發(fā)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(fā)電機密封瓦作為氫冷發(fā)電機密封油系統(tǒng)的主要部件，對維持油壓穩(wěn)定發(fā)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(fā)生發(fā)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(huán)節(jié)。本文簡述發(fā)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(tǒng) 密封瓦 專用夾具

1. 發(fā)電機密封油系統(tǒng)介紹

海南核電采用QFSN-660-2 型發(fā)電機，其定子鐵芯和轉子采用氫冷。發(fā)電機密封油系統(tǒng)的功能就是防止發(fā)電機內部高壓氫氣從轉子與發(fā)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(fā)電機密封油系統(tǒng)采用結構復雜但可靠性高的雙流環(huán)式油封結構，即密封瓦。

正常運行時， 發(fā)電機密封油系統(tǒng)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(fā)生交換，隨后繼續(xù)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(tài)，可以保證發(fā)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(fā)電機軸與密封瓦座之間，同時油膜形成一個阻擋，將發(fā)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(tài)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(xiàn)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(fā)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(fā)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(fā)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(fā)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(huán)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(jù)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(jù)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(huán)放置在夾具內部并找正，然后使用壓緊塊將壓環(huán)緊固，從而間接將密封瓦固定。

3.2.1設計要點

（1） 使用壓環(huán)壓緊密封瓦，周向均勻分布的壓緊塊壓緊壓環(huán)，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(huán)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(jù)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(huán)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(huán)。

（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(tài)最終進行測量。當密封瓦處于不受外力狀態(tài)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(fā)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(fā)電機密封油系統(tǒng)及其對發(fā)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(tǒng)常見缺陷原因分析及處理方法. 汽輪機技術，2009，8（4），298～299.