汽輪機(jī)油動機(jī)活塞密封套脫落的原因分析

丁懷高

(北京奧福能源股份有限公司，北京 100070)

0 引言

某熱電廠自2010年10月對C12－3.43/0.49型汽輪機(jī)中壓油動機(jī)進(jìn)行維修后，調(diào)節(jié)系統(tǒng)多次出現(xiàn)遲緩和卡澀現(xiàn)象。在并熱網(wǎng)過程中，當(dāng)中壓錯油門底部的脈沖油壓建立后，活塞沒有在油壓的作用下逐漸上移;當(dāng)手動投入調(diào)壓器切除閥時，中壓油動機(jī)活塞突然向上竄動，機(jī)組負(fù)荷從7 000 kW降至5000 kW，抽汽壓力從0.45MPa上升至0.70MPa，造成抽汽管道安全閥啟爆、膨脹節(jié)密封材料刺穿而被迫停機(jī)的惡性事故。

1 中壓油動機(jī)

C12－3.43/0.49型汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)為傳統(tǒng)的液壓調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)，其主油泵為徑向鉆孔泵。中壓油動機(jī)為雙側(cè)進(jìn)油活塞式油動機(jī)，由壓蓋(頂蓋)、端蓋、殼體、油動活塞、密封套、球頭拉桿和反饋裝置組成。為了減少活塞與殼體之間的漏油，在活塞上裝有銅質(zhì)密封套;密封套與殼體之間依靠很小的間隙來保證其密封效果，該間隙值為0.03～0.05 mm;密封套內(nèi)徑為196 mm，外徑為220 mm，高度為60 mm，在密封套與活塞頂部用4個? 6 mm的騎縫螺釘對密封套進(jìn)行固定。端蓋嵌入油動機(jī)頂部，壓蓋用螺絲固定在油動機(jī)和端蓋的上部，球頭拉桿同旋轉(zhuǎn)隔板連接。

2 中壓油動機(jī)存在的問題

2011年春節(jié)期間，對中壓油動機(jī)進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)活塞桿與壓蓋中心孔明顯有不同心現(xiàn)象?；钊麠U與壓蓋之間的間隙一般為0.10～0.20 mm，而此時活塞桿卻緊緊貼在壓蓋中心孔的左前側(cè)(靠近汽缸一側(cè)，以下統(tǒng)稱左側(cè)，相對應(yīng)的一側(cè)稱為右側(cè))，而右側(cè)卻出現(xiàn)了最大約0.80 mm的間隙。打開壓蓋檢查，發(fā)現(xiàn)中心孔的左側(cè)有磨損痕跡，打開端蓋，發(fā)現(xiàn)端蓋中心孔右側(cè)同樣有磨損痕跡。將活塞從殼體內(nèi)提出時，發(fā)現(xiàn)密封套已完全脫離活塞，4個騎縫螺釘全部因擼絲而松脫。密封套表面有明顯劃痕，與此相對應(yīng)的殼體處也有明顯被摩擦的痕跡。

3 密封套向上脫離活塞的原因分析

從運(yùn)行、檢修質(zhì)量等方面對密封套脫離活塞的原因進(jìn)行了分析和研究，最終認(rèn)定其主要原因是中壓油動機(jī)壓蓋被裝偏。

3.1 中壓油動機(jī)壓蓋被裝偏

活塞桿與壓蓋中心孔明顯存在偏心現(xiàn)象，活塞桿緊緊貼在壓蓋中心孔左側(cè)，壓蓋中心孔左側(cè)和端蓋中心孔右側(cè)處有明顯的磨損痕跡，殼體處也有明顯被密封套摩擦的痕跡。以上種種現(xiàn)象說明，檢修人員在維修過程中將壓蓋裝偏，最終導(dǎo)致活塞及密封套中心位移。

3.2 壓蓋嚴(yán)重偏移導(dǎo)致密封套與殼體發(fā)生接觸

當(dāng)壓蓋向右側(cè)偏移0.10～0.20 mm時，活塞桿與壓蓋中心孔左側(cè)間隙就減少為0 mm，如壓蓋繼續(xù)向右側(cè)偏移就會推動活塞桿向右側(cè)偏移。壓蓋繼續(xù)向右側(cè)偏移0.10～0.20 mm，就會造成活塞桿與端蓋中心孔右側(cè)的間隙減少為0 mm并阻止活塞桿繼續(xù)向右側(cè)偏移。根據(jù)端蓋中心孔右側(cè)的磨損情況來分析，壓蓋實際已向右側(cè)偏移0.40mm以上，造成活塞桿向右側(cè)偏移0.20 mm以上。

活塞桿向右側(cè)偏移0.05～0.10 mm，就會造成密封套向左側(cè)偏移0.05 mm以上，而密封套與殼體之間的間隙為0.03～0.05 mm，此時已造成密封套與殼體左側(cè)之間的間隙減少為0 mm。實際上活塞桿已向右側(cè)偏移0.20 mm以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過密封套與殼體之間的間隙，活塞中心線已偏離殼體的中心線位置，使得密封套與殼體出現(xiàn)較大范圍的接觸，在活塞上、下移動時就會發(fā)生遲緩和卡澀現(xiàn)象。

3.3 活塞快速下移是造成密封套脫落的主要動力

密封套熱套于活塞之上，4個騎縫螺釘對密封套加以固定，當(dāng)殼體對密封套向下運(yùn)動的阻力足以克服密封套的緊力時，密封套就會產(chǎn)生松動并發(fā)生位移。當(dāng)活塞桿向右側(cè)偏移0.20 mm以上時，密封套與殼體之間的接觸面積就會增大，在活塞每次快速下移時，殼體會對密封套產(chǎn)生巨大的反沖擊力，當(dāng)密封套向下運(yùn)動的阻力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于密封套的緊力時，密封套便產(chǎn)生松動，最終導(dǎo)致密封套向上嚴(yán)重位移后發(fā)生脫落。

3.4 造成活塞快速下移的原因

(1)檢修人員檢修不當(dāng)。檢修人員在檢修過程中為了檢查活塞是否存在卡澀現(xiàn)象，用布條纏著中壓油動機(jī)的球頭拉桿，數(shù)次將活塞用力向上提升至最大行程后又將活塞放下，活塞在自重的作用下快速下移。由于密封套與殼體之間沒有潤滑油，在活塞與殼體不在同一中心線的情況下，這種違章操作必然造成密封套與殼體之間發(fā)生更加嚴(yán)重的摩擦。

(2)在做調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)試驗時，當(dāng)恢復(fù)危急遮斷油門、軸向位移等保護(hù)裝置時，通往脈沖油路的高壓油被切斷，脈沖油壓迅速下降，中壓錯油門滑閥在上部彈簧的作用下迅速下移，高壓油進(jìn)入油動機(jī)上腔，活塞在0.2～0.5 s內(nèi)迅速向下移動至最底位。殼體對密封套的反沖擊力是巨大的，是導(dǎo)致密封套向上脫離活塞的最重要的動力源之一。

4 處理結(jié)果

將油動機(jī)密封套取下進(jìn)行修整，按工藝要求重新裝配并重新鉆孔安裝騎縫螺釘，最后將壓蓋中心孔與活塞桿校正裝好。機(jī)組運(yùn)行后，中壓油動機(jī)沒有發(fā)生遲緩和卡澀現(xiàn)象，運(yùn)行平穩(wěn)正常，在運(yùn)行半年后的一次計劃停機(jī)解體檢查中確認(rèn)一切正常。

5 結(jié)論

綜上所述，造成密封套向上完全脫離活塞的主要原因及應(yīng)吸取的經(jīng)驗教訓(xùn)是:

(1)由于設(shè)計上存在一定的缺陷，壓蓋和端蓋成為2個獨立的部件?？稍O(shè)計成一體構(gòu)造，在端蓋嵌入殼體時便會使壓蓋自動對中，也可以設(shè)計2個固定銷釘將壓蓋固定，就不會出現(xiàn)壓蓋被人為壓偏的現(xiàn)象。

(2)中壓油動機(jī)整體低于汽輪機(jī)操作平臺，四周空間狹窄，給檢修和運(yùn)行巡視帶來諸多不便。

(3)防塵蓋處于活塞桿的頂部，一旦壓蓋被人為壓偏，靠近汽缸一側(cè)的間隙減少時，由于防塵蓋擋住了視線，很難被及時發(fā)現(xiàn)。

(4)檢修人員因為對調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理和構(gòu)造不太了解以及檢修質(zhì)量較低等原因，將壓蓋裝偏后沒有及時對檢修過的設(shè)備進(jìn)行認(rèn)真仔細(xì)的檢查與驗收。

所幸沒有發(fā)生電網(wǎng)從系統(tǒng)解列的事故，否則，當(dāng)發(fā)生事故需要緊急關(guān)閉旋轉(zhuǎn)隔板時，因密封套已上移60 mm，活塞的最大行程(138 mm)減少60 mm，活塞無法上移至極限位置，旋轉(zhuǎn)隔板就不能完全關(guān)閉，有可能發(fā)生汽輪機(jī)嚴(yán)重超速等一系列惡性事故，其后果十分嚴(yán)重。檢修人員如能有效地提高檢修質(zhì)量，就能避免此類設(shè)備故障的發(fā)生。

［1］邵和春.汽輪機(jī)運(yùn)行［M］.北京:中國電力出版社，2006.

［2］王棟梁.機(jī)械基礎(chǔ)［M］.北京:中國勞動出版社，1990.

［3］田鶴年.N125型汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)常見缺陷的分析與改進(jìn)［J］.汽輪機(jī)技術(shù)，1992，34(3):28 －31.

［4］康德.汽輪機(jī)設(shè)備安裝工藝學(xué)［M］.北京:水利電力出版社，1993.