發電機密封瓦加工

崔樺楠+李瑩澄+陳興榮

（海南核電有限公司 海南 昌江 572733）

摘要：發電機密封瓦作為氫冷發電機密封油系統的主要部件，對維持油壓穩定發揮著至關重要的作用。在壓水堆核電廠歷次大修過程中，多次發生發電機密封瓦徑向間隙超差問題，更換后的密封瓦加工匹配工作一直是大修中非常重要的一個環節。本文簡述發電機密封瓦的工作特點，分析和闡述密封瓦加工的難點，設計和分析密封瓦加工專用夾具，以及密封瓦加工過程中的注意事項，以保證密封瓦達到加工要求。

關鍵詞：密封油系統 密封瓦 專用夾具

1. 發電機密封油系統介紹

海南核電采用QFSN-660-2 型發電機，其定子鐵芯和轉子采用氫冷。發電機密封油系統的功能就是防止發電機內部高壓氫氣從轉子與發電機殼體間縫隙泄漏出來，同時防止氫氣受到密封油所帶空氣的污染，還可用于帶走運行時密封瓦產生的熱量。發電機密封油系統采用結構復雜但可靠性高的雙流環式油封結構，即密封瓦。

正常運行時， 發電機密封油系統的空氣、氫氣側密封油各自獨立，分別有兩路供油回路。當氫側和空側兩個油路匯集在密封瓦處時，形成油膜，且油壓平衡，不發生交換，隨后繼續流向氫側和空側的回路。此時氫側密封油中溶有飽和氫氣，空側油溶有飽和空氣和水分，油路各自獨立無竄油，處于平衡狀態，可以保證發電機內氫氣的純度和濕度[1]。

此時的密封瓦通過油膜壓力懸浮在發電機軸與密封瓦座之間，同時油膜形成一個阻擋，將發電機內部氫氣與外部空氣和水分阻隔開來?？梢姡芊庥蛪旱钠胶饪刂萍捌渑c軸的間隙調整是保證平衡狀態的關鍵。

當密封瓦與軸間隙過大時，密封油流量增加，油壓控制難度增加，極易出現壓差，進而導致空側和氫側密封油的不斷交換，空側密封油中溶解的空氣、水分通過交換進入氫側密封油，進而進入發電機氫氣中，造成氫氣純度的降低；同時，當間隙增加時，密封油需求量增加，會造成靜壓回油管路不暢，發電機氫側回油腔室油位升高到超過軸頸最低位置時，將造成發電機進油[2]。

如果密封瓦間隙過小，密封油流量變小，油膜減薄，造成干摩擦或半干摩擦，同時摩擦產生的熱量不能及時被油流帶走，導致密封瓦溫度過高。

2. 密封瓦加工難點

歷次密封瓦檢修時，拆卸下的密封瓦如發生磨損，則很難進行修復，需使用新備件進行加工匹配。密封瓦的結構特點、材料性能和高精度要求決定了其加工存在很大的難度。

2.1密封瓦的結構特點

密封瓦是直徑615mm，平均厚度不足25mm，寬僅60mm的環狀結構，這種直徑與厚度比超過10（實際超過20）的工件屬于薄壁加工件，機床上裝夾需克服裝夾力帶來的變形。這對裝夾方式提出了一定的要求。

2.2密封瓦材料的性能特點

密封瓦加工時僅需加工內孔即可，而內側鑄有一層巴氏合金。因為其強度低，不能單獨制作密封瓦，通常只能貼附在青銅、鋼或鑄鐵軸瓦上做軸承襯。核電廠密封瓦內側使用的是巴氏合金中性能最好的錫基巴氏合金。表1列出了錫基巴氏合金與常見金屬材料機械性能對比。

表1 錫基巴氏合金與常見金屬材料機械性能對比

通過對比我們可以看到，巴氏合金的強度和硬度遠遠低于常見金屬材料，因此在機床上裝夾時，若夾緊力過大，則會導致其產生變形。

2.3密封瓦加工精度要求

密封瓦與轉軸直徑實際安裝間隙為0.105～0.205 mm。根據檢修經驗，加工時要求密封瓦內孔加工的尺寸精度為±0.01mm。如果采用手工刮研法進行加工，不僅耗時費力，且不能保證圓度。因此選用機床進行加工。海核機加車間滿足條件的僅C5120立式車床，±0.01mm的加工要求接近其極限加工精度，這對人員的操作技能也提出了非常高的要求。

3. 密封瓦的加工

3.1可行性分析

對于薄壁件，我們一般避免采用卡盤夾緊加工的方式，因為卡爪夾緊工件時，會對工件產生徑向壓力，導致工件內徑產生一定的彈性變形。

于是，根據上述問題，我們設計出一套密封瓦加工專用夾具，以有效避免上述裝夾問題，同時可最大程度的保證加工精度。

3.2加工方案制定及實施

該夾具采用面接觸壓緊方式進行密封瓦的軸向緊固，替代壓板壓緊，從而避免局部受力導致的彈性變形。裝配后示意圖見圖2：

裝夾時，先將夾具本體吊裝至立車工作平臺，并進行找正。然后將放置密封瓦的臺階面平面度調整至0.05mm；將密封瓦及配合壓環放置在夾具內部并找正，然后使用壓緊塊將壓環緊固，從而間接將密封瓦固定。

3.2.1設計要點

（1） 使用壓環壓緊密封瓦，周向均勻分布的壓緊塊壓緊壓環，從而可以有效避免壓緊塊直接壓在密封瓦表面時，密封瓦局部壓緊力過大而造成應力集中和變形。

（2） 選擇軸向壓，避免徑向的彈性變形。

（3） 裝夾時，將壓環壓在密封瓦剛性相對較好的外圈部分，避免接觸內圈較軟的巴氏合金，減少其受力，避免彈性變形。

（4） 夾具內部直徑與密封瓦的外徑預留10mm左右的間隙，保證密封瓦裝夾后找正有足夠的調整空間。

（5） 夾具材質選用強度、耐蝕性等綜合性能較好的灰鑄鐵制作。夾具預制足夠厚度（≥120mm），既有利于提高剛性，又有足夠余量在每次使用前根據實際尺寸進行校準如表。

強度高，耐磨、耐熱性好，時效后具有變形小等特點，常用于測量工具的制作，如V型鐵。

3.2.2加工要點

（1） 夾具平面度調整：將夾具固定在立式車床，并進行找正固定后，需對夾具上與密封瓦接觸的表面進行平面度校正至0.05mm。

（2） 密封瓦找正：將密封瓦固定在夾具上，并使用壓環輕輕壓緊，使用內徑百分表進行密封瓦內孔的找正，保證圓度小于0.05mm時可壓緊壓環。

（3） 避免切削變形：因巴氏合金層較軟，且加工精度較高。當吃刀量過大或進給量過大時，車削時會產生一定的內應力，使材料產生彈性變形，從而影響加工精度。故加工時應嚴格控制。

雖然我們使用專用夾具對密封瓦的加工精度提供保證，但加工完畢后，須在松開裝夾后的自由狀態最終進行測量。當密封瓦處于不受外力狀態下尺寸檢測合格，加工方為合格。

4. 結論

實踐證明，通過上述綜合手段，加工得到的密封瓦內徑符合裝配要求。密封瓦的加工質量對于發電機氫氣的密封起著至關重要的作用，在加工過程中，除了充分利用夾具保證加工精度外，操作者應謹慎操作，小心測量，機械加工工程師要嚴格做好加工過程質量控制，方能加工出符合質量要求的密封瓦。

參考文獻：

[1] 趙皓. 發電機密封油系統及其對發電機安全運行的影響. 秦山核電二期工程建設經驗匯編·生產準備卷，120-125.

[2] 劉河，張海峰. 國產600MW機組密封油系統常見缺陷原因分析及處理方法. 汽輪機技術，2009，8（4），298～299.