汽輪機油動機活塞密封套脫落的原因分析

丁懷高

(北京奧福能源股份有限公司，北京 100070)

0 引言

某熱電廠自2010年10月對C12－3.43/0.49型汽輪機中壓油動機進行維修后，調節系統多次出現遲緩和卡澀現象。在并熱網過程中，當中壓錯油門底部的脈沖油壓建立后，活塞沒有在油壓的作用下逐漸上移;當手動投入調壓器切除閥時，中壓油動機活塞突然向上竄動，機組負荷從7 000 kW降至5000 kW，抽汽壓力從0.45MPa上升至0.70MPa，造成抽汽管道安全閥啟爆、膨脹節密封材料刺穿而被迫停機的惡性事故。

1 中壓油動機

C12－3.43/0.49型汽輪機調節系統為傳統的液壓調節保安系統，其主油泵為徑向鉆孔泵。中壓油動機為雙側進油活塞式油動機，由壓蓋(頂蓋)、端蓋、殼體、油動活塞、密封套、球頭拉桿和反饋裝置組成。為了減少活塞與殼體之間的漏油，在活塞上裝有銅質密封套;密封套與殼體之間依靠很小的間隙來保證其密封效果，該間隙值為0.03～0.05 mm;密封套內徑為196 mm，外徑為220 mm，高度為60 mm，在密封套與活塞頂部用4個? 6 mm的騎縫螺釘對密封套進行固定。端蓋嵌入油動機頂部，壓蓋用螺絲固定在油動機和端蓋的上部，球頭拉桿同旋轉隔板連接。

2 中壓油動機存在的問題

2011年春節期間，對中壓油動機進行解體檢查，發現活塞桿與壓蓋中心孔明顯有不同心現象。活塞桿與壓蓋之間的間隙一般為0.10～0.20 mm，而此時活塞桿卻緊緊貼在壓蓋中心孔的左前側(靠近汽缸一側，以下統稱左側，相對應的一側稱為右側)，而右側卻出現了最大約0.80 mm的間隙。打開壓蓋檢查，發現中心孔的左側有磨損痕跡，打開端蓋，發現端蓋中心孔右側同樣有磨損痕跡。將活塞從殼體內提出時，發現密封套已完全脫離活塞，4個騎縫螺釘全部因擼絲而松脫。密封套表面有明顯劃痕，與此相對應的殼體處也有明顯被摩擦的痕跡。

3 密封套向上脫離活塞的原因分析

從運行、檢修質量等方面對密封套脫離活塞的原因進行了分析和研究，最終認定其主要原因是中壓油動機壓蓋被裝偏。

3.1 中壓油動機壓蓋被裝偏

活塞桿與壓蓋中心孔明顯存在偏心現象，活塞桿緊緊貼在壓蓋中心孔左側，壓蓋中心孔左側和端蓋中心孔右側處有明顯的磨損痕跡，殼體處也有明顯被密封套摩擦的痕跡。以上種種現象說明，檢修人員在維修過程中將壓蓋裝偏，最終導致活塞及密封套中心位移。

3.2 壓蓋嚴重偏移導致密封套與殼體發生接觸

當壓蓋向右側偏移0.10～0.20 mm時，活塞桿與壓蓋中心孔左側間隙就減少為0 mm，如壓蓋繼續向右側偏移就會推動活塞桿向右側偏移。壓蓋繼續向右側偏移0.10～0.20 mm，就會造成活塞桿與端蓋中心孔右側的間隙減少為0 mm并阻止活塞桿繼續向右側偏移。根據端蓋中心孔右側的磨損情況來分析，壓蓋實際已向右側偏移0.40mm以上，造成活塞桿向右側偏移0.20 mm以上。

活塞桿向右側偏移0.05～0.10 mm，就會造成密封套向左側偏移0.05 mm以上，而密封套與殼體之間的間隙為0.03～0.05 mm，此時已造成密封套與殼體左側之間的間隙減少為0 mm。實際上活塞桿已向右側偏移0.20 mm以上，遠遠超過密封套與殼體之間的間隙，活塞中心線已偏離殼體的中心線位置，使得密封套與殼體出現較大范圍的接觸，在活塞上、下移動時就會發生遲緩和卡澀現象。

3.3 活塞快速下移是造成密封套脫落的主要動力

密封套熱套于活塞之上，4個騎縫螺釘對密封套加以固定，當殼體對密封套向下運動的阻力足以克服密封套的緊力時，密封套就會產生松動并發生位移。當活塞桿向右側偏移0.20 mm以上時，密封套與殼體之間的接觸面積就會增大，在活塞每次快速下移時，殼體會對密封套產生巨大的反沖擊力，當密封套向下運動的阻力遠遠大于密封套的緊力時，密封套便產生松動，最終導致密封套向上嚴重位移后發生脫落。

3.4 造成活塞快速下移的原因

(1)檢修人員檢修不當。檢修人員在檢修過程中為了檢查活塞是否存在卡澀現象，用布條纏著中壓油動機的球頭拉桿，數次將活塞用力向上提升至最大行程后又將活塞放下，活塞在自重的作用下快速下移。由于密封套與殼體之間沒有潤滑油，在活塞與殼體不在同一中心線的情況下，這種違章操作必然造成密封套與殼體之間發生更加嚴重的摩擦。

(2)在做調節系統靜態試驗時，當恢復危急遮斷油門、軸向位移等保護裝置時，通往脈沖油路的高壓油被切斷，脈沖油壓迅速下降，中壓錯油門滑閥在上部彈簧的作用下迅速下移，高壓油進入油動機上腔，活塞在0.2～0.5 s內迅速向下移動至最底位。殼體對密封套的反沖擊力是巨大的，是導致密封套向上脫離活塞的最重要的動力源之一。

4 處理結果

將油動機密封套取下進行修整，按工藝要求重新裝配并重新鉆孔安裝騎縫螺釘，最后將壓蓋中心孔與活塞桿校正裝好。機組運行后，中壓油動機沒有發生遲緩和卡澀現象，運行平穩正常，在運行半年后的一次計劃停機解體檢查中確認一切正常。

5 結論

綜上所述，造成密封套向上完全脫離活塞的主要原因及應吸取的經驗教訓是:

(1)由于設計上存在一定的缺陷，壓蓋和端蓋成為2個獨立的部件。可設計成一體構造，在端蓋嵌入殼體時便會使壓蓋自動對中，也可以設計2個固定銷釘將壓蓋固定，就不會出現壓蓋被人為壓偏的現象。

(2)中壓油動機整體低于汽輪機操作平臺，四周空間狹窄，給檢修和運行巡視帶來諸多不便。

(3)防塵蓋處于活塞桿的頂部，一旦壓蓋被人為壓偏，靠近汽缸一側的間隙減少時，由于防塵蓋擋住了視線，很難被及時發現。

(4)檢修人員因為對調節系統原理和構造不太了解以及檢修質量較低等原因，將壓蓋裝偏后沒有及時對檢修過的設備進行認真仔細的檢查與驗收。

所幸沒有發生電網從系統解列的事故，否則，當發生事故需要緊急關閉旋轉隔板時，因密封套已上移60 mm，活塞的最大行程(138 mm)減少60 mm，活塞無法上移至極限位置，旋轉隔板就不能完全關閉，有可能發生汽輪機嚴重超速等一系列惡性事故，其后果十分嚴重。檢修人員如能有效地提高檢修質量，就能避免此類設備故障的發生。

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