油挡气密封技术在邹县发电厂的应用

摘要：列举并评价了目前工程中常用的油挡类型，介绍了油挡气密封技术的原理。应用该技术能够有效避免机组运行时因轴封漏汽导致的油中进水和油挡漏油产生的不安全事件，特别是能避免油挡积碳产生的汽轮机轴系油碳化摩擦振动和主轴磨损等问题。

关键词：气密封油挡；油碳化摩擦振动；主轴磨损；油中带水

作者简介：刘敬（1982-），女，山东成武人，山东省邹城市华电国际邹县发电厂，工程师。（山东 邹城 273522）

中图分类号：TM62 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）36-0237-02

为了防止汽轮机轴承箱内的油向外渗漏，保持动静部分的严密性，现在一般均采用油挡密封。油挡由内外两组油封齿和回油槽组成，每组油挡齿有2～4道铜板条或铝板条镶嵌在油挡体上，其作用是阻止轴承箱内的油向外渗漏。油挡用装配槽或螺栓固定的方式安装在轴承箱的端部，这种密封技术被广泛应用于在役机组。

一、油挡类型及评价

随着科技的发展和新型材料的出现，油挡的种类逐渐增多，工程中几种常用的油挡如下所述：

1.内圈镶有数圈平直铜齿的油挡

这种油挡比较常见，铜齿较尖，顶部厚度为0.10～0.20mm。不同机组铜齿与轴颈间的间隙标准也大不相同。轴颈较短、内外油挡离轴瓦较近、排烟风机抽吸作用不强的机组，油挡间隙一般为上部0.20～0.25mm、左右侧0.10～0.15mm、下部0.05～0.10mm；轴颈较长、外油挡离轴瓦较远、排烟风机抽吸作用很强的机组，油挡间隙一般为上部0.75～1.00mm、左右侧0.45～0.60mm、下部0.05～0.20mm。

2.紧力型油挡

紧力型油挡装有氟乙烯材料制成的油封齿，这种油封齿质地较软，不会对轴颈产生磨损，油封齿与轴的装配间隙很小（0～0.05mm），因此密封效果很好，而且安装方便，无需调整，使用寿命长，约是铜齿的3倍。

3.多齿槽油挡

多齿槽油挡圆周方向分成2～6个扇形环弧段，均为汽封式安装结构，采用卡式弹簧片压在油挡体内，具有1～2mm的回弹量，分斜齿和直齿两种。油挡周向和中分面均设有密封圈，确保油封不渗油。由于油挡汽封式安装结构和转轴是非接触式的，具有油膜条件达到油膜自密封，解决了轴承油自油挡油封齿侧的漏油问题，提高了机组运行安全性。

4.可调式接触浮动油挡

装在可调式接触浮动油挡内环凹槽里的密封环由碳精G33浸轴承合金制成，每圈由8～16块组成，圆周每套密封环一般为2～3圈装在内环的凹槽上，其内径比轴径小0.10～0.20mm。这种挡油环安装方便、密封性能好、可靠性高，尤其是密封环材料具有耐高温、耐磨、自、稳定性好等特点，保证在与轴接触状态下长期运行不伤轴。

目前，尽管每次大小修都把油挡间隙调整到规定范围，但汽轮机处于非稳态转速时，转子旋转的轨迹是非圆形的，造成轴与油挡齿发生碰磨，油挡间隙增大，机组运行一段时间后油挡还会出现渗漏油的现象。一方面污染周围环境，另一方面油甩漏到高温管道的保温上会发生冒烟、着火和烧损邻近的保护电缆等不安全现象，威胁机组的安全运行，严重时甚至可导致被迫停机。

油系统投运后，轴承箱呈负压状态，轴封漏汽通过油挡进入轴承箱造成油中带水；环境中的灰尘、碎保温等颗粒物吸入油挡后与残留在油挡内的油混合形成软质油垢混合物粘结在各道密封齿上，久而久之混合物会将密封齿间的空隙填满。在高、中压缸附近密封齿间的混合物经高温会碳化固结，经转子摩擦挤压，最终形成坚硬结实的碳化物，在转子摩擦与挤压过程中出现振动，即油碳化摩擦振动。碳化物逐渐堆积，与转子接触面积越来越大，长期运行动静摩擦会逐渐加剧。这种异常振动现象易出现在高中压分缸的大型汽轮发电机组高、中压转子轴承上。轴封漏汽导致的油中带水和油挡积碳问题日益受到关注。

上述四种油挡的功能仅是阻止轴承油自油挡向外渗漏，对机组实际运行时轴封漏汽、油中带水、油挡积碳并未全面考虑。

二、油挡气密封技术介绍

1.基本原理

该技术在原有迷宫式油挡基础上进行了结构改进，向油挡内通入一股净化、适合温度、恒压的压缩空气，在内外油挡中间形成一道局部正压的气密封腔室，利用气压密封有效阻止轴承箱外侧蒸汽漏入轴承箱以及环境中的颗粒物进入油挡，同时利用压缩空气的对流换热和风挡的遮热作用降低油挡密封齿的温度，解决油中带水和油挡积碳等问题，也可将轴承箱内的油有效密封在轴承箱内，防止油外漏，确保机组的安全稳定运行。气密封油挡密封齿不与主轴接触，不会对主轴产生磨损及动静摩擦产生轴振，原理图如图1所示。

2.系统组成

气密封油挡系统主要由两部分组成，一部分为整套供气装置及控制装置，第二部分为特殊设计的带有进气装置的铜齿式密封油挡。

供气控制装置主要由空气干燥过滤器、空气加热器以及管道、阀门、仪表等组成，用于对空气进行干燥、过滤、加热、调温、压力监视，要求控制进入主机油挡的压缩空气温度为70℃～80℃，压力控制在0.05～0.10MPa，设备的供气量要求在1.8-2.4m3/min，运行时减至1m3/min左右。空气干燥过滤器采用三段式过滤结构，第一过滤器和第二过滤器形成两级过滤方式，过滤器中设置有特殊的过滤材料，使得整个压缩过程可以将空气中的水、油、铁锈以及其他杂质彻底的过滤掉，其过滤效率可以达到99.99%。

空气加热器既可以采用电加热器，也可以根据现场实际情况采用汽气换热器。电加热器输入电压380V，额定功率6kW，由管道电加热器本体和控制系统两部分组成：发热元件采用1Cr18Ni9Ti不锈钢无缝管作保护套管，保证电加热元件的使用寿命；控制部分采用高精度数显式温控仪、固态继电器等组成可调测温、恒温系统，保证了电加热器的正常运行。汽气换热器采用套管式结构，内管流动的是热源介质，外管内流动的是压缩空气，冷、热流体逆向流动以提高换热效率，加热后的压缩空气与未加热的压缩空气经过温控阀混合调整至规定的温度。

气密封油挡由外油挡、内油挡和风挡组成，构成外界颗粒物进入油挡的第一道屏障。内外油挡中间形成的环路构成进气腔室，下油挡主气道底部钻2个φ6mm回油孔、气室底部钻3个φ6mm回油孔。

3.技术创新

从油碳化摩擦振动的机理可以看出，形成油碳化需要三个条件：油、杂质、高温。油挡内存有少量油不可避免，向油挡内通入压缩空气形成局部正压防止轴封漏汽进入轴承箱造成油中带水已见相关文献报导。由于油挡距离轴封较近，再加上轴封保温厚度的影响，往往造成通风不好，特别是高中压缸轴封漏汽温度较高，油挡所处环境的温度较高。

油挡气密封技术的关键点在于防止油碳化摩擦振动。利用正压阻尘和风挡辅助阻尘相结合防止杂质积聚在油挡密封齿内，压缩空气流动产生的对流换热和风挡高效遮挡辐射热相结合可以在很大程度上降低油挡的温度。这就解决了形成油碳化所需的杂质、高温两个关键因素。

三、油挡气密封技术应用

1.应用情况

为了解决油挡运行中积碳、油中进水和漏油问题，邹县发电厂对两台1000MW机组主机#1-#4油挡和两台335MW机组主机#1-#5油挡及其小机油挡进行气阻式密封油挡改造。

气密封油挡改造所用的管件全部采用304不锈钢管件，根据系统图结合现场实际情况进行系统管线布置，系统压缩空气来源为杂用气。1000MW机组气密封油挡系统空气加热器采用电加热器，经过滤、干燥、加热后的清洁恒温压缩空气进入主机#1-#4油挡；335MW机组气密封油挡系统空气加热器采用汽气换热器，压缩空气经过滤干燥后一路进入小机气密封油挡，另外一路进入汽气换热器进行加热后通至温控阀热端，引一路杂用气经过滤干燥后直接通至温控阀冷端，混合后的温度控制在70℃～80℃，然后分别进入主机#1-#5油挡。汽气换热器的热源来自低压轴封供汽母管，凝结水经自动疏水器进入低扩疏水集管。

汽轮机各部汽封间隙调整的同时进行气密封油挡安装及测调油挡间隙工作，保证了气密封油挡的密封效果；管线布置时采用全氩弧焊焊接工艺，保证了系统内部的清洁度；管线施工完成后进行保温既节能又满足了气密封油挡使用的压缩空气温度要求。

2.应用效果

气密封油挡改造完成后未发现油自油挡渗漏现象，#4机（335MW）主机排烟风机放水数量由改造前每月放水75kg，减少为15kg；在#8机（1000MW）停机时对主机#1—#4油挡利用内窥镜进行检查，油挡齿槽内无碳化物积聚；#7机（1000MW）小修时揭开轴承箱上盖进行检查，油挡齿槽内无碳化物积聚，相应轴颈表面无摩擦痕迹。气密封油挡改造在解决油渗漏、油中带水和油挡积碳问题上取得了显著的效果。

3.效益分析

改造一台机的气密封油挡系统生产成本约需 30万元，项目完成投入运行后一是可以避免因轴封漏汽使油中进水，影响油油质；二是可将轴承箱内的油有效密封在轴承箱内，防止油外漏产生不安全事件；三是有效阻挡环境中的颗粒物进入油挡与油混合产生积碳。据估算一台335MW机组，按照一次机组非停燃油损失及少发电量损失，大约50万～80万元，本项目投资 30万元，减少一次因油碳化摩擦振动导致的机组非计划停运，项目产生的利润就大于项目投资。

四、结束语

气密封油挡投入运行后避免了轴封漏汽导致的油中带水对轴瓦和油系统产生的危害，可减少甚至停用油净化装置，减少了机组油系统的维护量，降低了系统的维护费用及检修人员的工作量。对轴承箱进行气密封油挡改造后能有效避免油挡积碳造成的汽轮机轴系油碳化摩擦振动及对主轴产生的不利影响，油挡间隙调整合格后可以消除油挡漏油可能导致的油着火事故，使机组运行安全性、可靠性大大提高。

参考文献：

[1]郭延秋.大型火电机组检修实用技术丛书（汽轮机分册）[M].北京：中国电力出版社，2003：233-236.

[2]郭平英，等.汽轮机高中压转子轴承油碳化摩擦振动分析[J].热力发电，2008，37（10）：85.

[3]陈声，等.汽轮机油挡正压密封设计[J].华电技术，2008，30（11）：38.

[4]李南.汽轮机油挡气封装置改造[J].电力安全技术，2008，

10（4）：41.