油擋氣密封技術在鄒縣發電廠的應用

摘要：列舉并評價了目前工程中常用的油擋類型，介紹了油擋氣密封技術的原理。應用該技術能夠有效避免機組運行時因軸封漏汽導致的油中進水和油擋漏油產生的不安全事件，特別是能避免油擋積碳產生的汽輪機軸系油碳化摩擦振動和主軸磨損等問題。

關鍵詞：氣密封油擋；油碳化摩擦振動；主軸磨損；油中帶水

作者簡介：劉敬（1982-），女，山東成武人，山東省鄒城市華電國際鄒縣發電廠，工程師。（山東 鄒城 273522）

中圖分類號：TM62 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）36-0237-02

為了防止汽輪機軸承箱內的潤滑油向外滲漏，保持動靜部分的嚴密性，現在一般均采用油擋密封。油擋由內外兩組油封齒和回油槽組成，每組油擋齒有2～4道銅板條或鋁板條鑲嵌在油擋體上，其作用是阻止軸承箱內的潤滑油向外滲漏。油擋用裝配槽或螺栓固定的方式安裝在軸承箱的端部，這種密封技術被廣泛應用于在役機組。

一、油擋類型及評價

隨著科技的發展和新型材料的出現，油擋的種類逐漸增多，工程中幾種常用的油擋如下所述：

1.內圈鑲有數圈平直銅齒的油擋

這種油擋比較常見，銅齒較尖，頂部厚度為0.10～0.20mm。不同機組銅齒與軸頸間的間隙標準也大不相同。軸頸較短、內外油擋離軸瓦較近、排煙風機抽吸作用不強的機組，油擋間隙一般為上部0.20～0.25mm、左右側0.10～0.15mm、下部0.05～0.10mm；軸頸較長、外油擋離軸瓦較遠、排煙風機抽吸作用很強的機組，油擋間隙一般為上部0.75～1.00mm、左右側0.45～0.60mm、下部0.05～0.20mm。

2.緊力型油擋

緊力型油擋裝有氟乙烯材料制成的油封齒，這種油封齒質地較軟，不會對軸頸產生磨損，油封齒與軸的裝配間隙很小（0～0.05mm），因此密封效果很好，而且安裝方便，無需調整，使用壽命長，約是銅齒的3倍。

3.多齒槽油擋

多齒槽油擋圓周方向分成2～6個扇形環弧段，均為汽封式安裝結構，采用卡式彈簧片壓在油擋體內，具有1～2mm的回彈量，分斜齒和直齒兩種。油擋周向和中分面均設有密封圈，確保油封不滲油。由于油擋汽封式安裝結構和轉軸是非接觸式的，具有油膜潤滑條件達到油膜自密封，解決了軸承潤滑油自油擋油封齒側的漏油問題，提高了機組運行安全性。

4.可調式接觸浮動油擋

裝在可調式接觸浮動油擋內環凹槽里的密封環由碳精G33浸軸承合金制成，每圈由8～16塊組成，圓周每套密封環一般為2～3圈裝在內環的凹槽上，其內徑比軸徑小0.10～0.20mm。這種擋油環安裝方便、密封性能好、可靠性高，尤其是密封環材料具有耐高溫、耐磨、自潤滑、穩定性好等特點，保證在與軸接觸狀態下長期運行不傷軸。

目前，盡管每次大小修都把油擋間隙調整到規定范圍，但汽輪機處于非穩態轉速時，轉子旋轉的軌跡是非圓形的，造成軸與油擋齒發生碰磨，油擋間隙增大，機組運行一段時間后油擋還會出現滲漏油的現象。一方面污染周圍環境，另一方面油甩漏到高溫管道的保溫上會發生冒煙、著火和燒損鄰近的保護電纜等不安全現象，威脅機組的安全運行，嚴重時甚至可導致被迫停機。

潤滑油系統投運后，軸承箱呈負壓狀態，軸封漏汽通過油擋進入軸承箱造成潤滑油中帶水；環境中的灰塵、碎保溫等顆粒物吸入油擋后與殘留在油擋內的潤滑油混合形成軟質油垢混合物粘結在各道密封齒上，久而久之混合物會將密封齒間的空隙填滿。在高、中壓缸附近密封齒間的混合物經高溫會碳化固結，經轉子摩擦擠壓，最終形成堅硬結實的碳化物，在轉子摩擦與擠壓過程中出現振動，即油碳化摩擦振動。碳化物逐漸堆積，與轉子接觸面積越來越大，長期運行動靜摩擦會逐漸加劇。這種異常振動現象易出現在高中壓分缸的大型汽輪發電機組高、中壓轉子軸承上。軸封漏汽導致的潤滑油中帶水和油擋積碳問題日益受到關注。

上述四種油擋的功能僅是阻止軸承潤滑油自油擋向外滲漏，對機組實際運行時軸封漏汽、油中帶水、油擋積碳并未全面考慮。

二、油擋氣密封技術介紹

1.基本原理

該技術在原有迷宮式油擋基礎上進行了結構改進，向油擋內通入一股凈化、適合溫度、恒壓的壓縮空氣，在內外油擋中間形成一道局部正壓的氣密封腔室，利用氣壓密封有效阻止軸承箱外側蒸汽漏入軸承箱以及環境中的顆粒物進入油擋，同時利用壓縮空氣的對流換熱和風擋的遮熱作用降低油擋密封齒的溫度，解決油中帶水和油擋積碳等問題，也可將軸承箱內的潤滑油有效密封在軸承箱內，防止潤滑油外漏，確保機組的安全穩定運行。氣密封油擋密封齒不與主軸接觸，不會對主軸產生磨損及動靜摩擦產生軸振，原理圖如圖1所示。

2.系統組成

氣密封油擋系統主要由兩部分組成，一部分為整套供氣裝置及控制裝置，第二部分為特殊設計的帶有進氣裝置的銅齒式密封油擋。

供氣控制裝置主要由空氣干燥過濾器、空氣加熱器以及管道、閥門、儀表等組成，用于對空氣進行干燥、過濾、加熱、調溫、壓力監視，要求控制進入主機油擋的壓縮空氣溫度為70℃～80℃，壓力控制在0.05～0.10MPa，設備的供氣量要求在1.8-2.4m3/min，運行時減至1m3/min左右。空氣干燥過濾器采用三段式過濾結構，第一過濾器和第二過濾器形成兩級過濾方式，過濾器中設置有特殊的過濾材料，使得整個壓縮過程可以將空氣中的水、油、鐵銹以及其他雜質徹底的過濾掉，其過濾效率可以達到99.99%。

空氣加熱器既可以采用電加熱器，也可以根據現場實際情況采用汽氣換熱器。電加熱器輸入電壓380V，額定功率6kW，由管道電加熱器本體和控制系統兩部分組成：發熱元件采用1Cr18Ni9Ti不銹鋼無縫管作保護套管，保證電加熱元件的使用壽命；控制部分采用高精度數顯式溫控儀、固態繼電器等組成可調測溫、恒溫系統，保證了電加熱器的正常運行。汽氣換熱器采用套管式結構，內管流動的是熱源介質，外管內流動的是壓縮空氣，冷、熱流體逆向流動以提高換熱效率，加熱后的壓縮空氣與未加熱的壓縮空氣經過溫控閥混合調整至規定的溫度。

氣密封油擋由外油擋、內油擋和風擋組成，構成外界顆粒物進入油擋的第一道屏障。內外油擋中間形成的環路構成進氣腔室，下油擋主氣道底部鉆2個φ6mm回油孔、氣室底部鉆3個φ6mm回油孔。

3.技術創新

從油碳化摩擦振動的機理可以看出，形成油碳化需要三個條件：潤滑油、雜質、高溫。油擋內存有少量潤滑油不可避免，向油擋內通入壓縮空氣形成局部正壓防止軸封漏汽進入軸承箱造成油中帶水已見相關文獻報導。由于油擋距離軸封較近，再加上軸封保溫厚度的影響，往往造成通風不好，特別是高中壓缸軸封漏汽溫度較高，油擋所處環境的溫度較高。

油擋氣密封技術的關鍵點在于防止油碳化摩擦振動。利用正壓阻塵和風擋輔助阻塵相結合防止雜質積聚在油擋密封齒內，壓縮空氣流動產生的對流換熱和風擋高效遮擋輻射熱相結合可以在很大程度上降低油擋的溫度。這就解決了形成油碳化所需的雜質、高溫兩個關鍵因素。

三、油擋氣密封技術應用

1.應用情況

為了解決油擋運行中積碳、油中進水和漏油問題，鄒縣發電廠對兩臺1000MW機組主機#1-#4油擋和兩臺335MW機組主機#1-#5油擋及其小機油擋進行氣阻式密封油擋改造。

氣密封油擋改造所用的管件全部采用304不銹鋼管件，根據系統圖結合現場實際情況進行系統管線布置，系統壓縮空氣來源為雜用氣。1000MW機組氣密封油擋系統空氣加熱器采用電加熱器，經過濾、干燥、加熱后的清潔恒溫壓縮空氣進入主機#1-#4油擋；335MW機組氣密封油擋系統空氣加熱器采用汽氣換熱器，壓縮空氣經過濾干燥后一路進入小機氣密封油擋，另外一路進入汽氣換熱器進行加熱后通至溫控閥熱端，引一路雜用氣經過濾干燥后直接通至溫控閥冷端，混合后的溫度控制在70℃～80℃，然后分別進入主機#1-#5油擋。汽氣換熱器的熱源來自低壓軸封供汽母管，凝結水經自動疏水器進入低擴疏水集管。

汽輪機各部汽封間隙調整的同時進行氣密封油擋安裝及測調油擋間隙工作，保證了氣密封油擋的密封效果；管線布置時采用全氬弧焊焊接工藝，保證了系統內部的清潔度；管線施工完成后進行保溫既節能又滿足了氣密封油擋使用的壓縮空氣溫度要求。

2.應用效果

氣密封油擋改造完成后未發現潤滑油自油擋滲漏現象，#4機（335MW）主機排煙風機放水數量由改造前每月放水75kg，減少為15kg；在#8機（1000MW）停機時對主機#1—#4油擋利用內窺鏡進行檢查，油擋齒槽內無碳化物積聚；#7機（1000MW）小修時揭開軸承箱上蓋進行檢查，油擋齒槽內無碳化物積聚，相應軸頸表面無摩擦痕跡。氣密封油擋改造在解決潤滑油滲漏、油中帶水和油擋積碳問題上取得了顯著的效果。

3.效益分析

改造一臺機的氣密封油擋系統生產成本約需 30萬元，項目完成投入運行后一是可以避免因軸封漏汽使油中進水，影響潤滑油油質；二是可將軸承箱內的潤滑油有效密封在軸承箱內，防止潤滑油外漏產生不安全事件；三是有效阻擋環境中的顆粒物進入油擋與潤滑油混合產生積碳。據估算一臺335MW機組，按照一次機組非停燃油損失及少發電量損失，大約50萬～80萬元，本項目投資 30萬元，減少一次因油碳化摩擦振動導致的機組非計劃停運，項目產生的利潤就大于項目投資。

四、結束語

氣密封油擋投入運行后避免了軸封漏汽導致的油中帶水對軸瓦和潤滑油系統產生的危害，可減少甚至停用油凈化裝置，減少了機組潤滑油系統的維護量，降低了系統的維護費用及檢修人員的工作量。對軸承箱進行氣密封油擋改造后能有效避免油擋積碳造成的汽輪機軸系油碳化摩擦振動及對主軸產生的不利影響，油擋間隙調整合格后可以消除油擋漏油可能導致的潤滑油著火事故，使機組運行安全性、可靠性大大提高。

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