張玉鋼，文逸沺，武國(guó)磊，李 超

(1.天津國(guó)投津能發(fā)電有限公司，天津 300480；2.國(guó)家電投集團(tuán)石家莊供熱有限公司，河北 石家莊 050031)

0 引言

某公司一期工程建設(shè)2×1 000 MW超超臨界抽汽凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，配套杭州汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的HMS500D型給水泵汽輪機(jī)。該工程同步建設(shè)日產(chǎn)10萬(wàn)t淡水的海水淡化工程，每臺(tái)機(jī)組需分別向海水淡化站提供調(diào)整抽汽。

機(jī)組投運(yùn)以來(lái)，給水泵汽輪機(jī)潤(rùn)滑油多次發(fā)生油箱進(jìn)水、油質(zhì)嚴(yán)重超標(biāo)事件。汽輪機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行與汽輪機(jī)油質(zhì)的好壞關(guān)系密切。汽輪機(jī)潤(rùn)滑油進(jìn)水將使?jié)櫥腿榛?，乳化后的?rùn)滑油的粘度將會(huì)降低，軸承中軸與瓦之間的油膜厚度減小，造成轉(zhuǎn)子與軸直接摩擦，甚至軸瓦燒損。為此，必須分析潤(rùn)滑油進(jìn)水原因并研究解決的方案。

1 潤(rùn)滑油進(jìn)水的原因

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間對(duì)與油質(zhì)相關(guān)系統(tǒng)、設(shè)備的排查，最終得出潤(rùn)滑油進(jìn)水的原因有以下2個(gè)。

(1) 傳統(tǒng)的梳齒式油擋漏入的軸封漏汽量增大，且汽機(jī)房?jī)?nèi)濕度大，而軸承油封與汽封體距離僅有50 mm，汽輪機(jī)軸封漏汽不易向四周擴(kuò)散，導(dǎo)致大量水蒸氣進(jìn)入軸承箱。

(2) 軸承箱由排煙風(fēng)機(jī)引起的負(fù)壓，客觀上加劇水蒸氣的進(jìn)入。

2 潤(rùn)滑油水分超標(biāo)的危害

(1) 油中水分產(chǎn)生泡沫，阻塞油道，導(dǎo)致油循環(huán)不暢，潤(rùn)滑油油壓不穩(wěn)，威脅機(jī)組安全運(yùn)行。

(2) 潤(rùn)滑油中水分可以加快潤(rùn)滑油乳化，使添加劑加速失效，降低潤(rùn)滑油的整體性能和使用壽命。

(3) 進(jìn)入軸承室的潤(rùn)滑油，在形成油膜時(shí)，有可能析出水分，破壞正常油膜特性，導(dǎo)致油膜失穩(wěn)而發(fā)生油膜振蕩，進(jìn)而增大部件摩擦，引起局部過(guò)熱、軸承磨損、機(jī)組振動(dòng)，甚至出現(xiàn)毀機(jī)現(xiàn)象。

(4) 嚴(yán)重乳化的油品有可能沉積于潤(rùn)滑油系統(tǒng)的管路中，致使?jié)櫥脱h(huán)不暢，失去良好的潤(rùn)滑作用，導(dǎo)致冷油器換熱效率降低，各部濾網(wǎng)堵塞，轉(zhuǎn)子軸頸磨損等，如不及時(shí)處理會(huì)造成重大事故。

為解決潤(rùn)滑油水分超標(biāo)問(wèn)題，提出并實(shí)施了將原有的梳齒型油擋改造為帶有磁力懸浮環(huán)的氣密性油擋的方案。

3 帶磁力懸浮環(huán)的氣密性油擋工作原理

將油擋由普通的梳齒式油擋改造為帶磁力懸浮環(huán)的氣密性油擋，通過(guò)管路往油擋本體內(nèi)引入干燥的壓縮空氣，壓縮空氣通過(guò)氣密性油擋的均壓室，把壓縮空氣均勻分配到油擋內(nèi)部的齒中間，使油擋軸向位置中部形成正壓區(qū)。通過(guò)應(yīng)用空氣動(dòng)力學(xué)原理，利用壓縮空氣來(lái)堵住旋轉(zhuǎn)軸的漏泄間隙，不僅可以達(dá)到油擋零泄漏的密封效果，同時(shí)該氣密性油擋還可以阻止軸封漏汽和灰塵雜質(zhì)的進(jìn)入，避免了油中進(jìn)水和油中帶雜質(zhì)等情況的出現(xiàn)。通過(guò)氣密性油擋改造，在油擋內(nèi)部不會(huì)再產(chǎn)生由高溫軸封汽漏入而形成的黑色碳化物、炭渣，不會(huì)引起機(jī)組振動(dòng)，不會(huì)損傷轉(zhuǎn)子軸頸。

4 磁力懸浮環(huán)工作原理

利用磁力吸合(引進(jìn)預(yù)埋磁石技術(shù)，將磁力內(nèi)環(huán)吸合在外環(huán)上，其中內(nèi)環(huán)為懸浮環(huán)，外環(huán)為油擋本體)產(chǎn)生的力將內(nèi)環(huán)重力平衡為0。這樣，無(wú)論在熱態(tài)、動(dòng)態(tài)時(shí)軸處于何種位置，內(nèi)環(huán)都體現(xiàn)出零重力的特質(zhì)。

內(nèi)環(huán)對(duì)軸顯現(xiàn)了零重力，但軸的運(yùn)動(dòng)軌跡是橢圓型的，軸心一直處在漂移狀態(tài)，于是軸就會(huì)與內(nèi)環(huán)發(fā)生接觸。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，將內(nèi)環(huán)與外環(huán)在徑向設(shè)計(jì)上留3—5 mm的退讓間隙，內(nèi)環(huán)既寬又輕，壓強(qiáng)低、動(dòng)量小、退讓空間大，可在軸心漂移或撓度彎曲而改變軸心位置時(shí)，在磁力作用下實(shí)時(shí)跟蹤軸心并停留在新的平衡處，從而保證油擋始終處在良好的密封狀態(tài)，達(dá)到阻絕大部分空氣進(jìn)入和潤(rùn)滑油泄漏的初步效果。另外，這種設(shè)計(jì)還能有效避免軸瓦偏心等惡劣工況。

5 帶磁力懸浮環(huán)的氣密性油擋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

帶磁力懸浮環(huán)的氣密性油擋結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)管道布置如圖2所示。

該油擋包括油擋本體、調(diào)整螺絲、進(jìn)氣管接頭、環(huán)形腔室、密封齒、合金磁力懸浮環(huán)、回油槽、轉(zhuǎn)子與凸起部。環(huán)形腔室設(shè)置在油擋本體的內(nèi)部，進(jìn)氣管接頭設(shè)置在環(huán)形腔室的上端，進(jìn)氣管接頭與所述環(huán)形腔室相互連通。轉(zhuǎn)子軸上設(shè)置有凸起部位。油擋本體上開設(shè)有回油槽，回油槽位于軸的上方。油擋本體與轉(zhuǎn)子軸之間設(shè)置有5道密封齒與2道磁力懸浮環(huán)，密封齒與磁力懸浮環(huán)均與油擋本體連接。調(diào)整螺絲設(shè)置在油擋本體的外側(cè)，用以調(diào)整油擋與軸的間隙。

帶磁力懸浮環(huán)的氣密性油擋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)如下。

圖2 系統(tǒng)管道布置

(1) 設(shè)計(jì)氣密性油擋時(shí)，將原油擋厚度34 mm改為64 mm。通過(guò)增加油擋的軸向?qū)挾?，?lái)增加密封級(jí)，將原3道密封齒改為5道密封齒。

(2) 氣密性油擋的齒尖厚度由原設(shè)計(jì)的1.5 mm改為0.3 mm，保證了油檔與轉(zhuǎn)軸較小的動(dòng)靜間隙，使密封效果更佳；同時(shí)，如果轉(zhuǎn)軸與油擋齒發(fā)生碰磨，因齒尖寬度小，能夠起到很好的避讓作用，防止機(jī)組產(chǎn)生震動(dòng)，對(duì)軸頸起到保護(hù)作用。

(3) 油擋在轉(zhuǎn)軸凸起位置設(shè)計(jì)有回油槽，能夠利用轉(zhuǎn)子凸起部位很好地將潤(rùn)滑油回至油箱內(nèi)。

(4) 氣密性油擋設(shè)計(jì)有2道磁力懸浮環(huán)，懸浮環(huán)材質(zhì)為合金材質(zhì)，耐高溫、柔軟，不磨損軸頸。左磁力懸浮環(huán)可以防止?jié)櫥托孤掖帕腋…h(huán)能降低壓縮空氣進(jìn)入軸承箱的氣量，降低對(duì)軸承箱負(fù)壓環(huán)境的影響。磁力懸浮環(huán)還能保持與轉(zhuǎn)子的動(dòng)靜間隙，不被磨損，延長(zhǎng)油擋使用壽命與維護(hù)周期。

(5) 壓縮空氣先通過(guò)環(huán)形腔室，再通過(guò)環(huán)形腔室上的多個(gè)小孔，將進(jìn)入油擋的壓縮空氣均勻地分布在轉(zhuǎn)子上，使密封效果更佳，同時(shí)減小了對(duì)轉(zhuǎn)子的激振影響。

(6) 油擋進(jìn)氣支管上設(shè)計(jì)有壓縮空氣閥門與壓力表，可根據(jù)不同的工況來(lái)調(diào)節(jié)油擋的進(jìn)氣壓力。

(7) 壓縮空氣母管設(shè)計(jì)有氣水分離器，能很好地凈化油擋的用氣品質(zhì)。

(8) 油擋外圓設(shè)計(jì)有間隙調(diào)整螺絲，能夠精確調(diào)整油擋與軸的間隙。

(9) 間隙標(biāo)準(zhǔn)：油擋銅齒的頂部間隙為0.25—0.30 mm，左右間隙為 0.15—0.20 mm，底部間隙為0—0.05 mm；磁力懸浮環(huán)間隙，上下左右均為0.10 mm。

6 應(yīng)用效果

該公司于2016年4月利用1號(hào)機(jī)組C修期間，對(duì)2臺(tái)給水泵汽輪機(jī)組的4個(gè)梳齒式油擋進(jìn)行了帶磁力懸浮環(huán)的氣密性油擋改造。改造后，2臺(tái)給水泵汽輪機(jī)組潤(rùn)滑油品質(zhì)始終保持在優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)，夏季高負(fù)荷期間未出現(xiàn)水分超標(biāo)情況。改造前后油質(zhì)變化情況如圖3，4所示。

圖3 改造前油質(zhì)變化曲線

圖4 改造后油質(zhì)變化曲線

7 結(jié)束語(yǔ)

改造后經(jīng)過(guò)1年的運(yùn)行觀察：潤(rùn)滑油水分合格，每年節(jié)省資金約10萬(wàn)元(僅計(jì)算更換濾油機(jī)濾芯成本)，同時(shí)保證了汽輪機(jī)各軸瓦良好冷卻潤(rùn)滑及控制系統(tǒng)的穩(wěn)定工作，提升了設(shè)備的使用壽命，確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。這為其他同類型機(jī)組采用帶磁力懸浮環(huán)的氣密性油檔方案治理潤(rùn)滑油水分超標(biāo)問(wèn)題，提供了又一個(gè)成功應(yīng)用的案例。

參考文獻(xiàn):

1 賈曉鳴.汽輪機(jī)油中水分的危害及凈化[J].潤(rùn)滑油，2003，18(4)：63-64.

2 蔡國(guó)梁.國(guó)產(chǎn)50 MW汽輪機(jī)軸封汽封的改造[J].熱能動(dòng)力工程，2001，16(1)：99-100.

3 Egli A.The Leakage of Steam Through Labyrinth Seals[J].Trans ASME，1935，57：115-122&Discussion：445-446.

4 蘇晉生.降低汽輪機(jī)潤(rùn)滑油油質(zhì)污染的措施[J].山西電力，2001，101(6)：10-12.

5 肖茂東.氣密封油擋在NGZ84.6/83.5/06型汽輪機(jī)的應(yīng)用[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2003，45(5)：329-330.

6 Denecke J， Schramm V， Kim S， et al.Influence of rub-Groves on labyrinth seal leakage[J].Journal of Turbomachinery，2003，125(2)：387-393

7 張學(xué)延.汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)診斷[M].北京：中國(guó)電力出版社，2008.

8 朱恒軍.C6MW汽輪機(jī)油中進(jìn)水分析[J].設(shè)備管理與維修，2005，26(9)：36-37.

9 肖慧杰，趙閆濤，王玉剛.汽輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁機(jī)油擋滲油原因分析及處理[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2015，33(6)：73-75.