王永剛，張宇飛

（浙能鎮(zhèn)海發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 寧波 315208）

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

氫冷型發(fā)電機(jī)組采用油密封瓦，將發(fā)電機(jī)定子內(nèi)部與外界大氣分隔，阻止機(jī)內(nèi)氫氣外泄或外部空氣進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)部，防止氫氣與空氣混合而發(fā)生火災(zāi)或爆炸事故，確保了氫氣循環(huán)的正常進(jìn)行，使發(fā)電機(jī)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(yùn)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(jī)組發(fā)電機(jī)密封瓦一般采用環(huán)形結(jié)構(gòu)，套于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子汽側(cè)及勵(lì)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(jìn)油分為氫側(cè)進(jìn)油和空側(cè)進(jìn)油兩個(gè)獨(dú)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(duì)密封瓦的質(zhì)量要求及檢修標(biāo)準(zhǔn)也非常高。當(dāng)密封瓦的磨損變形量過大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生氫氣泄漏、系統(tǒng)補(bǔ)氫量增加、碰磨致振動(dòng)變大、軸頸磨損加劇、密封油量增加等各種影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的隱患。

1.2 雙環(huán)雙流式

如圖1所示為上海電機(jī)廠QSFN-300-2及QSFN-600-2型發(fā)機(jī)應(yīng)用的雙環(huán)雙流式密封瓦。基體材料為銅，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(gè)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(shí)，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(jī)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(dān)密封瓦一部分重量，因此對(duì)軸頸的磨損程度較輕。

對(duì)幾個(gè)該種類型密封瓦檢修中發(fā)現(xiàn)，機(jī)組運(yùn)行后密封瓦的鎢金磨損量較大，造成密封瓦徑向間隙超標(biāo)，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(jī)廠QFSN-600-2-22C型發(fā)電機(jī)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(gè)整環(huán)。每2個(gè)四分之一環(huán)之間徑向接觸面須進(jìn)行精細(xì)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(zhǎng)彈簧進(jìn)行彈性固定，而不用將密封瓦預(yù)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(dòng)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(jiǎn)化。

1.4 單環(huán)雙流式

圖3為北京電機(jī)廠QSFN-220-2型發(fā)電機(jī)使用的單環(huán)雙流式密封瓦?；w材料為碳鋼，內(nèi)環(huán)澆注鎢金。在一個(gè)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(jìn)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(shí)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(yán)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(jī)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(huì)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(jī)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(jiǎn)單、磨損小的特點(diǎn)，密封瓦的空側(cè)供有浮動(dòng)油，以確保軸向自由移動(dòng)。由1個(gè)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(duì)自由浮動(dòng)，周向設(shè)有防轉(zhuǎn)銷，使其不會(huì)旋轉(zhuǎn)，并能承擔(dān)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(gè)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(fù)雜。當(dāng)徑向間隙偏大時(shí)，有2種方法可以調(diào)整間隙。一是對(duì)鎢金進(jìn)行重新澆注后修刮到標(biāo)準(zhǔn)要求，二是對(duì)上下密封瓦中分面進(jìn)行修刮，使密封間隙小于標(biāo)準(zhǔn)值0.05～0.15 mm，然后重新配做定位銷，再反復(fù)少量修刮鎢金面直到間隙達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

在銅的基體上補(bǔ)焊鎢金有較大難度，焊接工藝較為復(fù)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(duì)檢修工的操作技能要求非常高，而且所需工作時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)檢修工期也有一定影響。

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

在調(diào)整間隙時(shí)，一般將密封瓦徑向間隙控制在要求的下限，這樣，在一個(gè)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(shí)一般在假軸盤上進(jìn)行（圖5）。將4塊密封瓦置于假軸盤上進(jìn)行組合，外部用彈性圈固定或剛性固定，用塞尺或百分表測(cè)量與假軸的間隙。調(diào)整時(shí)，通過研磨相鄰?fù)邏K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(jiǎn)單，而檢修的難點(diǎn)在于如何控制相鄰?fù)邏K接觸面各自的垂直度和瓦塊間的錯(cuò)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(yàn)和采用多次測(cè)量、少量修刮的方法進(jìn)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(zhǎng)期使用而不用更換新瓦，只需每次檢修時(shí)修刮瓦塊，調(diào)整間隙值，并復(fù)測(cè)彈簧的變形量，伸長(zhǎng)變形超標(biāo)時(shí)需更換。

2.3 單環(huán)雙流式

檢修時(shí)一般采取對(duì)鎢金面重新澆注后修刮的方法來調(diào)整間隙。澆注后對(duì)鎢金面進(jìn)行粗加工，將上下瓦組裝于發(fā)電機(jī)軸頸（或假軸）上，測(cè)量間隙值，做好記號(hào)后取出對(duì)鎢金面進(jìn)行修刮，使其達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)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(shí)間長(zhǎng)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(yùn)行中的磨損非常小，在一個(gè)大修期內(nèi)，通常不需要進(jìn)行修刮或調(diào)整，但零部件的拆裝卻較復(fù)雜。由于操作空間狹小，在解體密封瓦時(shí)，必須裝上抬軸架把發(fā)電機(jī)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(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)約30°，使其中分面至水平位置，用2枚較長(zhǎng)螺栓將支座下半與機(jī)體暫時(shí)連接，這樣當(dāng)中分面螺栓松開后下半支座不會(huì)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(shí)，一般采用重新澆注鎢金后修刮的方法進(jìn)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(duì)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(diǎn)，但是維修工作復(fù)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(jì)，結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單，但對(duì)設(shè)備的可靠性和檢修作業(yè)也會(huì)帶來一定影響，在大型機(jī)組中較少采用；單環(huán)單流式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單不易磨損，但安裝工藝復(fù)雜，對(duì)維護(hù)人員操作水平要求較高。雙環(huán)單流式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、檢修方便、磨損量少和不易變形的優(yōu)點(diǎn)，密封瓦可長(zhǎng)期使用而不用更換，經(jīng)濟(jì)性較好而且簡(jiǎn)化了密封油系統(tǒng)，為機(jī)組的穩(wěn)定、安全運(yùn)行提供了更好的保障。

表2 密封瓦檢修比較

[1]胡君，史潤(rùn)琴，趙建楓.運(yùn)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(jī)密封瓦安裝及發(fā)電機(jī)進(jìn)油分析[J].青海電力，2008（S1）：10-12.