汽轮发电机油挡漏油原因分析与改进
时间：2023-01-19 17:20:14 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
钟伟
（广西柳州钢铁集团有限公司动力厂，广西 柳州 545002）
我厂在运行的多台某厂汽轮发电机油挡漏油很厉害，该机组是高温高压机组，额定负荷是55MW，机组整个轴系一共有五个轴承。从机头向发电机方向看，前汽封漏气比较大，蒸汽从1#轴承箱前油挡处漏入，造成润滑油含水量大，有乳化现象。3至4#瓦的油挡漏油比较严重。其中发电机后轴承座周围被从油挡甩出的油浸湿，发电机小间内部地板积满润滑油并流到零米层地面。从发电机风罩观察孔可以看到内部定子线圈表面也积了不少油。此外因为前汽封漏气带来的润滑油乳化现象，长期运行下去，必然会对发电机安全运行造成影响，甚至会发生严重的安全事故。在以往大修期间对发电机转子进行抽芯检查时，发现发电机定子槽契因被润滑油浸泡时间过长而松动并与发电机转子相磨，导致定子线棒绝缘不合格的故障。因此油挡漏油的问题必须要解决。
油挡漏油的原因与油挡的安装和结构形式以及汽轮机运行等方面均有关系，现将主要原因分析如下：
1.1 轴承座的结构形式不合理
我厂发电机前后轴承座的油挡安装位置比较特殊，轴承座有一半是在发电机风罩内，另外一半是在风罩外部。由于轴承座有一侧油挡在发电机风罩内，发电机在运行中，转子上的散热风叶产生的抽吸力足以将轴承座内的油烟抽出，集聚成油滴，在离心力的作用下甩到发电机转子和定子线圈上。日积月累，发电机定子槽契发生松动并产生其它的次生故障。
1.2 油挡的密封结构形式设计不合理
我厂发电机组油挡密封的结构是采用梳齿式密封，这种油挡结构简单，价格不高，得到广泛应用。其工作原理是通过数道梳齿将轴承箱内产生的细小油滴阻挡并凝聚下来，油滴在重力的作用下顺着油挡齿流到油挡底部的回油孔内，重新回到轴承座内。由于汽轮机的转子运行不是一个稳定的圆形轨迹，它在轴承油膜的支撑下不规则旋转，很容易与油挡的密封齿接触发生碰磨，造成油挡的径向间隙过大。轴承温度在机组运行状态下可达80多摄氏度，轴承座内产生大量油烟。运行时间较长的机组，油挡间隙值绝大部分超标，有些漏油严重的，间隙值甚至超过标准值5～10倍。由于轴承座温度比较高，油烟气体受热膨胀并顺着油挡与转轴的间隙向外排出，严重时会产生细小的油滴顺着转轴向外甩出，造成严重的漏油现象，因此这种结构的油挡密封效果并不理想。
1.3 油挡安装不规范
工人在进行油挡安装时，没有严格的按照技术要求进行安装。密封齿与轴的径向间隙过大或者过小。过大则容易漏油，过小容易使轴与密封齿碰磨发热，造成该处轴承振动大，影响机组运行，最终密封齿间隙也会因碰磨变大，影响到密封效果。
1.4 运行操作不当有关
有些值班运行人员在启机时，低速暖机的时间不够，过早的提升转速。转子没有得到充分膨胀，转子局部有弯曲，造成机组轴系振动大，并与油挡密封接触发生碰磨，从而油挡间隙变大，也是造成漏油的一个原因。
油挡漏油故障对汽轮机安全运行影响还是很大的，对产生的危害要有充分的认识。无论是对设备管理还是对设备的安全都提出了更高的要求。主要危害有以下几个方面：
2.1 对发电机内部定子线圈和转子线圈绝缘的破坏
发电机内部定子线圈和转子线圈表面如果长期附着油污，会使槽契表面散热效果下降，加速槽契的老化，绝缘降低，严重的会导致绝缘失效的情况发生。
2.2 容易引起火灾
汽轮机前轴承座的油挡与前汽封距离比较近。由于汽轮机运行时间长后，前汽封有一定的磨损，高温高压的蒸汽会泄漏出来，温度可以达到近400摄氏度。如果油挡漏油严重的话，高温蒸汽产生的热量足以将前汽封附近粘有润滑油的保温棉加热点着，发生严重的火灾安全事故，造成不可挽回的经济损失。
2.3 油中含水量大，轴瓦温度高
汽轮机前汽封因为运行人员在调整压力过大或者因为前汽封间隙变大，造成蒸汽外泄。部分带有压力的蒸汽就会从油挡的间隙窜入到前轴承箱内，冷却后凝结成水与油混合。时间长了润滑油发生乳化现象且油中含水量严重超标，润滑油的各项目指标不同程度下降，尤其是运动粘度下降对轴瓦的伤害是非常大的，它直接影响到轴瓦油膜的形成和质量。如果油膜质量不佳，轴瓦温度很容易升高，影响到汽轮机带负荷，严重的会造成烧瓦事故。
3.1 密封齿的改造
轴承座的原油挡是固定式的疏齿密封，在使用一段时间后，尤其是在汽轮机启停过程中特别容易发生转轴与密封齿的动静摩擦，以至于油挡密封间隙过大。为避免这种现象的发生，考虑使用一种新型的油挡密封材料，即将原来部分铜齿条密封环更换成耐磨石墨碳环密封。该石墨碳环密封结构形式为三瓣式，每一瓣的背部由弹簧装置来固定和支撑。弹簧受压产生弹力将密封环顶在轴上，使密封环与轴紧密接触。为减少与轴接触产生的热量，在与轴接触的部分车2～3道凹槽，以减少接触面积。这种改造后的油挡称之为接触式油挡密封。
3.2 油挡间隙的调整
改造后的油挡是部分石墨碳环密封，还有部分是保留了疏齿式的密封，因此疏齿式密封间隙也要符合标准范围内，间隙太大，密封效果差，容易漏油。对于铜齿密封，确保间隙在标准值内，即左右侧：0.15～0.2 mm；
下部：0.05～0.10 mm；
上部：0.20～0.25 mm。对于触式石墨碳环密封，只需让密封环与轴保持接触，紧力保持在0.02～0.03Mpa即可。
3.3 效果检查
油挡改造完成后，在开机过程出现2#和3#轴承振动大，轴瓦水平方向振动比改造前大了不少，达到48um（标准＜30um）。由于本次改造只是对油挡进行改造，并未动到发电机组轴系，因此怀疑是油挡的问题。机组并网后运行后，振动值并未达到跳机保护值，为了进一步检验新油挡的效果，因此让发电机组试运行一段时间。在运行的一个多月后，油挡开始有漏油现象，且机组的3#和4#轴承水平方面振动值也逐渐往上升。为保证机组的安全，必须停机检查故障的原因。将油挡拆除后，发现轴与油挡接触的部位有磨损现象，有些部位甚至发蓝，说明轴与油挡石墨碳环密封接触，在高转速下产生大量的热量。由于发电机轴本身也有一定的弯曲、晃度、振动等原因，会引起转轴不均匀加热，从而引起不平衡振动。此外轴也有一定的磨损，轴与石墨碳环密封接触不严密，就产生润滑油泄漏的现象。
3.4 进一步改进
由于前一次改造采用部分接触式密封，对轴有磨损，造成轴承振动大和油挡漏油的故障。第二次改造要避免这个故障的产生，将接触式密封的石墨碳环内径尺寸加大使其内圈与轴不再紧密接触，同时增加压力气体来轴向密封油挡的径向间隙以及采取抽油烟的方式使轴承座内保持一定的真空度来实现密封效果。具体改造步骤如下：
（1）对于漏油比较严重的发电机侧3#和4#轴承座油挡改造，从油挡结构上进行优化和重新设计。新油挡的轴向长度比原来的长，增加两个腔室，内腔和外腔。在外腔通入压缩空气来阻止轴承座内的油烟和细小的油滴外逸以达到密封的效果。内腔开一小孔接管子将外腔过来的空气引出厂房外，以形成进出循环，腔内压力平衡。其原理是压缩空气进入油挡油封齿处，在油挡和转子之间的空隙形成一环形压力气环。气环向内腔流动可以阻止油烟和细小油滴跑往外腔，向外流动可以阻止灰尘以及水蒸汽进入轴承座。内腔靠轴承座一侧，由两道铜齿密封和两道接触式石墨碳环密封组成。外腔靠发电机一侧，由一道铜齿密封和两道接触式石墨碳环密封组成，结构见图1。接触式石墨碳环密封的背面有弹簧支撑和固定。为了避免油挡对轴造成严重的磨损，在安装时，三瓣式石墨碳环密封与轴轻轻接触即可，紧力基本为0，从而避免密封环与转子紧密接触生产大量热量引起轴系的振动。对于铜齿密封，确保间隙在标准值内即可。
图1
（2）为进一步加强密封的效果，减少高温油烟的外溢，在轴承座外壳上开一小孔接不锈钢管与电动油烟分离器相连见图2。在抽风机的作用下，将轴承座内高温油烟抽到油烟分离器内，进行油烟分离，分离出的油回到机组大油箱内。通过抽风机的工作，油烟跑到轴承座外的量大大的减少了，这也是进一步降低油挡漏油的有效措施。
图2
（3）对于汽轮机前轴承箱的油挡改造，同样也是采用上面的油挡形式。此处要把进入外腔的压缩空气压力提高一些，具体压力值要根据前汽封漏汽量来决定。为了减少前汽封漏汽进入前轴承箱，在前汽封外部制作一个蒸汽收集罩并通过无缝钢管引到室外。能很大程度上减少蒸汽从油挡间隙漏入前轴承箱内，减少了润滑油的含水量以及油中带杂质等情况的出现。此外由于油烟和高温蒸汽被压缩空气隔开，能够避免高温蒸汽对油挡处的油加热烧烤而碳化结焦堵塞回油孔的现象，最终解决漏油和轴系振动的问题。
通过对发电机的油挡从结构上进行改造，并对油挡的安装间隙进行严格调整。在发电机组开机后，缓慢的打开压缩空气阀门，向油挡外腔送入压缩空气，调整送气量达到既能起到阻止油雾外泄又不造成气量过大而浪费。经过一段时间的运行观察，机组原来振动大的故障已经消失，油挡外部周围无润滑油泄漏现象。通过发电机观察孔查看，发电机定子线圈表面也没有润滑油附着的迹象。油烟分离器排烟管有油烟连续排出，其底部接油盘不断聚集分离出来的油，并通过回油管回到汽轮机主油箱。润滑油中含水量也大大降低，真空滤油机脱水量明显减少。因此油挡改造达到了预期的效果。
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