解决机力塔减速箱传动轴密封泄漏方法探讨

北京京丰燃气发电有限责任公司 杨环宇

某公司燃气蒸汽联合循环机组的配置型式为1台燃机＋l台汽机＋l台发电机+l台余热锅炉。燃气-蒸汽联合循环机组轴系设备由日本三菱重工制造，型号为1×1M701F，从发电机侧看机组顺时针旋转。燃气轮机型式为单轴、重型（工业型），型号是日本三菱公司M701F3型，额定功率270300kW，额定功率下排气流量2409.lt/h，排气温度587℃，排气压力3.30kPa。燃气轮机采用具有可调入口导叶（IGV）的17级高效轴流压气机。燃烧室由环绕机轴布置的20个燃烧小室组成，每个小室有9个燃气喷嘴。在＃8、＃9燃烧室安装有点火装置，#18、＃19燃烧室安装有火焰探测器。燃气轮机透平部分由4级反动式叶片组成。

蒸汽轮机型号为TC2F-35.4inch，机组额定转速3000r/min。汽轮机额定出力138480kW，额定进汽参数：高压10.28MPa（绝压）/538℃、中压3.42MPa（绝压）/566℃、低压0.44lMPa（绝压）/249.7℃，排汽压力4.93kPa（绝压）。该汽轮机为双缸、单轴、双排汽凝结、再热式机组，高中压合缸，高中压汽轮机为冲动式，低压汽轮机为反动双流式。高压和中压分别为8级叶片，低压为6×2级叶片。汽轮机配备一个高压蒸汽截止阀、一个高压蒸汽调节阀、一个中压蒸汽截止阀、一个中压蒸汽调节阀、一个低压蒸汽截止阀、一个低压蒸汽调节阀，其中除中压蒸汽截止阀和低压蒸汽截止阀为二位控制外，其余的主蒸汽汽门都可以不间断控制。

余热锅炉为卧式布置、自然循环形式、三压再热无补燃、室外布置（炉顶采用封闭形式）型式，型号为DG287/10.67/38.2/3.73/48.2/0.49-M102，由东方日立锅炉有限公司制造。发电机由日本三菱电机公司制造，型号MB-H，额定容量482MVA，说明资料规定额定电压20kV，功率因数0.85，额定转数3000r/min，额定频率50Hz，采用的是全氢冷冷却方式。

1 问题现状

燃气蒸汽联合循环机组的循环水机力塔系统由HSRL400型号的机力塔风机单元组成，每个机力塔风机单元由风机叶片、减速箱、电动机组成。在电动机的带动下，通过传动轴带动齿轮减速箱内的齿轮传动通过输出轴带动叶片旋转，为冷却塔提供适宜风量和风压，从而保证循环水的温度，能在冷却塔的潮湿且温度偏高的环境中长时间正常运行。

其中，减速箱型号为HSRL400，其联轴器采用薄壁钢管及两个半联轴器与橡胶柱销或膜片组成。齿轮箱由两级齿轮组成减速传动形式，使用的螺旋伞型齿轮副和斜齿轮副相结合的传动结构，具有结构比较紧凑，传动功率较大，运转安全稳定可靠，低噪音等特性。齿轮材料为优质合金钢，经过适当的热处理工艺，使齿轮具有较好的机械性能，从而保证了较高的抗磨性和抗冲击能力。高速轴进口处动密封，采用骨架密封方式。

在机组运行期间发现，减速箱传动轴下部经常有积油，经过进一步检查确认为，减速箱传动轴骨架油封处密封不严造成。分析是由于传动轴的转速比较高，在较强的离心力的作用下，齿轮减速箱内的润滑油沿传动轴从骨架油封处漏流，且渗漏的现象普遍。由此造成的减速箱、传动轴及周围水泥基础沾满油污，给机组安全运行带来较大风险隐患，而且造成润滑油的浪费，润滑油严重污染了周围的生产环境。如果操作人员不能及时发现，还可能因缺油造成设备损坏，为此必须解决机力塔减速箱传动轴密封泄漏，消除潜在的设备隐患。

图1 减速箱泄漏位置图

齿轮减速箱传动轴处的密封形式，通常采用自润滑性能较好的填料进行自密封，即利用较软材质的填料产生的径向过盈并抱紧转动轴，阻塞转动轴与腔体之间的径向间隙，防止润滑油泄漏。

由于传动轴与密封填料的做相对运动，这样造成密封填料的磨损较快，因此通过不停地加载以确保密封不会发生泄漏。更为糟糕的情况是当传动轴表面因不间断的磨损而使表面粗糙后，需要提供更大的径向抱紧力进行密封，填料的磨损较之前会更快，如此往复的恶性循环严重影响了减速箱的密封，密封效果越来越差，时间变短，传动轴的转矩更大以及损耗功率不停上升。当所处的生产环境进一步恶化时，环境中的污染物也会浸入，造成填料与传动轴之间出现较大的颗粒磨损的情况，更加严重破坏了减速箱密封效果。

由于这种较老的密封技术的固有形式和存在的明显缺陷，转动设备回转泄漏一直是比较难解决。随着现在安全生产要求日趋严格，对密封要求的越来越高，这种传统密封形式难以满足现有的苛刻条件的要求。设备泄漏不仅影响设备安全稳定使用，降低了设备的使用寿命周期，而且也对周边环境造成了严重影响。因此，通过不断探索，发展新的密封形式找出解决密封泄漏方法已刻不容缓。

2 制定对策及处理

2.1 调查分析

针对HSRL400型减速箱传动轴密封泄漏的位置，对减速箱进行了解体检修，对泄漏位置部件进行仔细检查，发现传动轴密封的骨架油封内唇有磨损痕迹，相应的传动轴部位同样存在轻微磨损痕迹，因此确定传动轴密封泄漏的原因就是，传动轴及其骨架油封都存在磨损造成轴向密封不严，进而导致传动轴处密封泄漏。

通过进一步调查，发现即使更换了新的骨架油封后，减速箱再运行一段时间后发生漏油情况更加严重。由于减速箱在转动过程中传动轴的长时间连续高速转动，容易使骨架油封发生磨损情况，再结合转动轴本身已经有磨损，两者的配合情况愈加恶劣，因此泄漏情况越来越严重，维持不泄漏的事件越来越短。

2.2 制定对策

根据机力塔减速箱传动轴密封泄漏的原因，决定找到更加适合减速箱工况的密封形式来替换现有的骨架油封，彻底解决传动轴泄漏问题。为此，对常见的转轴密封形式进行对比和分析。

2.3 传动轴密封形式选择

传统的毛毡密封。当其传动轴的转速≥4～5m/s时，密封效果将不存在，因此此类密封只能用于低转速设备上。当漏流量大时，毛毡密封存在浸油饱和失效。由于唇口与转动轴相接触，长期运行后会导致唇边硬化，引起轴的磨损，最终导致密封失效，且不适用于高转速的选装设备密封。意见：不适用。

骨架油封用于转轴密封的缺陷。骨架油封在安装时，唇口过盈量不尽相同，若抱紧力过大，易发生干摩擦。减速箱运行一段时间后，造成骨架油封唇口与传动转轴的间隙变大，造成润滑油不断沿轴向外甩出，即发生漏油。骨架油封存在的主要问题是：应用在旋转轴密封时，其工作原理存在先天的设计缺陷，安装后唇口过盈量不易控制，无论是过松或过紧都起不到密封的作用。意见：不适用。

迷宫密封。该形式较骨架油封形式更为先进，密封结构及设备线速度与介质粘度的关系更为紧密，由于迷宫密封内部存在间隙，沿轴向漏油情况仍然存在，不适用于垂直密封的工况条件，在停止转动时存在泄漏现象，不适合于静密封状态。长期使用迷宫密封，润滑油泄漏仍然较严重，对周边环境污染影响较大。意见：不适用。

机械密封。是一种发展较为成熟、技术更为先进的密封形式，广泛适用于电力企业的泵与风机制造，对于齿轮箱这种轴径较大、安装空间小，会使机械密封设计难度加大、加工费用更高、安装难度更大。机械密封的密封环分为动环和静环，在现场使用中会经常发生端面磨损不均匀情况，可能有的环靠内径处磨损较严重，可能有的环靠外径处磨损较严重。这是因为作用在环上的压力不均匀，或温度分布不均匀造成密封环变形所致。意见：不适用。

磁力机械油封。其工作原理类似于机械密封，靠动环圆周上磁铁的磁力将动环与静环贴紧，以确保密封的效果，有别于骨架油封直接转轴进行接触密封，不会对转轴产生任何磨损。由于磁铁的体积较机械密封的弹簧小，整个磁力机械油封的体积较机械密封大为减小。设计改造安装时，磁力机械油封轴承盖结构与传统的骨架密封轴承盖一致，只需根据现场轴承盖及传动轴的尺寸设计合适的磁力机械油封尺寸即可。意见：适用。

2.4 对策实施

确定了采用磁力油封这种新型密封原理，对现有传动轴的密封端盖进行重新设计改造：结合原有机械密封的各部件材料特性，设计了新型磁力油封：由静环和动环两部分组成，使之能够适应工作环境的要求。静环。采用遇热更加稳定且更耐磨的3Cr13不锈钢材质制作而成，O型圈固定于其腔内，密封面光滑平整耐磨；动环。内部装有磁性元件，其密封面是由散热好性与耐磨性优异的含碳复合材料制作而成，采用浮动式设计。可长时间在静环的吸引下保持贴合，为满足与静环一直吸合在一起，磁力油封的磁性元件采用永磁材料，使其在高温度及高转速的环境下不会消磁。为了满足浮动式设计的较高要求，动环采用O型圈固定在传动轴上，设计的新型磁力油封详细结构如图2所示。

图2 新型磁力油封结构图

3 解决效果

改造实施后，减速箱油位加至正常工作油位，静态下未发现渗漏，然后对机力塔风机及减速箱进行整体试转并观察减速箱外部油位计，试转4h后发现减速箱外部油位计无下降，随后停止机力塔风机及减速箱的试转，检查磁力油封处无渗漏情况。安装一段时间后进行检查，检查减速箱磁力油封处未发现泄漏情况，解体检查动环和静环的密封面光滑无损伤，磁力油封的磁性元件磁性良好未发现磁力减小现象，减速箱工作情况良好，磁性油封改造成功，有效提高了设备的运行安全稳定性和可靠性。

磁力油封使用了一种先进的密封结构形式，该密封在设计理念上沿袭了机械密封的设计原理，在其基础上简化了部分结构，使其功能更加完善。磁力油封的特点是更长的使用寿命，其使用时在密封端面间维持一个极薄的油膜，使端面不会发生干磨擦的情况，对于磨损与泄漏都能较好地兼顾。在正常情况下，磁力油封一直处于边界润滑状态下工作，边界润滑具有较低的磨擦系数，相比较干摩擦，能够较大的减少端面磨损，使其使用寿命更长，同时相比较于橡胶材质的骨架油封，不易老化。

通过设计并安装新型磁力油封，有效解决了减速箱传动轴发生泄漏油，节省了因泄漏而造成的齿轮油采购费用及日常维修费用开支，同时避免了因漏油而引起的环境污染。通过这项改造的完成，积累转动设备泄漏治理经验，提高了设备管理水平，有力保证机组整体效率，为公司取得了较好的经济效益。而且，在同类型减速箱中有推广价值，为减速箱渗漏提出了新的解决方法。