大型發(fā)電機組4種典型密封瓦檢修的探討

王永剛，張宇飛

（浙能鎮(zhèn)海發(fā)電有限責任公司，浙江 寧波 315208）

現(xiàn)代大型發(fā)電機組定子內(nèi)部通常采用氫氣冷卻方式，具有通風損耗小，冷卻效率高的優(yōu)點。但氫氣滲透性強，易擴散，且具有易燃易爆特性，當氫氣在空氣中的體積濃度達到4.0%～74.2%時，極易產(chǎn)生爆炸。

氫冷型發(fā)電機組采用油密封瓦，將發(fā)電機定子內(nèi)部與外界大氣分隔，阻止機內(nèi)氫氣外泄或外部空氣進入發(fā)電機內(nèi)部，防止氫氣與空氣混合而發(fā)生火災或爆炸事故，確保了氫氣循環(huán)的正常進行，使發(fā)電機獲得良好的冷卻效果。油密封瓦是氫氣密封系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，在運行中又易磨損，正確的檢修方式顯得優(yōu)為重要。

1 密封瓦的主要結(jié)構(gòu)

1.1 密封瓦的分類

1 000 MW及以下氫冷機組發(fā)電機密封瓦一般采用環(huán)形結(jié)構(gòu)，套于發(fā)電機轉(zhuǎn)子汽側(cè)及勵側(cè)軸頸上，置于密封瓦套（支座）內(nèi)。按照環(huán)式密封瓦結(jié)構(gòu)的不同，可分為單環(huán)式及雙環(huán)式。按照密封油供油系統(tǒng)的不同，又可分為單流式及雙流式，雙流式即密封油進油分為氫側(cè)進油和空側(cè)進油兩個獨立的油路，按結(jié)構(gòu)的分類見表1。密封瓦材料有碳鋼基體澆注巴氏合金、銅基體澆注巴氏合金和銅合金等。

表1 密封瓦按結(jié)構(gòu)的分類

不同類型密封瓦的磨損部位、檢修方式等存在著較大的區(qū)別。由于密封瓦在安全上的重要性，對密封瓦的質(zhì)量要求及檢修標準也非常高。當密封瓦的磨損變形量過大時，會產(chǎn)生氫氣泄漏、系統(tǒng)補氫量增加、碰磨致振動變大、軸頸磨損加劇、密封油量增加等各種影響機組安全穩(wěn)定運行的隱患。

1.2 雙環(huán)雙流式

如圖1所示為上海電機廠QSFN-300-2及QSFN-600-2型發(fā)機應(yīng)用的雙環(huán)雙流式密封瓦?；w材料為銅，與軸接觸的內(nèi)圈澆注2～3 mm厚度巴氏合金。密封瓦分空、氫側(cè)各上下兩半，在水平中分面處，上下兩半各用2個軸向圓柱短銷連接成整環(huán)（由于基體較薄，無法采用水平中分面定位螺栓連接）。密封瓦徑向間隙0.23～0.28 mm，軸向間隙0.31～0.38 mm。

解體時，先取出空、氫側(cè)上半的各二枚定位銷，取出上半密封瓦，然后順著發(fā)電機軸頸翻出下半密封瓦。由于密封瓦基體較薄，且襯有鎢金，在下半處側(cè)面設(shè)置的防轉(zhuǎn)裝置還能承擔密封瓦一部分重量，因此對軸頸的磨損程度較輕。

對幾個該種類型密封瓦檢修中發(fā)現(xiàn)，機組運行后密封瓦的鎢金磨損量較大，造成密封瓦徑向間隙超標，且由于銅的基體較薄易變形，容易使密封瓦內(nèi)徑成橢圓或不規(guī)則多邊形。

圖1 雙環(huán)雙流式密封瓦

1.3 雙環(huán)單流式

圖2所示為東方電機廠QFSN-600-2-22C型發(fā)電機組采用的雙環(huán)單流式密封瓦?？?、氫側(cè)各有4塊銅合金材料的四分之一環(huán)，組合而成一個整環(huán)。每2個四分之一環(huán)之間徑向接觸面須進行精細研磨，保證此處密封良好。上下半空、氫側(cè)密封瓦各裝于上下密封瓦支座內(nèi)，組合后分別用長彈簧進行彈性固定，而不用將密封瓦預先套裝于軸頸上。密封瓦徑向間隙控制在0.17～0.20 mm，軸向依靠彈簧力使空氫側(cè)密封瓦接觸面與支座自然貼合，故無軸向間隙要求。

圖2 雙環(huán)單流式密封瓦

密封瓦正常確安裝后，與軸頸基本無接觸，密封油流從空、氫密封瓦塊中間的間隙流入（彈簧處），在軸頸上分開成空側(cè)及氫側(cè)2股回油油流，并向密封瓦塊上的軸向小孔提供瓦塊浮動油。由于密封油系統(tǒng)只提供一路密封油，因此密封油系統(tǒng)也得到了較大的簡化。

1.4 單環(huán)雙流式

圖3為北京電機廠QSFN-220-2型發(fā)電機使用的單環(huán)雙流式密封瓦。基體材料為碳鋼，內(nèi)環(huán)澆注鎢金。在一個整體的碳鋼環(huán)上開孔和開槽，將其區(qū)分為空側(cè)及氫側(cè)。密封瓦分為上下兩半，在左右中分面各用1枚定位螺栓進行連接。密封瓦徑向間隙0.15～0.25 mm，軸向間隙0.14～0.20 mm。

由于密封瓦厚度較大，在拆裝時非常容易與軸產(chǎn)生卡澀現(xiàn)象。而且在設(shè)備解體中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)密封瓦鎢金及軸頸均有較為嚴重的磨損情況。這是由于采用單環(huán)式且厚度較大，密封瓦整體較重，安裝后密封瓦是懸掛在軸頸上，在發(fā)電機轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)中，雖然接觸面內(nèi)有密封油，但是上部軸頸不可避免地會與密封瓦經(jīng)常性的磨擦，致使鎢金面及軸頸產(chǎn)生磨損，甚至出現(xiàn)鎢金與基體脫胎或裂紋現(xiàn)象。

圖3 單環(huán)雙流式密封瓦

1.5 單環(huán)單流式

圖4為上海電氣THDF-125/67型發(fā)電機組（1 000 MW）的密封瓦結(jié)構(gòu)。單流單環(huán)式密封瓦由上下2半不銹鋼環(huán)澆注巴氏合金組成，具有結(jié)構(gòu)簡單、磨損小的特點，密封瓦的空側(cè)供有浮動油，以確保軸向自由移動。由1個軸向分離式密封瓦支座控制軸向位置，防止密封瓦發(fā)生變形和彎曲。密封瓦在徑向可以相對自由浮動，周向設(shè)有防轉(zhuǎn)銷，使其不會旋轉(zhuǎn)，并能承擔部分重量。密封瓦支座周向用螺栓固定在端蓋上，且與端蓋絕緣，防止軸電流通過。密封油泵通過1個壓差閥以高于軸密封處氫氣0.07～0.1 MPa的壓力提供密封油。

圖4 單環(huán)單流式密封瓦

2 密封瓦的檢修

2.1 雙環(huán)雙流式

這種密封瓦的檢修拆裝及間隙調(diào)整均較為復雜。當徑向間隙偏大時，有2種方法可以調(diào)整間隙。一是對鎢金進行重新澆注后修刮到標準要求，二是對上下密封瓦中分面進行修刮，使密封間隙小于標準值0.05～0.15 mm，然后重新配做定位銷，再反復少量修刮鎢金面直到間隙達到標準要求。

在銅的基體上補焊鎢金有較大難度，焊接工藝較為復雜且無法保證焊接質(zhì)量。而修刮中分面后配作定位銷的方法，對檢修工的操作技能要求非常高，而且所需工作時間長，對檢修工期也有一定影響。

重新配做定位銷可以在原位置進行擴孔鉸孔，也可以在另外位置重新定位，但2種方法都會降低基體的強度，且一般只能進行一次調(diào)整，在下一回需要調(diào)整間隙時已沒有位置可供重新配制定位銷，即意味著必須進行補焊鎢金或者整體更換處理。

在調(diào)整間隙時，一般將密封瓦徑向間隙控制在要求的下限，這樣，在一個大修周期內(nèi)，密封瓦鎢金正常磨損后，間隙值趨于上限，只需稍作修刮還能繼續(xù)使用。

2.2 雙環(huán)單流式

密封瓦檢修時一般在假軸盤上進行（圖5）。將4塊密封瓦置于假軸盤上進行組合，外部用彈性圈固定或剛性固定，用塞尺或百分表測量與假軸的間隙。調(diào)整時，通過研磨相鄰瓦塊之間的接觸面可以減小間隙值，修刮瓦塊與軸的接觸面可以增大間隙值。檢修方法較為簡單，而檢修的難點在于如何控制相鄰瓦塊接觸面各自的垂直度和瓦塊間的錯位，在沒有專用工器具及夾具的情況下，主要靠檢修人員的工作經(jīng)驗和采用多次測量、少量修刮的方法進行。

圖5 利用假軸盤修刮調(diào)整雙環(huán)單流式密封瓦間隙

這種形式的密封瓦只要基體不產(chǎn)生裂紋等重大缺陷，一般可長期使用而不用更換新瓦，只需每次檢修時修刮瓦塊，調(diào)整間隙值，并復測彈簧的變形量，伸長變形超標時需更換。

2.3 單環(huán)雙流式

檢修時一般采取對鎢金面重新澆注后修刮的方法來調(diào)整間隙。澆注后對鎢金面進行粗加工，將上下瓦組裝于發(fā)電機軸頸（或假軸）上，測量間隙值，做好記號后取出對鎢金面進行修刮，使其達到標準要求。也可采用修刮中分面調(diào)整的方法，但由于需要修刮的中分面面積較大，修刮時間長且難以保證中分面的平直度，一般不采用這種方法。

2.4 單環(huán)單流式

單環(huán)單流式密封瓦在運行中的磨損非常小，在一個大修期內(nèi)，通常不需要進行修刮或調(diào)整，但零部件的拆裝卻較復雜。由于操作空間狹小，在解體密封瓦時，必須裝上抬軸架把發(fā)電機徑向軸瓦的下瓦翻出，并用抬軸架支撐好轉(zhuǎn)子在工作位置才能有空間來解除密封瓦支座的軸向螺栓，沿軸頸向外移出整圈支座并逆時針轉(zhuǎn)動約30°，使其中分面至水平位置，用2枚較長螺栓將支座下半與機體暫時連接，這樣當中分面螺栓松開后下半支座不會墜落。用專用工具吊出上半支座，再用可旋轉(zhuǎn)的專用工具把下半支座連接后旋轉(zhuǎn)180°，將下半支座轉(zhuǎn)到上部用起吊專用工具吊出。

支座解體后，將密封瓦沿軸頸移出100 mm左右，用專用四爪扳手拆開中分面的螺栓，可分別取出兩半密封瓦。為減小密封瓦軸向磨損及密封油損耗量，單環(huán)單流式密封瓦側(cè)面開有用于密封的凹槽，采用聚四氟乙烯密封圈密封。該密封瓦徑向間隙過大時，一般采用重新澆注鎢金后修刮的方法進行調(diào)整。軸向由于采用了密封圈密封，磨損僅發(fā)生在密封圈上，若軸向間隙變化或密封圈老化失效，更換新的密封圈即可。

4種密封瓦的檢修比較見表2。

3 結(jié)語

綜上所述，通過對幾種密封瓦的比較可以看出：雙環(huán)雙流式具有精度高，可靠性好的特點，但是維修工作復雜，維修操作技能要求高；單環(huán)雙流式屬于較早期的產(chǎn)品設(shè)計，結(jié)構(gòu)雖然簡單，但對設(shè)備的可靠性和檢修作業(yè)也會帶來一定影響，在大型機組中較少采用；單環(huán)單流式結(jié)構(gòu)簡單不易磨損，但安裝工藝復雜，對維護人員操作水平要求較高。雙環(huán)單流式具有結(jié)構(gòu)簡單、檢修方便、磨損量少和不易變形的優(yōu)點，密封瓦可長期使用而不用更換，經(jīng)濟性較好而且簡化了密封油系統(tǒng)，為機組的穩(wěn)定、安全運行提供了更好的保障。

表2 密封瓦檢修比較

[1]胡君，史潤琴，趙建楓.運輸、貯存和使用氫氣如何防火防爆[J].科技資訊，2008（28）：109.

[2]楊永德，蔡延豪.氫冷發(fā)電機密封瓦安裝及發(fā)電機進油分析[J].青海電力，2008（S1）：10-12.