改进通风机电机轴封结构消除漏油

江苏常熟发电有限公司  蔡炳钧　马月明

   【摘要】　针对通风机电机轴封漏油的问题，分析了漏油的原因，提出了消除电机轴封漏油的具体措施。指出了改进后的实际效果及其推广价值。

    关键词：电动机　轴　密封　漏泄　处理

一、概况

　　我厂装有4台300MW亚临界机组。锅炉为上海锅炉厂生产的SG1025/16.7-M312A直流炉，每台锅炉配备2台由上海鼓风机厂引进德国TLT公司技术制造的FAF21.1-13.3-1轴流通风机，转速985r/min。电机轴承采用强制循环润滑冷却方式。
　　投产以来，通风机电机轴封漏油问题始终比较突出。针对这一问题曾到兄弟电厂进行过专门调研，也存在这一问题，有的曾发生过因电机轴封漏油而造成电机烧坏事故，但都未找到彻底解决漏油问题的方案。与制造厂联系，他们对此也无能为力。1998年1月至9月因通风机电机轴封漏油而造成停机或减负荷抢修达4次，少发电量480多万kW*h，直接经济损失达43万多元，直接影响了机组安全运行和我厂的经济效益。因此必须采取有效措施，彻底消除电机轴封漏油。

二、通风机电机轴封漏油原因分析

1.原轴封结构不合理。(见图1)

图1　改进前电机轴封装配图

　　(1)密封通道太短　由于密封通道太短，对泄漏油的流动阻力小，使油能较容易地沿着密封通道泄漏出去。
　　(2)金属密封片无法平衡轴承箱内外压差　由于金属密封片没有弹性，装到轴上后与轴有一定的间隙，尤其在电机运转过程中因轴的偏心使此间隙更大，而且密封片或轴磨损后使其无法自动补偿磨损量，从而金属密封片不能平衡轴承箱内外压差，最终油在压差的作用下向外泄漏。
　　(3)金属密封片与电机轴直接摩擦的结构不合理　原结构采用金属密封片与电机轴直接摩擦来密封，容易使金属密封片与轴同时磨损，尤其是当电机轴磨损时处理相当困难，一般仅做更换金属密封片处理，如果轴磨损较大或有很深的痕迹时，则会因金属密封片与电机轴径向间隙增大而失去密封作用。
　　(4)无甩油环，油可以直接沿着轴向外泄漏。
2.轴承箱内外压差大
　　由于注入轴承箱的油具有一定的压力，加上转轴的离心力作用，使轴承箱内压力大于轴承箱外界压力。尤其是电机内侧轴封(即靠近电机铁芯的一侧)，由于该侧轴封正好处于电机冷却风扇的吸入口，故使该侧轴承箱外部为负压，从而进一步增大了该侧轴承箱内外压差，加大了漏油。因此，电机内侧轴封漏油量明显大于电机外侧轴封(即远离电机铁芯的一侧)漏油量。
3.迷宫密封轴向间隙调整不当
　　如图1所示，外侧端盖8与迷宫密封动环9构成了迷宫密封，两者之间的轴向间隙调整是否正确，是能否发挥迷宫密封作用的关健。但是由于工作人员责任心较差，对设备运转状况未深入了解，尤其是对电机停止与运转时轴发生轴向位移的方向和数值不清楚，不是间隙调整太大使迷宫失去密封作用，就是间隙调整太小，因电机轴的窜动将抱紧在轴上的动环撞松而导致间隙变大，使密封失效。
　　电机轴运转后相对于停止状态轴向位置会发生变化，是因为电机安装或联轴器联接时，由于种种原因使电机转子偏离磁场中心，而运转时因电机磁场力的作用，又将转子拉回磁场中心造成的。

三、消除电机轴封漏油的措施

　　1.改进轴封结构
　　(1)如图2所示，增加甩油环4和甩油环10，在内侧端盖5和外侧端盖8上开甩油槽将泄漏的油抛甩回油池。

图2　改进后电机轴封装配图

　　当电机轴高速旋转时，甩油环A和甩油环B利用离心力的作用将机油沿径向甩至轴承箱内壁，一部分机油沿内壁流回轴承箱，一部分机油落在端盖甩油槽上并沿着槽流回轴承箱，从而阻止机油进入轴封间隙。另外，采用甩油环后，使密封通道也加长了，使泄漏的机油由原来的直线流动变成曲折流动，大大增加了流动阻力。
　　为了提高密封效果，甩油环A由A1、A2两个甩油环组合而成。
　　如图3所示，泄漏油通过第一道甩油环A1时，大部分油已被甩向轴承箱内壁并沿内壁流回轴承箱，有一小部分机油则可能通过第二道甩油环A2与内侧端盖的间隙继续向外泄漏。这部分油在通过此间隙时将受到较大的阻力，同时也被第二道甩油环A2甩到内侧端盖内壁并沿内壁及甩油槽流回油池。因此通过这两道甩油环后再泄漏出去的油已微乎其微了。最后通过后面的骨架油封的刮油作用，可将全部泄漏油阻截回油池。甩油环A1与甩油环A2之间靠螺丝连接。考虑到检修拆装便利，甩油环的固定采用螺丝将其抱夹紧在轴上的方式，且使甩油环与主轴的配合间隙控制在0～0.05mm以内。同时为防止油从此间隙向外泄漏，在两个甩油环之间加上O型密封圈。

图3

　　(2)重新设计轴承端盖，取消金属密封片，改用骨架油封。
　　①改用骨架油封的可行性分析
　　金属密封片虽能起到刮油和密封作用，但是它没有弹力，一旦磨损无法自动补偿磨损量，从而失去密封作用。因此，金属密封片的密封效果差，必须进行重新改进。由于骨架油封唇口在自由状态下其内径比轴径小，即具有一定的过盈量。当油封装到油封座和轴上后，油封刃口的预紧压力和自紧用螺旋箍簧的收缩力一起加到油封刃口，对被密封轴产生一定的径向预紧力，弹簧在此处不仅起自紧作用，还起补偿作用，从而可以自动补偿一定范围内的磨损量和轴的偏心量，并可平衡内外压差，因此密封有效性高。但是骨架油封的使用受到压力、速度、温度等的限制，而且大型风机采用骨架油封进行密封的结构不多，因此必须对能否选用骨架油封进行可行性验证，经验证结果如下。
　　压力　骨架油封通常在0.02～0.10MPa压力下工作，而通风机电机轴承润滑压力一般控制在0.05MPa左右，因此压力满足骨架油封使用条件。
　　速度　一般骨架油封的最高线速度在20m/s左右。根据通风机转速n=985r/min，骨架油封与甩油环A和甩油环B密封处的轴径分别为d₁=205mm，d₂=160mm，经计算可得：

v₁=πnd₁　　
=π×985/60×205×10^-3
=10.6m/s
v₂=πnd₂　　
=π×985/60×160×10^-3
=8.25m/s

　　经验证速度满足骨架油封使用条件。
　　温度　油封唇口与油封摩擦发热将造成唇口温度上升，降低油封寿命，油封的工作温度不能超过弹性体的常用温度范围，因此必须进行验算。油封唇口的温升计算公式为：

式中　Δt——唇口温度与润滑油温度之差，℃
　　　v——轴线速度，m/s
　　　K——系数，它与油封型式和润滑油种类有关，一般在1.5～2.5范围内。
　　由速度计算已知v₁=10.6m/s，v₂=8.25m/s，K取2.5计算可得：

　　因Δt₁＞Δt₂，所以取Δt₁来验算。
　　由于通风机润滑油温在90℃以下，所以在此结构中骨架油封的最高工作温度为t_max=90+Δt_max=90+63.4=153.4℃
　　根据表1，可以选择丙烯酸脂橡胶、氟橡胶和硅橡胶为弹性体的骨架油封。

表1　常用橡胶材料使用温度

表2　常用橡胶材料的特性

表3　油封的过盈量

(mm)

四、改进效果与评价

1.漏油量
　　改进前，通风机电机内外侧轴封月均漏油量分别为100、50kg；改进后漏油量大为好转，基本上为0，达到了预定目标。
2.效益核算与评价
　　(1)多发电效益
　　因电机轴封漏油抢修而损失电量480万kW^.h，经过改进避免电量损失年多创造利润：
　　480万kW^.h×0.09元/kW^.h=43.2万元
　　(2)节约润滑油费用
　　8台通风机年节约润滑油费用：
　　油价×月节油量×12×8=5.76万元
　　(3)设备改进费
　　8台通风机电机轴封改进费用：
　　8台×3000元/台=2.4万元
　　(4)8台通风机改进年效益总值：
　　多发电+节油费-设备改进费=43.2+5.76-2.4=46.56万元
　　(5)评价
　　通风机轴封改进后，彻底消除了漏油问题，提高了我公司的经济效益，确保了机组安全经济运行，为创一流火电企业奠定了基础。同时它也为消除转动机械设备轴封漏油提供了一条有效的途径，具有一定的推广价值。

选自《风机技术》