双流环式密封瓦碰摩引发振动的机理分析

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双流环式密封瓦碰摩引发振动的机理分析

　　摘要：汽轮发电机密封瓦与发电机转子的碰摩是引起汽轮发电机异常振动的主要原因。本文以某电厂试运期间汽轮发电机8瓦振动大的处理方法，联系密封瓦结构特点，在此基础上通过对密封瓦的力学分析阐述密封瓦产生碰摩的机理和主要原因，为解决密封瓦碰摩引发振动的问题提供一定的理论指导。  
　　关键词：330MW汽轮发电机 双流环式密封瓦 氢冷发电机 碰摩 振动 


        0 引言 
        我国引进的330MW汽轮发电机为水、氢、氢冷却系统。定子绕组为水内冷，其转子绕组和定子铁心均为氢气冷却。氢气是一种良好的冷却介质，但有一个很大的缺点就是易燃易爆，故氢冷发电机必须有密封装置，以此阻止氢气外泄和空气漏入。双流环式密封系统其密封环在密封支座的油槽中可自由浮动，为了防止氢气沿转子轴向泄露，密封瓦与转子的间隙一般在200μm以下。由于密封瓦存在一定的椭圆度，运行中会因为密封瓦卡涩，空氢侧油压不均衡等因素，使得密封瓦与转子发生碰摩，引起摩擦振动。 
        双流环式密封系统是目前较为普遍采用的形式，其结构如图1所式。密封瓦由瓦座、瓦环、进油口、空侧和氢侧的压力油腔组成。密封环由两块半圆环并成，通过螺栓连成整圆。当油腔中通入压力油时，在密封环与轴颈之间形成油膜，防止氢气外漏，并且避免发生动静摩擦，同时在密封环左右端面与密封瓦座之间，另有少量的油流过，以防止密封瓦卡涩。 
        双流环式密封系统在正常运行中同时通过两股油流，成为既相互关联又各自独立的油循环系统。空侧密封油系统的油取自汽轮机主油箱，进入密封瓦后由瓦的空气侧流出，与发电机的支持轴承回油一同流回主油箱。氢侧密封油由密封瓦的氢气侧流出后，流回氢侧密封油箱。 
        密封瓦与发电机转子之间的碰摩是一种典型的动静摩擦故障，其影响因素众多，碰摩引发振动的机理下面将从密封瓦的结构和密封油系统及其设备上进行分析。 
        1 从密封瓦的结构上分析 
        假设密封瓦左右端面的径向压力变化是线性的，则密封瓦的压力分布如图2所示。 
        在正常情况下，密封瓦左右端面上所受的力应是平衡的，这样其浮动性能是最好的。但往往实际的运行情况与假设的理想状况是大不相同的，密封瓦左右两个端面所受的作用力是不相等的，这就存在轴向力的作用，使得密封瓦的浮动性能变差，密封瓦的某一侧很容易与转子发生径向碰摩。 
        2 密封油系统及其设备对密封瓦动力特性的影响 
        2.1 供油设备的影响 氢侧密封油的油压和油量调节是由平衡阀来完成的，平衡阀的控制信号为两个压力信号，分别取自空、氢侧的密封油压。平衡阀的作用就是使氢侧油压始终跟踪空侧油压，使两者的压力差趋于最小。但实际运行中由于管道布置不同，管道长度不同造成流体阻力不同，压降不等，平衡阀、压差阀质量不好，油质不合格造成平衡阀、压差阀卡涩，密封瓦间隙偏大均会造成平衡阀调节精度下降，影响到密封瓦的平衡。平衡阀调节精度高，氢侧密封油箱自动补排油次数会明显减少，使空、氢侧的窜油量趋于最小，也使密封瓦两个端面的压力差趋于最小。 
        2.2 油质和油压、油温的影响 密封油的油质劣化或者油中含有杂质，导致密封瓦油清洁度不能满足要求将会影响到密封瓦在密封油膜中的浮动特性。另外油温和油压的变化也会对密封瓦的浮动特性造成影响，严重时会造成密封瓦的卡涩失灵。 
        根据前面论述的密封瓦左右端面上的受力分析，在密封油压作用下，密封环上存在着一个轴向力，其大小为：FN=F左-F右（具体计算公式在此不累述）。

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　　在密封瓦与转子发生径向碰摩时，密封环所受的摩擦力为：Ff=μFN
        根据油润滑与油粘度的关系可知，摩擦力系数μ=k/η，k为润滑油摩擦系数，η为润滑油的粘度。
        因此，密封环所受的摩擦力与密封油温和密封油压有关。在运行中，调整密封油温度和压力会使密封瓦两个端面上所产生的摩擦力大小发生改变，从而影响密封瓦的浮动性能。
        某厂8瓦振动大，振动值为130μm左右，经过检查分析，发现平衡阀后的供油管道离窗户太近，受气温影响较大，氢侧油温一直较低，与空侧油温差17℃左右，励端平衡阀卡涩，不能维持空氢侧密封油压差，氢侧密封油流量很低。通过采取供油管道加装保温，并开大氢侧密封油励端旁路门加大氢侧油泵流量的措施，提高了氢侧密封油温度。还通过调节励端平衡阀旁路门提高了励端密封瓦氢侧油量，使8瓦振动下降到46μm。
        以上文阐述的密封瓦碰摩机理，联系该厂实际的调整方法，得出以下结论：①平衡阀卡涩，调节精度差，密封瓦两侧的供油流量、压力不平衡，空氢侧窜油量大，产生过大的压差，使密封瓦承受较大的轴向推力，导致密封瓦不能正常浮动。②密封油参数不合理，密封瓦两侧油温偏差大，油粘度不同，不能对密封瓦产生正常的浮动力。当轴向存在不平衡力时，密封瓦就会在径向浮动调整中受阻。
        由于密封瓦与转子之间的间隙很小，所以一旦密封瓦不能自动调整就会产生动静之间的摩擦，从而引发了汽轮发电机组轴系振动。
        实际运行中很难控制空侧密封油和氢侧密封油压力的平衡，由于设备结构的原因，目前只能测量密封瓦上的空、氢侧密封油进油处的压力作为平衡阀的调节信号，因此必然造成测量误差，平衡阀不能有效维持空、氢侧密封油压力的平衡。再加上氢侧密封油系统的平衡阀调节精度差，运行参数控制上的偏差，密封瓦碰摩引发振动的现象较为普遍。通过对这种现象的分析，为我们寻找减轻和消除密封瓦碰摩的有效措施提供有益的帮助。
参考文献：
[1]徐峰，陈伟，张正松.300MW发电机组转子密封轴承系统振动特性分析与测量.清华大学学报.1996.136（6）.
[2]王赤夫，李曙光.国产300MW氢冷汽轮发电机组氢气污染问题探讨.华中电力.2000.5.
[3]晋风华，李录平，蒲军伟，王颖.国产300MW氢冷汽轮发电机密封瓦碰摩机理研究.