轴在高速旋转中处于悬浮状态，实际转轴中心不会固定在一点上，其与四周的轴端密封会产生碰磨，造成间隙变大，造成轴承箱内甩油，也为大量蒸汽进入轴承箱提供必要条件。

甩出的油油在高温和高速作用下，形成大量细小的油滴和油烟，吸附于给水泵汽轮机保温层上，经过长期高温烘烤，在油滴积累到一定量时，在污染环境的同时，易造成冒烟着火，给设备安全运行造成重大安全隐患。

2、给水泵汽轮机在运行中，转轴的高速运动摩擦汽封可能造成前后轴封间隙偏大，在历次检修中解体前数据发现，轴封径向间隙存在不同程度超标，且轴封膨胀间隙也存在不合格现象，大量做完功本应该进入排汽管道的乏汽通过轴封位置时，由于间隙偏大的原因存在，蒸汽压力只要比大汽压压力高，蒸汽就会通过间隙外泄。

3、给水泵汽轮机轴封回汽不畅，运行人员轴封汽调整不到位，容易造成轴封处漏汽，在原设计时轴封回汽母管布置不合理，管道布置存在多处低点，在母管上有一处轴封回汽母管截止阀，此阀门在平台高处，不易操作和控制，平时保持常开状态，在给水泵汽轮机平台各轴封回汽支路重新加装支路阀参与调整轴封汽，运行过程中母管多处包括母管截止阀内均可能存在积水造成回汽不畅，从而导致部分蒸汽通过轴封处外泄。

4、小机油箱上安装的排烟风机负压调整不合理。排烟风机通过抽吸作用使油箱内形成负压源，保证回油畅通。同时，抽吸作用使轴承箱油挡部位不会发生渗漏油，如果负压形成过高会产生不利影响，导致轴承箱吸入力大，极易通过油挡齿间隙吸入临近轴封外漏的蒸汽，即使轴封有少量蒸汽外漏，也会造成油较多进水；如果负压调整过低时，轴承箱吸入能力不足，油极易造成轴承内甩油现象发生。

4 解决办法

由以上分析可能原因，我公司在检修中采取以下办法：

1、从检修工艺入手，利用停机检修机会将轴承箱端部密封齿尖卷边、破损进行修复，密封下部回油孔因长期存在的油垢进行清理，端部密封间隙按标准下限调整到位等；并对我公司给水泵汽轮机轴封由原配的传统高低齿封改为蜂窝汽封，治理轴封漏汽问题，扣小机汽缸时在汽缸结合面尤其在先后轴封处结合面均匀涂抹金属修补剂，塞尺检查0.05mm不入。

2、在检修过程中，对存在问题的轴封回汽母管进行整改，重新布置，取消几处可能存在积水的弯头，并将多余的轴封回汽截止阀取消，防止截止阀阀体内积水造成回汽不畅。运行中要求运行人员按要求将轴封回汽开大，轴封进汽调整到合适范围，减小轴封回汽不畅可能。

3、设定合适的负压数值：合适的负压数值十分必要，该数值通常用水柱高来衡量，通过U形管压差计可以方便进行测量。一般情况下，轴承箱部位的合理负压数值为50mm～70mm水柱高。我们通过调整排油烟风机出口挡板门，让轴承箱负压数值在合适范围内，如果有油挡渗漏油现象，可将负压数值调高一些，消除油挡渗漏油问题。

在机组运行不久，轴封漏汽现象得到控制，甩油现象和轴封蒸汽导致的油质乳化现象依然存在，效果甚微。根据大量摸索和调研，我公司在轴承箱轴端密封上找到解决办法。

给水泵汽轮机轴承箱轴端密封在此次检修中采用一种复合型轴端密封。该轴端密封存在如下特点：（1）内环采用活动的，可调整的结构，背后有弹簧，并镶嵌黄铜齿，这是密封油的第一道屏障。此种结构的内环可方便调整，且可在轴过临界转速碰磨时可产生退让，利于转子的安全，而且能够长久保持密封间隙。另采用黄铜齿进一步的保证了转子的安全。（2）油挡体与外齿形成圆周方向均压室和渐缩喷嘴。压缩空气引入均压室后经过渐缩喷嘴加速，形成强劲的气流阻止油外流及轴封漏气的进入，形成了阻止漏油第二道屏障。（3）内环及油挡体下部设有回油孔以便于油的疏散。（4）中分面采用“O”型橡胶密封，从而从结构上阻止了压缩空气的从中分面漏出。（5）设有外齿，相应外齿也采用黄铜齿，利于转子的安全，即使没有引入压缩空气形成汽密封，也能起到很好密封作用。这是阻止油外漏的第三道屏障。

通过上述结构特点，高效阻止了外界蒸汽进入轴承箱内造成油质乳化，同时也可阻止内部油滴甩出，内环和弹簧的配合有效减小铜齿与转轴的接触面，不影响机组振动。从根本上消除了轴承箱甩油和蒸汽介入轴承箱这一必要条件。

5 应用与实践

2014年4月，公司#1机组进行C级检修，复合型轴承箱轴端密封在本次检修中应用于2台给水泵汽轮机前后轴承箱处。

给水泵汽轮机将传统梳齿式轴承箱轴端密封改换为复合型新型轴承箱轴端密封。新型轴端密封通过从仪用压缩空气母管接通压缩空气，压缩空气经过可调压的压力整定装置、过滤器，在新型轴端密封中圆周性不间断的充满间隙中。压缩空气在轴端密封上的出气口在轴端密封外侧，油滴经过传统的梳齿阻碍后，又遇上压缩空气的阻挡，起到完全密封轴承箱，而且在轴承箱轴端密封出现磨损卷边造成间隙变大的情况下，轴封漏气依然会在第一时间被大量压缩空气和外齿阻挡在轴承箱外，从根本上既治理了甩油问题，又有效解决了油中含水量超标问题。

6 治理效果

通过此次#1机组4月份C修中给水泵汽轮机前后轴承处采用新型轴承箱轴端密封后，在开机后长周期运行中，油中含水量超标问题得到有效解决。C修前后2台给水泵汽轮机油质化验结果均在50mg/l以内，甩油缺陷这一重大设备安全隐患也得到根本消除，在轴端密封正常投运后，油中含水量一直保持在标准范围内，长期困扰给水泵汽轮机安全运行的难题得到彻底解决。