雙流環式密封瓦碰摩引發振動的機理分析

摘要:汽輪發電機密封瓦與發電機轉子的碰摩是引起汽輪發電機異常振動的主要原因。本文以某電廠試運期間汽輪發電機8瓦振動大的處理方法，聯系密封瓦結構特點，在此基礎上通過對密封瓦的力學分析闡述密封瓦產生碰摩的機理和主要原因，為解決密封瓦碰摩引發振動的問題提供一定的理論指導。

關鍵詞:330MW汽輪發電機 雙流環式密封瓦 氫冷發電機 碰摩 振動

0 引言

我國引進的330MW汽輪發電機為水、氫、氫冷卻系統。定子繞組為水內冷，其轉子繞組和定子鐵心均為氫氣冷卻。氫氣是一種良好的冷卻介質，但有一個很大的缺點就是易燃易爆，故氫冷發電機必須有密封裝置，以此阻止氫氣外泄和空氣漏入。雙流環式密封系統其密封環在密封支座的油槽中可自由浮動，為了防止氫氣沿轉子軸向泄露，密封瓦與轉子的間隙一般在200μm以下。由于密封瓦存在一定的橢圓度，運行中會因為密封瓦卡澀，空氫側油壓不均衡等因素，使得密封瓦與轉子發生碰摩，引起摩擦振動。

雙流環式密封系統是目前較為普遍采用的形式，其結構如圖1所式。密封瓦由瓦座、瓦環、進油口、空側和氫側的壓力油腔組成。密封環由兩塊半圓環并成，通過螺栓連成整圓。當油腔中通入壓力油時，在密封環與軸頸之間形成油膜，防止氫氣外漏，并且避免發生動靜摩擦，同時在密封環左右端面與密封瓦座之間，另有少量的油流過，以防止密封瓦卡澀。

雙流環式密封系統在正常運行中同時通過兩股油流，成為既相互關聯又各自獨立的油循環系統。空側密封油系統的油取自汽輪機主油箱，進入密封瓦后由瓦的空氣側流出，與發電機的支持軸承回油一同流回主油箱。氫側密封油由密封瓦的氫氣側流出后，流回氫側密封油箱。

密封瓦與發電機轉子之間的碰摩是一種典型的動靜摩擦故障，其影響因素眾多，碰摩引發振動的機理下面將從密封瓦的結構和密封油系統及其設備上進行分析。

1 從密封瓦的結構上分析

假設密封瓦左右端面的徑向壓力變化是線性的，則密封瓦的壓力分布如圖2所示。

在正常情況下，密封瓦左右端面上所受的力應是平衡的，這樣其浮動性能是最好的。但往往實際的運行情況與假設的理想狀況是大不相同的，密封瓦左右兩個端面所受的作用力是不相等的，這就存在軸向力的作用，使得密封瓦的浮動性能變差，密封瓦的某一側很容易與轉子發生徑向碰摩。

2 密封油系統及其設備對密封瓦動力特性的影響

2.1 供油設備的影響 氫側密封油的油壓和油量調節是由平衡閥來完成的，平衡閥的控制信號為兩個壓力信號，分別取自空、氫側的密封油壓。平衡閥的作用就是使氫側油壓始終跟蹤空側油壓，使兩者的壓力差趨于最小。但實際運行中由于管道布置不同，管道長度不同造成流體阻力不同，壓降不等，平衡閥、壓差閥質量不好，油質不合格造成平衡閥、壓差閥卡澀，密封瓦間隙偏大均會造成平衡閥調節精度下降，影響到密封瓦的平衡。平衡閥調節精度高，氫側密封油箱自動補排油次數會明顯減少，使空、氫側的竄油量趨于最小，也使密封瓦兩個端面的壓力差趨于最小。

2.2 油質和油壓、油溫的影響 密封油的油質劣化或者油中含有雜質，導致密封瓦油清潔度不能滿足要求將會影響到密封瓦在密封油膜中的浮動特性。另外油溫和油壓的變化也會對密封瓦的浮動特性造成影響，嚴重時會造成密封瓦的卡澀失靈。

根據前面論述的密封瓦左右端面上的受力分析，在密封油壓作用下，密封環上存在著一個軸向力，其大小為:FN=F左-F右(具體計算公式在此不累述)。

在密封瓦與轉子發生徑向碰摩時，密封環所受的摩擦力為:

Ff=μFN

根據油潤滑與油粘度的關系可知，摩擦力系數μ=k/η，k為潤滑油摩擦系數，η為潤滑油的粘度。

因此，密封環所受的摩擦力與密封油溫和密封油壓有關。在運行中，調整密封油溫度和壓力會使密封瓦兩個端面上所產生的摩擦力大小發生改變，從而影響密封瓦的浮動性能。

某廠8瓦振動大，振動值為130μm左右，經過檢查分析，發現平衡閥后的供油管道離窗戶太近，受氣溫影響較大，氫側油溫一直較低，與空側油溫差17℃左右，勵端平衡閥卡澀，不能維持空氫側密封油壓差，氫側密封油流量很低。通過采取供油管道加裝保溫，并開大氫側密封油勵端旁路門加大氫側油泵流量的措施，提高了氫側密封油溫度。還通過調節勵端平衡閥旁路門提高了勵端密封瓦氫側油量，使8瓦振動下降到46μm。

以上文闡述的密封瓦碰摩機理，聯系該廠實際的調整方法，得出以下結論:①平衡閥卡澀，調節精度差，密封瓦兩側的供油流量、壓力不平衡，空氫側竄油量大，產生過大的壓差，使密封瓦承受較大的軸向推力，導致密封瓦不能正常浮動。②密封油參數不合理，密封瓦兩側油溫偏差大，油粘度不同，不能對密封瓦產生正常的浮動力。當軸向存在不平衡力時，密封瓦就會在徑向浮動調整中受阻。

由于密封瓦與轉子之間的間隙很小，所以一旦密封瓦不能自動調整就會產生動靜之間的摩擦，從而引發了汽輪發電機組軸系振動。

實際運行中很難控制空側密封油和氫側密封油壓力的平衡，由于設備結構的原因，目前只能測量密封瓦上的空、氫側密封油進油處的壓力作為平衡閥的調節信號，因此必然造成測量誤差，平衡閥不能有效維持空、氫側密封油壓力的平衡。再加上氫側密封油系統的平衡閥調節精度差，運行參數控制上的偏差，密封瓦碰摩引發振動的現象較為普遍。通過對這種現象的分析，為我們尋找減輕和消除密封瓦碰摩的有效措施提供有益的幫助。

參考文獻:

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