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大轴径转动设备强制润滑轴封渗漏的研究与治理

2020-01-07

吴俊杰
（河北国华定州发电有限责任公司）
　　摘　要：YKS1000-4型电动给水泵电机在运行中存在轴端油挡密封漏油现象，容易造成高压电机线圈烧毁，存在安全隐患，严重影响整台机组的安全运行。现通过研究对比油挡密封结构型式，查找漏油原因，并将油挡改型为非接触式螺旋密封油挡，从根本上解决了轴端密封漏油问题，大大延长了设备维护周期，提高了设备可靠性。
　　关键词：高压电机；轴端密封；漏油；对开型螺旋机械密封装置
　　0　引言
　　YKS系列高压电机被广泛用作转动设备的驱动设备。目前该类型大轴径转动设备轴端油封装置广泛采用的是骨架油封、铜制或铝制及聚四氟乙烯梳齿型浮动油挡、碳晶环浮动油挡轴封。这些轴封没有设计很好的疏导回油系统，在跟转轴长时间运行接触时，由于轴封密封环跟转轴是不同种材质，接触摩擦时会产生电晕，轴封密封环在电机高速旋转作用下，使轴封密封环转轴磨损间隙过大，再加上轴瓦轴封处存在内外压差，导致轴瓦内的润滑介质在高油位、高压差、高转速作用下，从轴封密封环处往外严重漏油。
针对此类问题，通过对同类型设备的调研和了解，选择对轴端油封装置进行改造。在不改变原有设备轴承座尺寸的前提下，将轴封装置改型为对开型非接触式密封油挡。由于整套密封装置各个部件之间设计时都有间隙，密封部位跟泵轴不发生接触，从根本上解决了由于磨损造成的轴封漏油问题。
　　1　大轴径转动设备轴端油封装置运行现状
　　定电公司二期660MW超临界机组布置了6台电动给水泵，电动给水泵电机型号为YKS1000-4，安装方式为B3型卧式布置。电机转子由轴瓦支撑，轴瓦润滑为强制油循环形式。润滑油由液力耦合器主润滑油泵及辅助润滑油泵提供，回油至液力耦合器油箱。电机两侧轴端密封型式为绝缘树脂梳齿型油挡，油挡背弧侧由弹簧加载紧力。
　　目前轴端油封装置存在的主要问题有：
　　（1）该密封油挡运行中与转动轴长时间接触摩擦，造成间隙逐渐变大，同时润滑油供油压力存在压差，导致轴瓦内的润滑油在高油位、压差、高转速作用下，从轴封密封环处往外严重漏油。渗漏点无法治理，严重影响设备整体外观整洁度，达不到“四保持”相关标准。
　　（2）润滑油由内油挡泄漏至高压电机内，电机定子浸在泄漏的润滑油里，定子线圈和转子线圈受潮，造成高压电机线圈绝缘下降，很容易造成高压电机线圈烧毁，存在安全隐患，严重影响整台机组安全运行。
　　（3）转机轴封油挡严重漏油，溢出的润滑油还会造成转机水泥基础被严重腐蚀，导致转机水泥基础发生龟裂，存在火灾隐患。
　　（4）轴端密封因老化过热变形或尺寸变差，易造成轴径磨损。
　　2　转机轴封油挡结构型式的研究
　　下面对非接触型铜或铝合金梳齿型轴封油挡、接触型聚四氟乙烯梳齿型浮动轴封油挡、碳晶石墨环浮动轴封油挡的结构、原理、优缺点进行分析。
　　2.1结构
　　铜或铝合金梳齿型轴封油挡、聚四氟乙烯梳齿型浮动轴封油挡、碳晶石墨环浮动轴封油挡的结构主要分两部分组成：
　　（1）密封端盖；
　　（2）铜或铝合金及聚四氟乙烯梳齿浮动轴封油挡、碳晶石墨环浮动轴封油挡。其中，铜或铝合金及聚四氟乙烯梳齿型浮动轴封油挡、碳晶石墨环浮动轴封油挡都是安装在轴瓦上或密封端盖的内圆上，密封端盖下部有多个回油孔。整套密封装置的各个部件全部是对开形式，通过端盖上的螺丝拧紧形成完整的密封装置。
　　2.2原理
　　当转机转动后，润滑油就会沿轴向往端盖外侧溢出，润滑油遇到铜制或铝合金梳齿型轴封油挡及聚四氟乙烯梳齿型轴封浮动油挡、碳晶石墨环轴封浮动油挡时，润滑油在铜制或铝合金梳齿型油挡及聚四氟乙烯梳齿型轴封浮动油挡、碳晶石墨环轴封浮动油挡跟转轴的作用下，润滑油就会被甩进铜制或铝合金梳齿型轴封油挡及聚四氟乙烯梳齿型轴封浮动油挡、碳晶石墨环轴封浮动油挡内，润滑油靠本身的自重，就会流到密封端盖下的多个回油孔里，并通过回油孔流进轴瓦的油池里。
　　2.3优点
　　（1）由于整套密封装置的各个部件全部是对开形式，便于改造现运行的转机设备轴封油挡；
　　（2）改造加工成本极低，可利用原转机轴瓦端盖加工即可。
　　2.4缺点
　　（1）由于铜或铝合金梳齿型轴封油挡及聚四氟乙烯梳齿型轴封浮动油挡、碳晶石墨环浮动轴封油挡跟转轴长时间运行摩擦，产生的电晕腐蚀导致轴封油挡跟转轴之间的间隙磨损过大，轴封油挡使用一段时间，转机轴封油挡就会漏油；
　　（2）粉尘进入铜制或铝合金梳齿型轴封油挡及聚四氟乙烯梳齿轴封浮动油挡、碳晶石墨环轴封浮动油挡后，就会造成堵塞回油孔，轴封油挡就会漏油；
　　（3）油挡跟转轴长时间运行摩擦，产生的电晕腐蚀导致轴封油挡跟转轴之间的间隙磨损过大，转机轴封油挡改造后必须要备有备品配件等。
　　3　对开型螺旋轴承装置与传统轴承装置的比较
　　对开型螺旋机械密封装置借鉴了较先进的设计理念，其结构主要有四部分组成：
　　（1）外圆带来福螺旋线的动挡油环；
　　（2）内圆带O型密封槽、外圆带N个喇叭口形状的静挡油环；
　　（3）密封钟罩；
　　（4）密封端盖。其中，密封钟罩安装在密封端盖内，静挡油环安装在密封钟罩内，动挡油环一端安装固定在转轴上，另一端插进静挡油环外圆N个喇叭口跟密封钟罩内圆之间的间隙里。整套密封装置各部件全部是对开形式，扣合在转轴上，用密封端盖上的耳板螺丝拧紧固定，使两半部分的密封装置形成完整的一套密封装置。
密封油挡原理如图1所示。
 
　　从图1可知，当转机转动后，润滑油就会沿轴向往端盖外侧溢出，润滑油遇到转动的动挡油环后，就会使轴向油压变成径向油压打到轴瓦内壁上，润滑油再二次反弹落到动挡油环上后，在动挡油环外圆上的来福螺旋线跟密封钟罩内圆的作用下，被强行打回轴瓦内的油池里。假如还有极少一部分润滑油没被打回轴瓦内的油池里，并通过动挡油环跟静挡油环的轴向间隙进入并落到静挡油环表面上，润滑油靠本身的自重，从静挡油环的喇叭口高处流到喇叭口根部，再从喇叭口根部流到动挡油环内腔上。由于动挡油环内腔上有N个甩油孔，流到动挡油环内腔上的润滑油在动挡油环转动作用下，润滑油通过N个甩油孔被甩到密封钟罩内圆上，润滑油在动挡油环外圆上的来福螺旋线跟密封钟罩内圆的作用下，又被强行打回轴瓦内的油池里，从而形成了内部回油体系。
　　与传统轴端油封装置相比较，对开型螺旋机械密封装置的优点有：
　　（1）对开型螺旋密封装置由于动挡油环外圆、静挡油环内圆设计时带有来福螺旋线，解决了转机轴瓦内高油位、高油压、高转速运行的漏油难题；
　　（2）由于整套密封装置各个部件之间设计时都有间隙，密封装置运行时部件之间不发生摩擦现象，所以改造后的密封装置基本不需要备品配件，同时避免了对轴径的磨损；
　　（3）由于整套密封装置全部采用对开型设计，所以便于改造现运行的转机设备轴封油挡。
　　4　结语
　　定电公司已完成二期一台电泵电机密封油挡改型工作，效果显著，达到了零泄漏目标，从根本上解决和消除了转机轴封油挡严重漏油的隐患，提高了设备可利用率，延长了转机轴瓦及轴承使用寿命，提高了转机设备运行的可靠性。另外改进后的密封装置免维护、免备品配件，减少了设备维护量及备品配件的占用资金。
　　[参考文献]
　　[1]阿兰·勒贝克.机械密封原理与设计[M].北京：机械工业出版社，2016.
　　[2]华东六省一市电机工程（电力）学会.汽轮机设备及其系统[M].北京：中国电力出版社，2006.
　　作者简介
　　吴俊杰（1984—），男，山西太原人，工程师，从事火力发电企业技术管理相关工作。
来源：《机电信息》杂志

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