某型燃?xì)廨啓C(jī)油封漏油和結(jié)焦問(wèn)題分析和處理

沈存五， 于 海

(上海電氣燃?xì)廨啓C(jī)有限公司，上海 200240)

隨著重型燃?xì)廨啓C(jī)性能和出力的提升，透平排氣溫度越來(lái)越高。在透平排氣端，軸承座通常與高溫排氣道以及軸封處于緊鄰位置。高溫排氣道的金屬壁面溫度和軸封密封氣的溫度通常都較高，某些情況下軸承座上的油封可能會(huì)受到影響[1]?，F(xiàn)場(chǎng)曾發(fā)生由于軸承座上的油封漏油，導(dǎo)致軸承座局部區(qū)域發(fā)生潤(rùn)滑油起火的事件，而且該區(qū)域發(fā)生潤(rùn)滑油結(jié)焦的現(xiàn)象也比較常見(jiàn)。本文以某重型燃?xì)廨啓C(jī)在電廠運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)油封漏油和結(jié)焦的事件為案例，詳細(xì)介紹故障現(xiàn)象和檢查結(jié)果，分析故障原因，提出解決方案，并跟蹤實(shí)施效果。

1 透平排氣端結(jié)構(gòu)

圖1是某重型燃?xì)廨啓C(jī)的透平排氣端結(jié)構(gòu)圖[2]。機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，軸封左側(cè)腔室內(nèi)是溫度超過(guò)200 ℃的密封氣，一部分密封氣向右流經(jīng)軸封后進(jìn)入油封右側(cè)的腔室。該腔室與機(jī)組外部空間是連通的，因此從軸封流出的密封氣最終會(huì)進(jìn)入機(jī)組外部空間，與其中的空氣混合，另一部分密封氣向左流經(jīng)左側(cè)軸封后進(jìn)入透平排氣道，與溫度超過(guò)540 ℃的透平排氣混合。透平排氣道將透平軸承座和軸承殼體包裹在中間位置，某些情況下，可能有少量潤(rùn)滑油從油封泄漏至軸承殼體外部，然后流經(jīng)透平軸承座內(nèi)壁，從底部的排油管流出至機(jī)組下方的回收桶中。

圖1 某重型燃?xì)廨啓C(jī)透平排氣端結(jié)構(gòu)

2 故障現(xiàn)象

2016年5月，該燃?xì)廨啓C(jī)在電廠運(yùn)行時(shí)，透平軸承瓦振出現(xiàn)隨機(jī)性的振動(dòng)值上升，出現(xiàn)頻率為平均每天1次，振動(dòng)爬升1 h左右到達(dá)峰值，隨后緩慢下降至正常值。正常瓦振值約為4.0 mm/s，歷次峰值最高達(dá)9.0 mm/s。

2016年8月，該燃?xì)廨啓C(jī)小修檢查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)透平軸承座排油管被結(jié)焦堵塞。

2016年9月18日，該燃?xì)廨啓C(jī)的透平軸承瓦振最大至12 mm/s，振動(dòng)持續(xù)高位運(yùn)行約16 min。9月底對(duì)油封進(jìn)行了更換，在更換下來(lái)的油封的密封齒槽內(nèi)發(fā)現(xiàn)了大量結(jié)焦。之后的運(yùn)行中并未出現(xiàn)大幅度的瓦振現(xiàn)象，但漏油現(xiàn)象依然存在，而同型號(hào)機(jī)組在其他電廠運(yùn)行時(shí)未發(fā)現(xiàn)透平軸承座有明顯的漏油現(xiàn)象。

更換油封之后，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)漏油量進(jìn)行了記錄。第一次啟動(dòng)機(jī)組后滿速空載時(shí)，漏油量約為36 mL/h，且油質(zhì)比較干凈。之后滿負(fù)荷正常運(yùn)行時(shí)漏油量約為1.5 mL/h，且油質(zhì)比較渾濁。運(yùn)行至11月14日停機(jī)，發(fā)現(xiàn)潤(rùn)滑油從排油管與軸承座殼體連接螺紋處滲出，漏油量約為12 mL/h。此后采取了定期疏通排油管的處理措施，疏通排油管后，機(jī)組滿負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，排油管漏油量約為60～90 mL/h，且時(shí)快時(shí)慢，油質(zhì)渾濁。

3 現(xiàn)場(chǎng)檢查及臨時(shí)處理措施

2017年2月6日下午，將透平徑向軸承的瓦塊拆出，檢查瓦塊工作面，未發(fā)現(xiàn)明顯磨損現(xiàn)象。

2017年2月7日上午測(cè)量了油封與轉(zhuǎn)子之間的間隙，測(cè)量數(shù)據(jù)如圖2所示。拆出油封后，檢查了油封齒槽，未發(fā)現(xiàn)明顯結(jié)焦現(xiàn)象，圖3為現(xiàn)場(chǎng)拍攝的照片。然后又對(duì)油封底部的排油通道進(jìn)行了檢查，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何堵塞現(xiàn)象。油封外側(cè)工藝孔堵頭也完好無(wú)損，不存在從工藝孔漏油的可能性。從透平軸承座徑向支撐位置，可以觀察到軸承座內(nèi)壁排油管入口處結(jié)焦嚴(yán)重，圖4為現(xiàn)場(chǎng)拍攝的照片。間隙值為油封裝回到軸承座之后的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量值，此時(shí)轉(zhuǎn)子在垂直方向的抬高量約為0.15 mm。

圖2 舊油封與轉(zhuǎn)子間隙測(cè)量值

圖3 油封照片

圖4 軸承座內(nèi)壁排油管入口處結(jié)焦照片

2017年2月8日，將新油封安裝到了透平軸承座上，并測(cè)量了新油封與轉(zhuǎn)子之間的間隙，詳細(xì)間隙測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)圖5。測(cè)量狀態(tài)為轉(zhuǎn)子在垂直方向上抬高約0.15 mm。

圖5 新油封與轉(zhuǎn)子間隙測(cè)量值

根據(jù)測(cè)量結(jié)果，現(xiàn)場(chǎng)決定對(duì)新油封的密封齒進(jìn)行打磨，以便消除轉(zhuǎn)子與油封之間的碰磨。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)子的位置，打磨油封底部90°區(qū)域內(nèi)的密封齒，直至密封齒與轉(zhuǎn)子間隙值達(dá)到0.55 mm；磨左右兩側(cè)45°區(qū)域內(nèi)的密封齒，直至密封齒與轉(zhuǎn)子間隙值達(dá)到0.5 mm，中間區(qū)域光滑過(guò)渡。

2017年2月9日，對(duì)新油封進(jìn)行磨齒，然后將油封安裝到油槽中，并測(cè)量了密封齒與轉(zhuǎn)子之間的間隙，詳細(xì)間隙測(cè)量數(shù)據(jù)如圖6所示。

圖6 磨齒后油封與轉(zhuǎn)子間隙測(cè)量值

隨后將軸承瓦塊裝回軸承中，之后測(cè)量了轉(zhuǎn)子的高度變化值。與之前相比，轉(zhuǎn)子在垂直方向上下降約0.13 mm。

2017年2月10日，安裝頂軸油管路并進(jìn)行手動(dòng)盤(pán)車，未見(jiàn)潤(rùn)滑油從透平軸承座排油管漏出。啟動(dòng)盤(pán)車，未發(fā)現(xiàn)透平軸承座區(qū)域有明顯漏油，但是正常啟機(jī)后就出現(xiàn)排油管漏油現(xiàn)象，漏油量約為60 mL/h。

2017年9月，再次更換了該機(jī)組的透平軸承油封，拆出的舊油封如圖7所示?？梢悦黠@看出，經(jīng)過(guò)近半年的運(yùn)行，結(jié)焦情況十分嚴(yán)重。

圖7 拆出的舊油封

4 問(wèn)題分析

關(guān)于透平徑向軸承瓦振上升問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)更換油封之后，瓦振恢復(fù)正常，所以瓦振上升的原因是機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行后，在油封的密封齒槽內(nèi)累積了過(guò)量的結(jié)焦，這些結(jié)焦與轉(zhuǎn)子發(fā)生了碰磨[3]。

透平軸承座排油管被結(jié)焦堵塞，說(shuō)明油封存在漏油現(xiàn)象，且軸承座底部排油管附近區(qū)域溫度過(guò)高。導(dǎo)致油封漏油的原因可能是油封間隙過(guò)大或油封排油不暢。油封間隙過(guò)大，使?jié)櫥透菀讖拈g隙中泄漏，圖2中的舊油封間隙測(cè)量值證明了油封密封齒磨損嚴(yán)重，油封間隙確實(shí)偏大。油封排油不暢，使油封收集的潤(rùn)滑油無(wú)法及時(shí)排出，一部分潤(rùn)滑油就會(huì)從油封間隙中溢出。導(dǎo)致油封排油不暢的原因?yàn)椋?1)軸承潤(rùn)滑油供油量太大，導(dǎo)致軸承殼體內(nèi)的潤(rùn)滑油來(lái)不及排出，使?jié)櫥鸵何簧仙劣绊懹头馀庞退俣鹊母叨龋?2)油封底部的排油通道面積太小，導(dǎo)致排油速度慢。泄漏的潤(rùn)滑油流到了軸承座底部區(qū)域后產(chǎn)生結(jié)焦，說(shuō)明該區(qū)域溫度過(guò)高。原因可能是從軸封流出的密封氣流量過(guò)大，將該區(qū)域溫度加熱得過(guò)高。從軸封流出的密封氣的溫度超過(guò)200 ℃，大量軸封密封氣完全可以使?jié)櫥桶l(fā)生結(jié)焦。

油封的齒槽內(nèi)有大量結(jié)焦，說(shuō)明該區(qū)域的溫度過(guò)高?？赡艿脑蛴校?1)油封齒與轉(zhuǎn)子發(fā)生碰磨，摩擦生熱導(dǎo)致潤(rùn)滑油結(jié)焦；(2)從軸封流出的密封氣流量大于正常值，接觸并加熱了油封，使油封齒槽內(nèi)的潤(rùn)滑油發(fā)生結(jié)焦。從圖7舊油封的照片中可以看出，與軸封密封氣接觸的一側(cè)結(jié)焦量非常多，而另一側(cè)幾乎沒(méi)有結(jié)焦，顯然軸封密封氣的加熱效應(yīng)是油封出現(xiàn)結(jié)焦的因素之一。如果軸封與轉(zhuǎn)子之間發(fā)生碰磨，使得軸封間隙變大，從軸封流出的密封氣流量就會(huì)隨之變大，對(duì)油封齒槽結(jié)焦的影響也就更為強(qiáng)烈。由于現(xiàn)場(chǎng)不具備測(cè)量軸封間隙的條件，因此只能推測(cè)軸封間隙有可能已經(jīng)過(guò)大。

機(jī)組第一次啟動(dòng)后，滿速空載運(yùn)行時(shí)的漏油量相對(duì)較大，而在滿負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的漏油量反而較小。原因可能是，機(jī)組啟動(dòng)后的一段時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)子處于升溫過(guò)程，隨著轉(zhuǎn)子溫度的升高，轉(zhuǎn)子與油封之間的間隙逐漸減小，漏油量也相應(yīng)由大變小。隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，轉(zhuǎn)子溫度逐漸升高至穩(wěn)定值，此時(shí)轉(zhuǎn)子與油封之間的間隙達(dá)到穩(wěn)定的最小值，漏油量也最小。

5 解決方案

根據(jù)上述問(wèn)題分析，針對(duì)每一項(xiàng)可能的原因，制定了以下解決方案。

油封漏油問(wèn)題的解決方案包括以下措施：

1)更換新的油封，修改油封的排油通道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，增大排油通道的面積；

2)現(xiàn)場(chǎng)檢查并調(diào)節(jié)潤(rùn)滑油供油壓力，使供油壓力保持在設(shè)計(jì)允許的范圍內(nèi)。

油封和排油管結(jié)焦問(wèn)題的解決方案包括以下措施：

1)更換新軸封，將軸封間隙恢復(fù)到設(shè)計(jì)值，將從軸封流出的密封氣流量控制在設(shè)計(jì)允許的范圍內(nèi)。由于現(xiàn)場(chǎng)拆卸軸封的工作量非常大，耗時(shí)太長(zhǎng)，會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)組正常運(yùn)行計(jì)劃，因此該方案只能作為備選方案，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)期，例如機(jī)組大修期間，方可執(zhí)行。

2)對(duì)油封外側(cè)采取強(qiáng)制通風(fēng)冷卻，利用風(fēng)機(jī)和管道將常溫空氣吹入油封與軸封之間的區(qū)域，削弱從軸封流出的密封氣對(duì)油封以及透平軸承座底部區(qū)域的加熱效應(yīng)。

3)安裝油封環(huán)時(shí)，將油封間隙修磨至圖6所示數(shù)值，以降低油封齒與轉(zhuǎn)子發(fā)生碰磨的可能性。

6 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施方案及其效果

針對(duì)于油封漏油問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)更換了油封，新油封按照?qǐng)D6中的間隙值對(duì)油封的密封齒進(jìn)行了修磨，同時(shí)修改了排油通道的結(jié)構(gòu)和尺寸，使其通流面積達(dá)到了原設(shè)計(jì)值的2倍。

對(duì)于軸封漏氣量大導(dǎo)致軸封和排油管區(qū)域溫度過(guò)高問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)采取了強(qiáng)制通風(fēng)冷卻方案，設(shè)置了1臺(tái)風(fēng)機(jī)，布置了送風(fēng)管道，將常溫空氣吹入軸封與油封之間的區(qū)域。

以上解決方案實(shí)施之后，機(jī)組運(yùn)行正常，透平軸承座區(qū)域未再發(fā)生潤(rùn)滑油起火現(xiàn)象，也未出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。在后續(xù)停機(jī)檢修期間，將油封拆出后檢查，發(fā)現(xiàn)結(jié)焦現(xiàn)象得到了緩解。

7 結(jié) 論

本文通過(guò)分析故障現(xiàn)象和檢查結(jié)果，認(rèn)為導(dǎo)致某型燃?xì)廨啓C(jī)透平軸承座油封漏油和結(jié)焦問(wèn)題可能有油封間隙大、油封排油不暢及軸封漏氣量大等原因。通過(guò)打磨油封間隙、調(diào)整潤(rùn)滑油供油壓力、增大油封排油管道面積，以及對(duì)油封區(qū)域進(jìn)行通風(fēng)冷卻，現(xiàn)場(chǎng)未再發(fā)生透平軸承座油封漏油問(wèn)題，結(jié)焦現(xiàn)象也得到了緩解。以上分析和措施保證了機(jī)組的安全運(yùn)行。