一種帶磁力懸浮環(huán)的氣密性油擋的實際應用

張玉鋼，文逸沺，武國磊，李 超

(1.天津國投津能發(fā)電有限公司，天津 300480；2.國家電投集團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2×1 000 MW超超臨界抽汽凝汽式汽輪發(fā)電機組，配套杭州汽輪機廠生產(chǎn)的HMS500D型給水泵汽輪機。該工程同步建設日產(chǎn)10萬t淡水的海水淡化工程，每臺機組需分別向海水淡化站提供調整抽汽。

機組投運以來，給水泵汽輪機潤滑油多次發(fā)生油箱進水、油質嚴重超標事件。汽輪機安全穩(wěn)定運行與汽輪機油質的好壞關系密切。汽輪機潤滑油進水將使?jié)櫥腿榛?，乳化后的潤滑油的粘度將會降低，軸承中軸與瓦之間的油膜厚度減小，造成轉子與軸直接摩擦，甚至軸瓦燒損。為此，必須分析潤滑油進水原因并研究解決的方案。

1 潤滑油進水的原因

經(jīng)過長時間對與油質相關系統(tǒng)、設備的排查，最終得出潤滑油進水的原因有以下2個。

(1) 傳統(tǒng)的梳齒式油擋漏入的軸封漏汽量增大，且汽機房內濕度大，而軸承油封與汽封體距離僅有50 mm，汽輪機軸封漏汽不易向四周擴散，導致大量水蒸氣進入軸承箱。

(2) 軸承箱由排煙風機引起的負壓，客觀上加劇水蒸氣的進入。

2 潤滑油水分超標的危害

(1) 油中水分產(chǎn)生泡沫，阻塞油道，導致油循環(huán)不暢，潤滑油油壓不穩(wěn)，威脅機組安全運行。

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

(3) 進入軸承室的潤滑油，在形成油膜時，有可能析出水分，破壞正常油膜特性，導致油膜失穩(wěn)而發(fā)生油膜振蕩，進而增大部件摩擦，引起局部過熱、軸承磨損、機組振動，甚至出現(xiàn)毀機現(xiàn)象。

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

為解決潤滑油水分超標問題，提出并實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，通過管路往油擋本體內引入干燥的壓縮空氣，壓縮空氣通過氣密性油擋的均壓室，把壓縮空氣均勻分配到油擋內部的齒中間，使油擋軸向位置中部形成正壓區(qū)。通過應用空氣動力學原理，利用壓縮空氣來堵住旋轉軸的漏泄間隙，不僅可以達到油擋零泄漏的密封效果，同時該氣密性油擋還可以阻止軸封漏汽和灰塵雜質的進入，避免了油中進水和油中帶雜質等情況的出現(xiàn)。通過氣密性油擋改造，在油擋內部不會再產(chǎn)生由高溫軸封汽漏入而形成的黑色碳化物、炭渣，不會引起機組振動，不會損傷轉子軸頸。

4 磁力懸浮環(huán)工作原理

利用磁力吸合(引進預埋磁石技術，將磁力內環(huán)吸合在外環(huán)上，其中內環(huán)為懸浮環(huán)，外環(huán)為油擋本體)產(chǎn)生的力將內環(huán)重力平衡為0。這樣，無論在熱態(tài)、動態(tài)時軸處于何種位置，內環(huán)都體現(xiàn)出零重力的特質。

內環(huán)對軸顯現(xiàn)了零重力，但軸的運動軌跡是橢圓型的，軸心一直處在漂移狀態(tài)，于是軸就會與內環(huán)發(fā)生接觸。

為了解決這個問題，將內環(huán)與外環(huán)在徑向設計上留3—5 mm的退讓間隙，內環(huán)既寬又輕，壓強低、動量小、退讓空間大，可在軸心漂移或撓度彎曲而改變軸心位置時，在磁力作用下實時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)，達到阻絕大部分空氣進入和潤滑油泄漏的初步效果。另外，這種設計還能有效避免軸瓦偏心等惡劣工況。

5 帶磁力懸浮環(huán)的氣密性油擋結構特點

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

該油擋包括油擋本體、調整螺絲、進氣管接頭、環(huán)形腔室、密封齒、合金磁力懸浮環(huán)、回油槽、轉子與凸起部。環(huán)形腔室設置在油擋本體的內部，進氣管接頭設置在環(huán)形腔室的上端，進氣管接頭與所述環(huán)形腔室相互連通。轉子軸上設置有凸起部位。油擋本體上開設有回油槽，回油槽位于軸的上方。油擋本體與轉子軸之間設置有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。調整螺絲設置在油擋本體的外側，用以調整油擋與軸的間隙。

帶磁力懸浮環(huán)的氣密性油擋結構的特點如下。

圖2 系統(tǒng)管道布置

(1) 設計氣密性油擋時，將原油擋厚度34 mm改為64 mm。通過增加油擋的軸向寬度，來增加密封級，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計的1.5 mm改為0.3 mm，保證了油檔與轉軸較小的動靜間隙，使密封效果更佳；同時，如果轉軸與油擋齒發(fā)生碰磨，因齒尖寬度小，能夠起到很好的避讓作用，防止機組產(chǎn)生震動，對軸頸起到保護作用。

(3) 油擋在轉軸凸起位置設計有回油槽，能夠利用轉子凸起部位很好地將潤滑油回至油箱內。

(4) 氣密性油擋設計有2道磁力懸浮環(huán)，懸浮環(huán)材質為合金材質，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?，右磁力懸浮環(huán)能降低壓縮空氣進入軸承箱的氣量，降低對軸承箱負壓環(huán)境的影響。磁力懸浮環(huán)還能保持與轉子的動靜間隙，不被磨損，延長油擋使用壽命與維護周期。

(5) 壓縮空氣先通過環(huán)形腔室，再通過環(huán)形腔室上的多個小孔，將進入油擋的壓縮空氣均勻地分布在轉子上，使密封效果更佳，同時減小了對轉子的激振影響。

(6) 油擋進氣支管上設計有壓縮空氣閥門與壓力表，可根據(jù)不同的工況來調節(jié)油擋的進氣壓力。

(7) 壓縮空氣母管設計有氣水分離器，能很好地凈化油擋的用氣品質。

(8) 油擋外圓設計有間隙調整螺絲，能夠精確調整油擋與軸的間隙。

(9) 間隙標準：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 應用效果

該公司于2016年4月利用1號機組C修期間，對2臺給水泵汽輪機組的4個梳齒式油擋進行了帶磁力懸浮環(huán)的氣密性油擋改造。改造后，2臺給水泵汽輪機組潤滑油品質始終保持在優(yōu)良標準，夏季高負荷期間未出現(xiàn)水分超標情況。改造前后油質變化情況如圖3，4所示。

圖3 改造前油質變化曲線

圖4 改造后油質變化曲線

7 結束語

改造后經(jīng)過1年的運行觀察：潤滑油水分合格，每年節(jié)省資金約10萬元(僅計算更換濾油機濾芯成本)，同時保證了汽輪機各軸瓦良好冷卻潤滑及控制系統(tǒng)的穩(wěn)定工作，提升了設備的使用壽命，確保機組安全穩(wěn)定運行。這為其他同類型機組采用帶磁力懸浮環(huán)的氣密性油檔方案治理潤滑油水分超標問題，提供了又一個成功應用的案例。

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