核電廠汽輪機(jī)低—發(fā)對輪聯(lián)箱滲油缺陷分析及修復(fù)

朱凱亮，周靄琳，朱元生，劉 斌

（中核核電運行管理有限公司，浙江嘉興 314300）

0 引言

國內(nèi)某核電廠反應(yīng)堆是加拿大CANDU6 型加壓重水堆，汽輪機(jī)是TC4F-52 型單軸三缸四排汽再熱凝汽式?jīng)_動汽輪機(jī)，額定轉(zhuǎn)速1500 r/min，額定輸出功率728 MW。

汽輪機(jī)組包括一臺高壓缸、二臺低壓缸，三組對輪。包括發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在內(nèi)的4 個轉(zhuǎn)子共設(shè)有8 個徑向軸承，3 組對輪聯(lián)箱，包括高—低對輪聯(lián)箱、低—低對輪聯(lián)箱、低—發(fā)對輪聯(lián)箱，聯(lián)箱內(nèi)部負(fù)壓，用壓力油潤滑和冷卻。因此，汽輪機(jī)軸承潤滑油液循環(huán)對汽輪機(jī)安全運行具有重要意義[1]。

1 問題

該電廠大修汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)過程中發(fā)現(xiàn)低—發(fā)對輪聯(lián)箱下部浮動油封處漏油，泄漏量約600 mL/min。噴入低—發(fā)對輪罩內(nèi)用于散熱的潤滑油液從浮動油封環(huán)隙處涌出，油液粘附轉(zhuǎn)軸表面沿著油封環(huán)的方向流動，沿轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向外甩。隨著汽機(jī)轉(zhuǎn)速上升，油液同軸面的脫離速度加快，濺落至下油封環(huán)隙的油量逐漸增多，因該處的高低齒封出現(xiàn)外張形變，油液越過檔油齒，最后從油封偏大間隙處漏出。隨即打閘停機(jī)，汽機(jī)降速至600 r/min 以下，油封處停止漏油。

2 原因分析

2.1 滲油缺陷的可能原因

未打開低—發(fā)對輪聯(lián)箱上觀察孔前，推測造成滲油的可能原因：①對輪聯(lián)箱浮動油封局部間隙超標(biāo)；②軸承室內(nèi)回油管堵塞致使箱室內(nèi)積油量過大，油位已超出浮動油封下半弧段；③低—發(fā)對輪罩內(nèi)供油支管接頭松脫、管線破損，油液噴擠入浮動油封齒縫內(nèi)導(dǎo)致漏油；④汽機(jī)啟機(jī)前執(zhí)行3 個盤車試驗程序，分別為盤車系統(tǒng)自動啟動、盤車系統(tǒng)手動啟動（主控室啟動）、現(xiàn)場點動盤車，運行人員可能操作不當(dāng)，致使低—發(fā)對輪聯(lián)箱內(nèi)配合處出現(xiàn)損傷。

2.2 汽輪機(jī)低—發(fā)對輪聯(lián)箱現(xiàn)場檢查

打開低—發(fā)對輪聯(lián)箱上觀察孔（頂軸油和潤滑油處于運行狀態(tài)）進(jìn)行檢查，確認(rèn)軸承箱內(nèi)回油順暢，油位低于浮動油封約5 cm；軸承室內(nèi)的所有油管及接頭都保持完好、無滲漏；用內(nèi)窺鏡檢查油封配合間隙狀況，發(fā)現(xiàn)靠近下油封中分面區(qū)域的配合間隙較下油封底部明顯偏大。

用噴壺向下油封配合間隙較大處噴注潤滑油后，油封下半環(huán)處開始向外漏油。查詢維修手冊，廠家對浮動油封配合間隙給出的要求值為0.7～0.96 mm，當(dāng)前浮動油封配合間隙遠(yuǎn)大于要求值，不滿足要求。

2.3 對輪聯(lián)箱浮動油封結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

該電廠汽機(jī)各對輪（高—低、低—低、低—發(fā)）聯(lián)箱與各軸承室間未采用焊接方式連接，3#、4#、5#、6#軸承位于低壓外缸體上，對應(yīng)軸承室隨低壓缸伸展、回縮。

低—發(fā)對輪聯(lián)箱與盤車裝置的外殼體合為一體，落定在基礎(chǔ)臺板上。對輪聯(lián)箱內(nèi)溫度不高，且變化幅度不大，通常情況膨脹、收縮量微小。為消解2#軸承同高—低對輪聯(lián)箱、4#軸承同低—低對輪聯(lián)箱、6#軸承同低—發(fā)對輪聯(lián)箱間的熱脹伸展和冷卻收縮的差異，避免缸體、聯(lián)箱軸向滑動受阻，輪聯(lián)箱與各軸承室間采用浮動油封連接[2]。

該設(shè)計已考慮軸承室、對輪聯(lián)箱因溫度不同導(dǎo)致的軸向熱脹、冷縮偏差影響：機(jī)組運行期間軸承室內(nèi)溫度比對輪聯(lián)箱內(nèi)溫度稍高，與6#軸承室連接的聯(lián)箱過橋徑向膨脹，其幅度同低—發(fā)對輪聯(lián)箱的徑向膨脹幅度基本匹配，不會因熱脹冷縮致使高低齒（迷宮式）浮動油封間隙變大。另經(jīng)同廠家專家確認(rèn)，浮動油封的配合間隙處設(shè)計時未要求加注密封膠。

向國內(nèi)同行和汽機(jī)廠調(diào)研咨詢了解，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)機(jī)組軸承聯(lián)箱采用焊接整體成型或法蘭方式連接，東汽引進(jìn)該廠家技術(shù)設(shè)計的機(jī)組有與該電廠類似的浮動對接結(jié)構(gòu)，但不同點為其在高低齒縫中加裝了密封膠圈，該結(jié)構(gòu)設(shè)計需要定期解體更換密封膠圈，而該電廠浮動油封結(jié)構(gòu)無密封膠圈。

2.4 原因調(diào)查及分析

維修人員在低—發(fā)對輪中心找正、拆裝對輪螺栓等過程中，曾多次將20 t 千斤頂支靠在聯(lián)箱下半法蘭側(cè)邊（千斤頂?shù)鬃喔佑头馕恢幂^近），頂壓裝在低—發(fā)對輪上的盤車銷，以調(diào)整轉(zhuǎn)軸停靠位置，進(jìn)行轉(zhuǎn)子找中心工作。在對輪螺栓拆裝、轉(zhuǎn)子對中期間，常會出現(xiàn)對輪孔中心不正、盤轉(zhuǎn)銷蹩勁等非正常情況，此類狀況通常用行車輔助盤動轉(zhuǎn)子進(jìn)行微調(diào)、校正，也會使用千斤頂、撬杠等做頂壓調(diào)正。經(jīng)盤車試驗運行人員確認(rèn)，試驗過程中操作規(guī)范，無誤操作現(xiàn)象。

該電廠汽輪機(jī)對輪聯(lián)箱采用的是浮動油封連接結(jié)構(gòu)，而非其他多數(shù)電站的整箱焊接結(jié)構(gòu)，不適合用千斤頂頂壓大軸、對輪、盤轉(zhuǎn)銷或螺母等部件來完成微調(diào)、校正等操作。工作人員操作的出發(fā)點是憑借以往在其他電廠的工作經(jīng)驗，采取的是業(yè)內(nèi)常用做法：輔助使用千斤頂支頂盤車銷完成對輪中心找正、消除螺栓蹩勁等操作，致使下浮動油封局部配合間隙超標(biāo)。經(jīng)確認(rèn)，維修規(guī)程中沒有在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子找中心等操作中給出在軸承箱內(nèi)使用千斤頂?shù)南嚓P(guān)指導(dǎo)，缺少對支頂位置的說明和風(fēng)險描述。

綜上判斷：用過大外力支頂靠近浮動油封處的中分面法蘭，致使該聯(lián)箱下油封出現(xiàn)局部外張變形，導(dǎo)致油封失效，出現(xiàn)漏油。

2.5 小結(jié)

根據(jù)上述分析，總結(jié)低—發(fā)對輪聯(lián)箱下部浮動油封處漏油原因如下：

（1）直接原因：低—發(fā)軸對輪聯(lián)箱浮動油封出現(xiàn)變形，下半浮動油封局部間隙過大，潤滑油噴擠入浮動油封齒縫內(nèi)出現(xiàn)漏油。

（2）根本原因：維修、技術(shù)人員對聯(lián)箱室結(jié)構(gòu)認(rèn)知不深，對可導(dǎo)致浮動油封間隙過度變大、密封失效的操作方式、作業(yè)行為等預(yù)判不足，規(guī)程中在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子對中、軸晃度測量等操作缺少在軸承箱內(nèi)使用千斤頂?shù)南嚓P(guān)指導(dǎo)描述，沒有給出對輪孔中心不正、盤轉(zhuǎn)銷蹩勁等非正常情況下的處理方案。

（3）促成原因：①軸承室內(nèi)檢修工作完成后、聯(lián)箱蓋回裝前沒有對浮動油封狀態(tài)進(jìn)行檢查評價；②對浮動油封配合處涂抹的密封膠未安排預(yù)防性維修工作，密封膠老化。

3 修復(fù)方案

停盤車、短時停運潤滑油系統(tǒng)，使用行車吊起汽輪機(jī)6#軸瓦上的軸承箱蓋，將低—發(fā)對輪聯(lián)箱浮動油封內(nèi)環(huán)面及環(huán)隙內(nèi)殘留的潤滑油液清洗干凈，將外環(huán)面上殘留的密封膠、潤滑油漬等清理干凈，用注油槍向內(nèi)外環(huán)隙中注入耐油高溫粘合膠樂泰598，并用熱風(fēng)槍加速密封膠固化。保持40 min 確認(rèn)密封膠密封凝固牢靠后，回扣上聯(lián)箱蓋、啟動潤滑油泵、投運盤車、進(jìn)行汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)，確認(rèn)汽機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到1500 r/min 后無滲油現(xiàn)象。

封堵用的樂泰598 密封膠是高性能單組份有機(jī)硅密封膠，為內(nèi)燃機(jī)內(nèi)部構(gòu)件專用密封膠，耐潤滑油性能優(yōu)異，最高耐受溫度204 ℃，抗老化性能好。但存在弊端：長期使用老化后不及時清理，其粉末等會被吸附到聯(lián)箱內(nèi)，在不拆解過橋的前提下，老化后的密封膠體較難清理徹底。

于2021 年春節(jié)小修期間對低—發(fā)對輪聯(lián)箱油封內(nèi)外環(huán)注膠情況進(jìn)行檢查，通過內(nèi)窺鏡確認(rèn)其內(nèi)外狀態(tài)保持完好，無褶皺、龜裂、無被過度拉扯變形等異常。

下次大修期間，拆除低—發(fā)對輪聯(lián)箱，對油封內(nèi)外環(huán)注膠情況進(jìn)行目視檢查及摸檢，確認(rèn)內(nèi)外環(huán)注膠情況完好，密封膠彈性良好，證明注膠的修復(fù)方式在至少一個大修周期內(nèi)（2 年）能夠保持有效，因密封完好，未做進(jìn)一步處理。

4 廠家原因分析及建議修復(fù)方案

大修結(jié)束后請廠方專家協(xié)助分析，廠家發(fā)信函回復(fù)了低—發(fā)對輪聯(lián)箱缺陷原因及建議修復(fù)措施。廠方專家十分認(rèn)同該電廠采取的內(nèi)外涂膠封堵的處理方案，鑒于在不解體低壓缸、轉(zhuǎn)子未吊出的情況下分解下聯(lián)箱過橋十分困難，建議下次低壓缸解體大修時解體箱室，核測變形偏差量，進(jìn)行恢復(fù)性研修、調(diào)整。若呈劣化跡象，則將注膠全部清理干凈，測量各點間隙變化后再重新注膠投運。

廠家專家給出的分析結(jié)論如維修人員所判，同時強(qiáng)調(diào)：檢修中不該允許用千斤頂?shù)却罅毓ぞ唔斂炕蚶ぽS承箱體及結(jié)合面法蘭等，大力支頂極易引起對輪、軸承箱體異常變形。

對于調(diào)整轉(zhuǎn)軸位置，廠家在“對輪找中、穿聯(lián)對輪螺栓操作工藝指導(dǎo)”中給出了調(diào)整方法：將鋼絲繩盤繞在轉(zhuǎn)子軸頸上，一端掛至盤車銷上，另一端吊至行車掛鉤上，利用行車牽引進(jìn)行調(diào)整。

原設(shè)計是依賴于結(jié)構(gòu)面裝配控制確保無泄漏，廠家反饋同樣的設(shè)計，至今未發(fā)現(xiàn)有泄漏的其他案例，如果在規(guī)定的位置規(guī)范使用千斤頂?shù)韧饧恿毓ぞ?，?yīng)不會造成泄漏。

4.1 評價廠家給出的原因分析

雖然廠家將事件的根本原因歸結(jié)于未在規(guī)定的位置規(guī)范使用千斤頂?shù)韧饧恿毓ぞ?，但使用千斤頂只是造成變形的一個原因，低—發(fā)對輪聯(lián)箱所處位置特殊，汽輪機(jī)主盤車位于此，盤車使用中力矩非常大，且為交變力，勢必會對整個軸承箱產(chǎn)生影響，且對浮動油封處影響最大。在檢修過程中頻繁使用盤車，也可能造成浮動油封處變形。機(jī)組已運行20 年，各部件存在一定程度的老化變形，也是造成變形泄漏的可能原因之一。

4.2 評價廠家建議的修復(fù)方案

本次廠家僅建議在下一次大修中解體箱室、核測變形偏差量并做恢復(fù)性研修、調(diào)整，未提及是否有必要對油封處進(jìn)行預(yù)防性涂膠。

原設(shè)計在油封處不進(jìn)行涂膠處理，按照理論設(shè)計沒有任何問題，但隨著機(jī)組老化，經(jīng)歷各種檢修，不可避免地在一定程度上存在密封失效的可能。隨后的連續(xù)兩次大修都對涂膠情況進(jìn)行檢查，如密封性保持完好，傾向于不采取對油封段做車研和矯形處理，采取定期更換注膠的方式來防止油封漏油，歷時2 年已確認(rèn)注膠情況完好，繼續(xù)保持跟蹤觀察。后續(xù)大修即便確定不存在變形，也將進(jìn)行適量涂抹，以提升設(shè)備可靠性。

4.3 后續(xù)修復(fù)方案及改進(jìn)方向

該電廠機(jī)組中與該漏油位置結(jié)構(gòu)相同的還有低-低對輪聯(lián)箱處浮動油封，存在工作人員在檢修過程中隨意置放千斤頂致殼體不良形變引發(fā)漏油的可能，后續(xù)將在每次大修中對其狀態(tài)進(jìn)行檢查、評斷，同時在對應(yīng)的維修規(guī)程中增加“禁止使用千斤頂支頂軸承室中分面法蘭”的警示說明。

國內(nèi)大部分電廠機(jī)組均配有專用檢修盤車，來實現(xiàn)轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，通過盤車反向盤動轉(zhuǎn)子可以實現(xiàn)不用支頂軸承室便可使轉(zhuǎn)子脫開的目的，能夠為檢修提供便利條件。后續(xù)計劃采購檢修盤車，不再通過千斤頂?shù)却罅毓ぞ唔斂炕蚶ぽS承箱體及結(jié)合面法蘭的方式配合找中心工作，能夠有效延長軸承箱體的使用壽命。

5 結(jié)論與展望

分析某核電廠汽輪機(jī)低—發(fā)對輪聯(lián)箱滲油缺陷的直接原因是低—發(fā)軸對輪聯(lián)箱浮動油封出現(xiàn)變形，下半浮動油封局部間隙過大；根本原因是對聯(lián)箱室結(jié)構(gòu)認(rèn)知不深，對可導(dǎo)致浮動油封間隙過度變大、密封失效的作業(yè)行為預(yù)判不足；促成因素是聯(lián)箱蓋合扣前沒有對浮動油封狀態(tài)進(jìn)行檢查。通過對浮動油封配合處內(nèi)外環(huán)涂抹密封膠，保證了密封性能。該修復(fù)結(jié)果解決了對輪聯(lián)箱滲油缺陷、保證了浮動油封的基本功能，避免跑油的風(fēng)險，為機(jī)組穩(wěn)定運行提供安全保障，對其他機(jī)組具有一定的參考意義。