摘要：汽轮发电机在运行期间出现了后轴承座冒油气以及滑油渗出现象。对冒油气以及滑油渗出的原因分析表明，高温下滑油的挥发性以及发电机旋转整流装置的鼓风机效应是导致上述现象产生的主要因素。在对某汽轮机股份有限公司生产的汽轮机试车过程中，发现汽轮机的后轴承漏油。为彻底解决该问题，通过对可能导致漏油的原因进行逐一排查。最终发现漏油是由于后轴承箱内正压过高所导致，采取相应措施后，成功消除了后轴承箱漏油的现象。
关键词：汽轮机后轴承；油封环；漏油事故；处理措施
前言
汽轮发电机组轴承座的漏油现象时有发生，威胁到机组的正常运行，严重时会造成机组停机。船用汽轮发电机组由汽轮机、减速器、发电机等组成。其中发电机由前后2个径向轴承支撑，2个轴承分别安装于前后轴承座内。在机组运行期间，发电机后轴承座和旋转整流装置护罩处出现了冒油气以及润滑油渗出现象，具体特征为:在发电机后轴承座顶部可发现细微的油气冒出，同时有少量凝结滑油从发电机后轴承座中分面以及轴承座与整流护罩的连接处渗出，位置如图1所示。
图1冒油气与渗油位置示意图
1、渗油原因
在问题发生后，对轴承润滑油油品以及机组滑油系统参数进行了检查。发电机后轴承为径向滑动轴承，润滑介质为防锈汽轮机油。该滑油的闪点为205℃左右，属不易挥发滑油，但根据油品测试情况，滑油在超过55℃时其挥发性将大大增强。在径向滑动轴承内，由于高速旋转的轴承和润滑油膜之间的摩擦，使油膜形成局部高温，当温度超过55℃甚至更高时，会有滑油挥发为油气并随滑油流动至轴承出口处。通常情况下，轴承座内产生的油气将跟随回油进入回油管路并最终回到油箱。在较低的环境温度状态下，油气最终又凝结为滑油。根据机组运行记录，轴承进油温度约为45℃，回油温度58℃，温升为13℃。轴承温度以及温升虽属正常范围，但轴承出口处仍然可能积存一定数量的油气。当后轴承座回油不畅以及缺乏油气疏导时，油气将逐渐增多，压力持续升高，并通过后轴承座顶部观察窗口的间隙冒出。
在发电机后轴承座的后方装有旋转整流装置，主要由整流模块以及铜环等组成，安装于转子之上，护罩将整个旋转整流装置以及转子端部罩住，并通过螺栓固定于后轴承座的后方。图2为旋转整流装置的三维模型。
可以看出，当旋转整流装置跟随转子发生转动时，整流装置将产生类似于离心鼓风机的现象。在离心力作用下，转子附近的空气将沿相邻两整流模块之间形成的槽道径向运动，经增压后的空气通过整流护罩的散热孔排至大气。这种鼓风机效应将使得整流护罩腔室内形成一定的负压。后轴承座与转子之间由密封副以及油封环进行密封。由于密封存在一定的间隙，使得后轴承座内的油气有一定的几率进入整流护罩内。根据后轴承座观察窗口处的冒油气现象判断，轴承座内的压力已高于大气压。而整流护罩内又处于负压状态，在压差作用下，油气将沿密封间隙进入整流护罩内，由于整流护罩内的温度低于后轴承座内，滑油的挥发性大大下降，从而发生冷凝，由气相转换为液相的滑油将附着在整流护罩的内表面上。由于冷凝的作用，整流护罩将产生类似于冷凝器的功效，使护罩内的负压得以维持。随着时间的推移，冷凝的滑油逐渐增多，由于缺少引流措施，滑油在不断积累后最终从后轴承座与整流护罩之间的间隙渗出。
综上所述，滑油在高温状态下的强挥发性以及发电机在旋转状态下的鼓风机效应是油气进入旋转整流装置并凝结渗出的主要诱因。而后轴承回油不畅以及油封环间隙偏大等也是造成滑油渗漏的因素之一。
图2旋转整流装置示意图
2、改进措施
根据渗油原因的分析，处理措施可主要从减少油气、阻隔油气、增强密封性能等方面考虑。如从减少油气的角度可考虑降低油温，避免油气的挥发，但根据前面介绍，轴承的进油温度以及温升均不高，可降低的范围有限，因此比较难以实现。根据滑油的固有特性，完全避免油气的出现并不现实，因此需要从阻隔油气以及增强密封性能的角度考虑。油气在后轴承座与整流护罩之间的流动是由于二者之间的压差引起的，因此破坏二者之间的压差则可阻隔油气的流动。另一方面，通过增强密封性，大幅减少油气进入整流护罩的流量，也是防止整流护罩发生渗油的方法之一。根据以上改进思路，提出以下3种解决方案。
1)改进密封结构方案
现有油封环为单个齿，其密封能力有限，考虑改进为疏齿式密封结构。该种结构通过多级降压的形式，可大幅降低油气的泄漏量。同时在后轴承座顶部观察窗口处增加抽气口，将轴承处产生的油气及时抽除，避免油气进入整流护罩内，结构方案如图3所示。
图3方案1
但该方案由于转子在加工时没有设置油封齿或密封槽，如仅仅更换油封环，将使密封结构成为平齿形式，密封性能将大大下降;如对转子进行密封槽加工，则工作量以及整改难度较大，因此不利于工程实施。另一方面，该方案仅仅从“堵”的角度进行实施，而缺乏“疏导”措施，可以预计改进效果不甚理想。
2)增加抽气孔方案
在后轴承座顶部观察窗口处增加抽气口的同时，在轴承后端靠近整流护罩的腔室处增加一抽气孔，并引至抽气口处，将总抽气管联接至系统油烟抽气管，如图4所示。
图4方案2
由于系统油烟抽气管真空度高于整流护罩内的负压，因此将破坏后轴承座至整流护罩之间油气的流动。在高真空的作用下，后轴承座内的油气将直接进入抽气管内，而不再流入整流护罩内。
3)后轴承上半开槽方案
如能在发电机后轴承内部实现2个油气聚集区的统一处理，可减小外部整改的工作量，并简化外部管路。可在发电机的上半后轴承上新开1个直径为10mm的半圆槽，将后轴承观察窗口与轴承后端靠近整流护罩腔室的油气聚集区相联通，结构如图5所示。
从抽气效果来看，该方案与增加抽气孔方案基本相同。但从工程实施风险上来看，如在轴承体上进行现场开槽处理，实施难度较大。由于后轴承体已经完成了热处理与除应力工艺，如再次加工则易造成轴承体的局部应力变形，存在一定技术风险。
3、改进效果
综合多方面因素，最终选取了增加抽气孔的方案2作为机组的处理措施。在对汽轮发电机后轴承座进行相关改进后，冒油气与滑油渗出现象基本消失，充分说明本次改进措施是切实有效的。
图5方案3
4、结语
1)根据汽轮发电机后轴承座冒油气以及渗油现象对产生原因进行分析，高温下滑油的挥发性以及发电机整流装置的鼓风机效应是问题产生的主要原因;
2)根据冒油气以及渗油现象的原因分析，提出了3种改进方案，结合各方案的改进效果以及工程实施难度对3种改进方案的优劣进行比较和分析，选取了增加抽气孔方案作为最终改进措施;
3)根据改进措施对机组进行整改处理，整改后的机组渗油现象基本消失，说明改进措施是合理可行的。
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论文作者:隋朝龙
论文发表刊物:《电力设备》2018年第26期
论文发表时间:2019/1/16
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