汽轮机油动机活塞密封套脱落的原因分析

丁怀高

(北京奥福能源股份有限公司，北京 100070)

0 引言

某热电厂自2010年10月对C12－3.43/0.49型汽轮机中压油动机进行维修后，调节系统多次出现迟缓和卡涩现象。在并热网过程中，当中压错油门底部的脉冲油压建立后，活塞没有在油压的作用下逐渐上移;当手动投入调压器切除阀时，中压油动机活塞突然向上窜动，机组负荷从7 000 kW降至5000 kW，抽汽压力从0.45MPa上升至0.70MPa，造成抽汽管道安全阀启爆、膨胀节密封材料刺穿而被迫停机的恶性事故。

1 中压油动机

C12－3.43/0.49型汽轮机调节系统为传统的液压调节保安系统，其主油泵为径向钻孔泵。中压油动机为双侧进油活塞式油动机，由压盖(顶盖)、端盖、壳体、油动活塞、密封套、球头拉杆和反馈装置组成。为了减少活塞与壳体之间的漏油，在活塞上装有铜质密封套;密封套与壳体之间依靠很小的间隙来保证其密封效果，该间隙值为0.03～0.05 mm;密封套内径为196 mm，外径为220 mm，高度为60 mm，在密封套与活塞顶部用4个ø 6 mm的骑缝螺钉对密封套进行固定。端盖嵌入油动机顶部，压盖用螺丝固定在油动机和端盖的上部，球头拉杆同旋转隔板连接。

2 中压油动机存在的问题

2011年春节期间，对中压油动机进行解体检查，发现活塞杆与压盖中心孔明显有不同心现象。活塞杆与压盖之间的间隙一般为0.10～0.20 mm，而此时活塞杆却紧紧贴在压盖中心孔的左前侧(靠近汽缸一侧，以下统称左侧，相对应的一侧称为右侧)，而右侧却出现了最大约0.80 mm的间隙。打开压盖检查，发现中心孔的左侧有磨损痕迹，打开端盖，发现端盖中心孔右侧同样有磨损痕迹。将活塞从壳体内提出时，发现密封套已完全脱离活塞，4个骑缝螺钉全部因撸丝而松脱。密封套表面有明显划痕，与此相对应的壳体处也有明显被摩擦的痕迹。

3 密封套向上脱离活塞的原因分析

从运行、检修质量等方面对密封套脱离活塞的原因进行了分析和研究，最终认定其主要原因是中压油动机压盖被装偏。

3.1 中压油动机压盖被装偏

活塞杆与压盖中心孔明显存在偏心现象，活塞杆紧紧贴在压盖中心孔左侧，压盖中心孔左侧和端盖中心孔右侧处有明显的磨损痕迹，壳体处也有明显被密封套摩擦的痕迹。以上种种现象说明，检修人员在维修过程中将压盖装偏，最终导致活塞及密封套中心位移。

3.2 压盖严重偏移导致密封套与壳体发生接触

当压盖向右侧偏移0.10～0.20 mm时，活塞杆与压盖中心孔左侧间隙就减少为0 mm，如压盖继续向右侧偏移就会推动活塞杆向右侧偏移。压盖继续向右侧偏移0.10～0.20 mm，就会造成活塞杆与端盖中心孔右侧的间隙减少为0 mm并阻止活塞杆继续向右侧偏移。根据端盖中心孔右侧的磨损情况来分析，压盖实际已向右侧偏移0.40mm以上，造成活塞杆向右侧偏移0.20 mm以上。

活塞杆向右侧偏移0.05～0.10 mm，就会造成密封套向左侧偏移0.05 mm以上，而密封套与壳体之间的间隙为0.03～0.05 mm，此时已造成密封套与壳体左侧之间的间隙减少为0 mm。实际上活塞杆已向右侧偏移0.20 mm以上，远远超过密封套与壳体之间的间隙，活塞中心线已偏离壳体的中心线位置，使得密封套与壳体出现较大范围的接触，在活塞上、下移动时就会发生迟缓和卡涩现象。

3.3 活塞快速下移是造成密封套脱落的主要动力

密封套热套于活塞之上，4个骑缝螺钉对密封套加以固定，当壳体对密封套向下运动的阻力足以克服密封套的紧力时，密封套就会产生松动并发生位移。当活塞杆向右侧偏移0.20 mm以上时，密封套与壳体之间的接触面积就会增大，在活塞每次快速下移时，壳体会对密封套产生巨大的反冲击力，当密封套向下运动的阻力远远大于密封套的紧力时，密封套便产生松动，最终导致密封套向上严重位移后发生脱落。

3.4 造成活塞快速下移的原因

(1)检修人员检修不当。检修人员在检修过程中为了检查活塞是否存在卡涩现象，用布条缠着中压油动机的球头拉杆，数次将活塞用力向上提升至最大行程后又将活塞放下，活塞在自重的作用下快速下移。由于密封套与壳体之间没有润滑油，在活塞与壳体不在同一中心线的情况下，这种违章操作必然造成密封套与壳体之间发生更加严重的摩擦。

(2)在做调节系统静态试验时，当恢复危急遮断油门、轴向位移等保护装置时，通往脉冲油路的高压油被切断，脉冲油压迅速下降，中压错油门滑阀在上部弹簧的作用下迅速下移，高压油进入油动机上腔，活塞在0.2～0.5 s内迅速向下移动至最底位。壳体对密封套的反冲击力是巨大的，是导致密封套向上脱离活塞的最重要的动力源之一。

4 处理结果

将油动机密封套取下进行修整，按工艺要求重新装配并重新钻孔安装骑缝螺钉，最后将压盖中心孔与活塞杆校正装好。机组运行后，中压油动机没有发生迟缓和卡涩现象，运行平稳正常，在运行半年后的一次计划停机解体检查中确认一切正常。

5 结论

综上所述，造成密封套向上完全脱离活塞的主要原因及应吸取的经验教训是:

(1)由于设计上存在一定的缺陷，压盖和端盖成为2个独立的部件。可设计成一体构造，在端盖嵌入壳体时便会使压盖自动对中，也可以设计2个固定销钉将压盖固定，就不会出现压盖被人为压偏的现象。

(2)中压油动机整体低于汽轮机操作平台，四周空间狭窄，给检修和运行巡视带来诸多不便。

(3)防尘盖处于活塞杆的顶部，一旦压盖被人为压偏，靠近汽缸一侧的间隙减少时，由于防尘盖挡住了视线，很难被及时发现。

(4)检修人员因为对调节系统原理和构造不太了解以及检修质量较低等原因，将压盖装偏后没有及时对检修过的设备进行认真仔细的检查与验收。

所幸没有发生电网从系统解列的事故，否则，当发生事故需要紧急关闭旋转隔板时，因密封套已上移60 mm，活塞的最大行程(138 mm)减少60 mm，活塞无法上移至极限位置，旋转隔板就不能完全关闭，有可能发生汽轮机严重超速等一系列恶性事故，其后果十分严重。检修人员如能有效地提高检修质量，就能避免此类设备故障的发生。

［1］邵和春.汽轮机运行［M］.北京:中国电力出版社，2006.

［2］王栋梁.机械基础［M］.北京:中国劳动出版社，1990.

［3］田鹤年.N125型汽轮机调节系统常见缺陷的分析与改进［J］.汽轮机技术，1992，34(3):28 －31.

［4］康德.汽轮机设备安装工艺学［M］.北京:水利电力出版社，1993.