大型發電機組4種典型密封瓦檢修的探討

王永剛，張宇飛

（浙能鎮海發電有限責任公司，浙江 寧波 315208）

現代大型發電機組定子內部通常采用氫氣冷卻方式，具有通風損耗小，冷卻效率高的優點。但氫氣滲透性強，易擴散，且具有易燃易爆特性，當氫氣在空氣中的體積濃度達到4.0%～74.2%時，極易產生爆炸。

氫冷型發電機組采用油密封瓦，將發電機定子內部與外界大氣分隔，阻止機內氫氣外泄或外部空氣進入發電機內部，防止氫氣與空氣混合而發生火災或爆炸事故，確保了氫氣循環的正常進行，使發電機獲得良好的冷卻效果。油密封瓦是氫氣密封系統的關鍵部件，在運行中又易磨損，正確的檢修方式顯得優為重要。

1 密封瓦的主要結構

1.1 密封瓦的分類

1 000 MW及以下氫冷機組發電機密封瓦一般采用環形結構，套于發電機轉子汽側及勵側軸頸上，置于密封瓦套（支座）內。按照環式密封瓦結構的不同，可分為單環式及雙環式。按照密封油供油系統的不同，又可分為單流式及雙流式，雙流式即密封油進油分為氫側進油和空側進油兩個獨立的油路，按結構的分類見表1。密封瓦材料有碳鋼基體澆注巴氏合金、銅基體澆注巴氏合金和銅合金等。

表1 密封瓦按結構的分類

不同類型密封瓦的磨損部位、檢修方式等存在著較大的區別。由于密封瓦在安全上的重要性，對密封瓦的質量要求及檢修標準也非常高。當密封瓦的磨損變形量過大時，會產生氫氣泄漏、系統補氫量增加、碰磨致振動變大、軸頸磨損加劇、密封油量增加等各種影響機組安全穩定運行的隱患。

1.2 雙環雙流式

如圖1所示為上海電機廠QSFN-300-2及QSFN-600-2型發機應用的雙環雙流式密封瓦。基體材料為銅，與軸接觸的內圈澆注2～3 mm厚度巴氏合金。密封瓦分空、氫側各上下兩半，在水平中分面處，上下兩半各用2個軸向圓柱短銷連接成整環（由于基體較薄，無法采用水平中分面定位螺栓連接）。密封瓦徑向間隙0.23～0.28 mm，軸向間隙0.31～0.38 mm。

解體時，先取出空、氫側上半的各二枚定位銷，取出上半密封瓦，然后順著發電機軸頸翻出下半密封瓦。由于密封瓦基體較薄，且襯有鎢金，在下半處側面設置的防轉裝置還能承擔密封瓦一部分重量，因此對軸頸的磨損程度較輕。

對幾個該種類型密封瓦檢修中發現，機組運行后密封瓦的鎢金磨損量較大，造成密封瓦徑向間隙超標，且由于銅的基體較薄易變形，容易使密封瓦內徑成橢圓或不規則多邊形。

圖1 雙環雙流式密封瓦

1.3 雙環單流式

圖2所示為東方電機廠QFSN-600-2-22C型發電機組采用的雙環單流式密封瓦。空、氫側各有4塊銅合金材料的四分之一環，組合而成一個整環。每2個四分之一環之間徑向接觸面須進行精細研磨，保證此處密封良好。上下半空、氫側密封瓦各裝于上下密封瓦支座內，組合后分別用長彈簧進行彈性固定，而不用將密封瓦預先套裝于軸頸上。密封瓦徑向間隙控制在0.17～0.20 mm，軸向依靠彈簧力使空氫側密封瓦接觸面與支座自然貼合，故無軸向間隙要求。

圖2 雙環單流式密封瓦

密封瓦正常確安裝后，與軸頸基本無接觸，密封油流從空、氫密封瓦塊中間的間隙流入（彈簧處），在軸頸上分開成空側及氫側2股回油油流，并向密封瓦塊上的軸向小孔提供瓦塊浮動油。由于密封油系統只提供一路密封油，因此密封油系統也得到了較大的簡化。

1.4 單環雙流式

圖3為北京電機廠QSFN-220-2型發電機使用的單環雙流式密封瓦。基體材料為碳鋼，內環澆注鎢金。在一個整體的碳鋼環上開孔和開槽，將其區分為空側及氫側。密封瓦分為上下兩半，在左右中分面各用1枚定位螺栓進行連接。密封瓦徑向間隙0.15～0.25 mm，軸向間隙0.14～0.20 mm。

由于密封瓦厚度較大，在拆裝時非常容易與軸產生卡澀現象。而且在設備解體中經常發現密封瓦鎢金及軸頸均有較為嚴重的磨損情況。這是由于采用單環式且厚度較大，密封瓦整體較重，安裝后密封瓦是懸掛在軸頸上，在發電機轉子高速旋轉中，雖然接觸面內有密封油，但是上部軸頸不可避免地會與密封瓦經常性的磨擦，致使鎢金面及軸頸產生磨損，甚至出現鎢金與基體脫胎或裂紋現象。

圖3 單環雙流式密封瓦

1.5 單環單流式

圖4為上海電氣THDF-125/67型發電機組（1 000 MW）的密封瓦結構。單流單環式密封瓦由上下2半不銹鋼環澆注巴氏合金組成，具有結構簡單、磨損小的特點，密封瓦的空側供有浮動油，以確保軸向自由移動。由1個軸向分離式密封瓦支座控制軸向位置，防止密封瓦發生變形和彎曲。密封瓦在徑向可以相對自由浮動，周向設有防轉銷，使其不會旋轉，并能承擔部分重量。密封瓦支座周向用螺栓固定在端蓋上，且與端蓋絕緣，防止軸電流通過。密封油泵通過1個壓差閥以高于軸密封處氫氣0.07～0.1 MPa的壓力提供密封油。

圖4 單環單流式密封瓦

2 密封瓦的檢修

2.1 雙環雙流式

這種密封瓦的檢修拆裝及間隙調整均較為復雜。當徑向間隙偏大時，有2種方法可以調整間隙。一是對鎢金進行重新澆注后修刮到標準要求，二是對上下密封瓦中分面進行修刮，使密封間隙小于標準值0.05～0.15 mm，然后重新配做定位銷，再反復少量修刮鎢金面直到間隙達到標準要求。

在銅的基體上補焊鎢金有較大難度，焊接工藝較為復雜且無法保證焊接質量。而修刮中分面后配作定位銷的方法，對檢修工的操作技能要求非常高，而且所需工作時間長，對檢修工期也有一定影響。

重新配做定位銷可以在原位置進行擴孔鉸孔，也可以在另外位置重新定位，但2種方法都會降低基體的強度，且一般只能進行一次調整，在下一回需要調整間隙時已沒有位置可供重新配制定位銷，即意味著必須進行補焊鎢金或者整體更換處理。

在調整間隙時，一般將密封瓦徑向間隙控制在要求的下限，這樣，在一個大修周期內，密封瓦鎢金正常磨損后，間隙值趨于上限，只需稍作修刮還能繼續使用。

2.2 雙環單流式

密封瓦檢修時一般在假軸盤上進行（圖5）。將4塊密封瓦置于假軸盤上進行組合，外部用彈性圈固定或剛性固定，用塞尺或百分表測量與假軸的間隙。調整時，通過研磨相鄰瓦塊之間的接觸面可以減小間隙值，修刮瓦塊與軸的接觸面可以增大間隙值。檢修方法較為簡單，而檢修的難點在于如何控制相鄰瓦塊接觸面各自的垂直度和瓦塊間的錯位，在沒有專用工器具及夾具的情況下，主要靠檢修人員的工作經驗和采用多次測量、少量修刮的方法進行。

圖5 利用假軸盤修刮調整雙環單流式密封瓦間隙

這種形式的密封瓦只要基體不產生裂紋等重大缺陷，一般可長期使用而不用更換新瓦，只需每次檢修時修刮瓦塊，調整間隙值，并復測彈簧的變形量，伸長變形超標時需更換。

2.3 單環雙流式

檢修時一般采取對鎢金面重新澆注后修刮的方法來調整間隙。澆注后對鎢金面進行粗加工，將上下瓦組裝于發電機軸頸（或假軸）上，測量間隙值，做好記號后取出對鎢金面進行修刮，使其達到標準要求。也可采用修刮中分面調整的方法，但由于需要修刮的中分面面積較大，修刮時間長且難以保證中分面的平直度，一般不采用這種方法。

2.4 單環單流式

單環單流式密封瓦在運行中的磨損非常小，在一個大修期內，通常不需要進行修刮或調整，但零部件的拆裝卻較復雜。由于操作空間狹小，在解體密封瓦時，必須裝上抬軸架把發電機徑向軸瓦的下瓦翻出，并用抬軸架支撐好轉子在工作位置才能有空間來解除密封瓦支座的軸向螺栓，沿軸頸向外移出整圈支座并逆時針轉動約30°，使其中分面至水平位置，用2枚較長螺栓將支座下半與機體暫時連接，這樣當中分面螺栓松開后下半支座不會墜落。用專用工具吊出上半支座，再用可旋轉的專用工具把下半支座連接后旋轉180°，將下半支座轉到上部用起吊專用工具吊出。

支座解體后，將密封瓦沿軸頸移出100 mm左右，用專用四爪扳手拆開中分面的螺栓，可分別取出兩半密封瓦。為減小密封瓦軸向磨損及密封油損耗量，單環單流式密封瓦側面開有用于密封的凹槽，采用聚四氟乙烯密封圈密封。該密封瓦徑向間隙過大時，一般采用重新澆注鎢金后修刮的方法進行調整。軸向由于采用了密封圈密封，磨損僅發生在密封圈上，若軸向間隙變化或密封圈老化失效，更換新的密封圈即可。

4種密封瓦的檢修比較見表2。

3 結語

綜上所述，通過對幾種密封瓦的比較可以看出：雙環雙流式具有精度高，可靠性好的特點，但是維修工作復雜，維修操作技能要求高；單環雙流式屬于較早期的產品設計，結構雖然簡單，但對設備的可靠性和檢修作業也會帶來一定影響，在大型機組中較少采用；單環單流式結構簡單不易磨損，但安裝工藝復雜，對維護人員操作水平要求較高。雙環單流式具有結構簡單、檢修方便、磨損量少和不易變形的優點，密封瓦可長期使用而不用更換，經濟性較好而且簡化了密封油系統，為機組的穩定、安全運行提供了更好的保障。

表2 密封瓦檢修比較

[1]胡君，史潤琴，趙建楓.運輸、貯存和使用氫氣如何防火防爆[J].科技資訊，2008（28）：109.

[2]楊永德，蔡延豪.氫冷發電機密封瓦安裝及發電機進油分析[J].青海電力，2008（S1）：10-12.