汽輪機油封泄漏原因分析及處理措施

沙 輝，丁允剛，蘇家軍，文全國

（獨山子石化設備檢修公司，新疆克拉瑪依 833699）

0 引言

某公用工程裝置含有15 臺循環水泵，4 臺循環水泵由汽輪機通過減速箱驅動，汽輪機型號為B5CS-2+G，入口蒸汽溫度400 ℃，蒸汽壓力4.5 MPa，汽輪機轉速為6200 r/min。該汽輪機在運行過程中會出現無周期規律的振動波動，前期在1～10 μm范圍波動，隨著運行時間延長會出現大幅波動，從正常的20 μm波動至50 μm，嚴重時會出現報警情況，并且在軸承箱油封位置伴隨有較大的油煙。為保證汽輪機安全運行，在運行至1 年后會將軸承箱打開進行清理檢查，觀察發現在油封位置及軸表面存在潤滑油高溫形成的結焦物質，并對油封進行更換，但更換后的效果只能維持半年左右時間，效果不理想。

1 故障原因分析

某汽輪機的故障現象為油封泄漏、軸位置結焦嚴重（圖1），結合2017—2021 年歷次檢修的處理措施與泄漏原因查找，從外到內的進行設備檢查并分析油封泄漏的原因。

圖1 軸位置結焦

1.1 油霧風機

汽輪機潤滑油系統在運行中會形成一定油氣，主要聚集在軸承箱、回油管道和主油箱油面以上空間，如果油氣積聚過多將使軸承箱等內部壓力升高，油煙滲過油封外溢。該汽輪機潤滑油系統中設置1 臺油霧風機，安裝在汽輪機油箱上，該裝置使汽輪機的回油系統及各軸承箱回油腔室內形成微負壓，以保證回油通暢，并對系統中產生的油煙混合物進行分離，將油滴送回油箱，減少對環境的污染，保證油系統的安全可靠。檢查該油霧風機查看負壓為2 kPa，油霧風機運行正常。該汽輪機軸承箱分為2 個腔室，2 個腔室之間水平剖分面有儀表線的安裝槽，將2 個腔室連通。在軸承箱部位后腔室設置有呼吸閥，通過拆卸呼吸閥濾芯后能感覺到輕微的吸入壓力，說明潤滑油箱內及軸承箱內不存在油氣壓力過大而造成的油封泄漏。

1.2 潤滑油壓力

該汽輪機通過減速箱與循環水泵連接降低轉速傳遞動力，該汽輪機機組設置有2 個潤滑油泵，1 臺主油泵與1 臺輔助油泵。減速箱輸出軸與主油泵連接，在正常工作狀態下為汽輪機機軸瓦及減速箱軸瓦、齒輪提供潤滑油進行潤滑降溫。該汽輪機在熱備狀態下由輔助油泵運行，當汽輪機轉速升至額定轉速后輔助油泵連鎖停機，汽輪機在升速過程大約持續4 min 左右，正常運行時的潤滑油壓力為0.22～0.36 MPa，工藝調整運行油壓為0.28 MPa。在主輔油泵并聯過程中會出現正常范圍內的小幅油壓波動，等到額定轉速后會出現下降，排除因潤滑油壓力過高造成的潤滑油從油封泄漏。

1.3 油封密封氣

該油封由3 道梳齒組成，最外側梳齒間上部接有0.07 MPa密封氣，下側有密封氣排氣孔，作用為密封氣進入第3 道梳齒間后從排氣孔排出從而在梳齒間形成正壓，對軸上泄漏的潤滑油形成密封作用（圖2）。排氣孔因潤滑油的結焦堵塞造成油封梳齒間密封氣壓力較高，只能從軸向泄出，造成潤滑油與密封氣一起泄漏。在歷次拆卸檢修油封發現密封氣排放孔堵塞，檢修時進行清理疏通排氣孔，并對密封氣管線進行檢查，密封氣壓力調整等措施后效果并不是很明顯，排除油封密封氣不足或過大而造成油封泄漏的原因。

圖2 油封結構

1.4 油封磨損及損壞

在對汽輪機軸承箱拆卸檢查油封后發現，油封第3 道梳齒與第2 道梳齒間由結焦物質填滿后與汽輪機軸發生摩擦是造成振動波動的主要原因，在歷次檢修中對新舊油封尺寸對比測量未發現有磨損及損壞現象。在對油封安裝時未出現卡澀現象，說明油封不存在因高溫而產生的變形損壞。將油封及軸徑表面清理干凈后測量油封檢測油封間隙均在標準范圍內，而且在檢修時為了防止因梳齒間的回油量較小造成的泄漏，對油封梳齒進行增加回油孔數量及直徑（圖3）。安裝時在油封背部與軸承箱殼體配合部位涂抹高溫密封膠，更換改造的新油封后泄漏現象還是存在，排除油封本身造成的泄漏原因。

圖3 增加回油孔

1.5 軸承箱回油管線不暢

該汽輪機推力側軸承箱由軸承分割為2 部分腔室空間，有3 個回油管線，靠近汽輪機本體的容積較小部分含有1 個回油管線，安裝有轉速探頭部分的箱體有2 個回油管線（圖4）。將回油管線拆卸檢查后未發現堵塞現象，回油管線內徑與軸承箱密封墊片內徑尺寸相同，部存在節流而造成的回油不暢現象，而且軸承箱回油管線通入潤滑油箱的部位未被潤滑油淹沒，所以排除潤滑油回油管線堵塞造成油封泄漏的原因。

圖4 軸承箱結構

1.6 排油管線堵塞

汽輪機軸承箱與機體連接部位下方設計有排油管線，用于在油封泄漏時將泄漏的潤滑油及時排出，防止潤滑油與高溫殼體接觸著火，保證設備運行安全.在檢修時將排油管線拆卸后發現管線內部被黑色焦物堵塞嚴重（圖5、圖6）。泄漏的潤滑油未能及時排出，并在軸承箱下部聚集，遇到汽輪機高溫輻射后造成大量油煙，高溫油煙在軸表面附著形成焦狀物質與油封接觸，是造成軸振動波動的原因，但潤滑油泄漏的主要原因不在于此。

圖5 排油管線位置

圖6 堵塞的排油管線

1.7 綜合原因分析

在多次檢修過程中發現，該4 臺汽輪機靠近軸承箱下方外保溫處都存在有焦狀油漬，軸承箱與殼體連接部位存在高溫產生的結焦，是潤滑油高溫炙烤造成的結果。在檢修過程中會將該部位及油封結焦物質進行清理，但至下個周期檢修時還會發現含油的大量結焦物質。在試機過程中發現，該汽輪機熱備狀態下觀察軸承箱與汽輪機殼體連接部位無任何油煙現象，但在汽輪機升速過程中會出現短時間大量油煙現象，并在該汽輪機正常運行后下部潤滑油箱基礎表面會出現油漬，判斷為潤滑油從油封位置泄漏后滴落至保溫慢慢流出所造成。觀察排油管線排出口發現有油滴滴落。

通過現象可以看出油封漏油的出現在汽輪機升速過程中，在汽輪機升速的4 min 過程中主輔油泵并聯運行，通過潤滑油管線進入軸承箱對軸承潤滑降溫，在升速過程中主油泵轉速逐漸升高并達到額定轉速，此時的潤滑油量也達到了最大值。因該機未安裝由潤滑油流量檢測儀器，不能直觀的查看潤滑油流量。通過流量與壓力的關系判斷潤滑油壓力無變化的情況下潤滑油流量會增大。在圖4 中可以看出軸承箱靠近汽輪機高溫本體的回油箱容積較小，且回油管線只有1 根，較大的潤滑油流量造成軸承箱內部回油不及時，沿油封泄漏，是造成潤滑油泄漏的主要用原因。與廠家交流溝通后也認可潤滑油流量過大是造成油封泄漏的主要原因，建議軸承箱潤滑油管線入口加裝節流孔板來對潤滑油限流。

2 檢修措施及安全建議

措施及建議：①更換油封，對油封與軸承箱配合位置進行清理，安裝時涂抹密封膠，防止靜密封位置泄漏；②檢查潤滑油系統管線并清理、調整潤滑油壓力至標準范圍；③軸承箱清理并檢查潤滑油回油管線、④清理軸表面結焦物質，防止與油封接觸摩擦產生軸振動波動；⑤清理軸承箱與機體連接部位的結焦物質，防止高溫著火；⑥因排油管線與汽輪機機體為焊接連接，采用鋸割拆卸排油管線并改造成插接方式，方便及時疏通，檢修時需要疏通并吹掃干凈防止再次堵塞；⑦將汽輪機保溫內表面噴射滅火干粉，防止潤滑油油漬因汽輪機殼體的高溫著火，或汽輪機外保溫整體進行更換；⑧建議機組進行長周期運行，因達到額定轉速后主油泵潤滑油量滿足各點軸承的潤滑與降溫，減少啟停機頻次進而減少主輔油共同運行的頻次，達到安全運行目的；⑨加強日常巡檢監測，如軸振動波動時及現場有大量油煙現象時及時處理異常情況。

3 結論

通過4 臺汽輪機的故障檢修并對引起油封泄漏的原因逐一排查，逐漸找出汽輪機油封泄漏的根本原因。制定預防性措施，在檢修過程中逐一實施，在一定程度上延長設備的運行周期及保證設備的安全性。如要徹底解決油封泄漏的故障需要對設備軸承箱進行改造，增加軸承箱的回油管線數量來保證潤滑油的回油順暢或在軸承箱潤滑油線入口加裝節流孔板來減少潤滑的流量，最終達到防止油封泄漏的目的，保障設備安全運行。