崔樺楠+李瑩澄+陳興榮

（海南核電有限公司 海南 昌江 572733）

摘要：發(fā)電機(jī)密封瓦作為氫冷發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)的主要部件，對(duì)維持油壓穩(wěn)定發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。在壓水堆核電廠歷次大修過(guò)程中，多次發(fā)生發(fā)電機(jī)密封瓦徑向間隙超差問(wèn)題，更換后的密封瓦加工匹配工作一直是大修中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。本文簡(jiǎn)述發(fā)電機(jī)密封瓦的工作特點(diǎn)，分析和闡述密封瓦加工的難點(diǎn)，設(shè)計(jì)和分析密封瓦加工專用夾具，以及密封瓦加工過(guò)程中的注意事項(xiàng)，以保證密封瓦達(dá)到加工要求。

關(guān)鍵詞：密封油系統(tǒng) 密封瓦 專用夾具

1. 發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)介紹

海南核電采用QFSN-660-2 型發(fā)電機(jī)，其定子鐵芯和轉(zhuǎn)子采用氫冷。發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)的功能就是防止發(fā)電機(jī)內(nèi)部高壓氫氣從轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)殼體間縫隙泄漏出來(lái)，同時(shí)防止氫氣受到密封油所帶空氣的污染，還可用于帶走運(yùn)行時(shí)密封瓦產(chǎn)生的熱量。發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)復(fù)雜但可靠性高的雙流環(huán)式油封結(jié)構(gòu)，即密封瓦。

正常運(yùn)行時(shí)， 發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)的空氣、氫氣側(cè)密封油各自獨(dú)立，分別有兩路供油回路。當(dāng)氫側(cè)和空側(cè)兩個(gè)油路匯集在密封瓦處時(shí)，形成油膜，且油壓平衡，不發(fā)生交換，隨后繼續(xù)流向氫側(cè)和空側(cè)的回路。此時(shí)氫側(cè)密封油中溶有飽和氫氣，空側(cè)油溶有飽和空氣和水分，油路各自獨(dú)立無(wú)竄油，處于平衡狀態(tài)，可以保證發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣的純度和濕度[1]。

此時(shí)的密封瓦通過(guò)油膜壓力懸浮在發(fā)電機(jī)軸與密封瓦座之間，同時(shí)油膜形成一個(gè)阻擋，將發(fā)電機(jī)內(nèi)部氫氣與外部空氣和水分阻隔開(kāi)來(lái)。可見(jiàn)，密封油壓的平衡控制及其與軸的間隙調(diào)整是保證平衡狀態(tài)的關(guān)鍵。

當(dāng)密封瓦與軸間隙過(guò)大時(shí)，密封油流量增加，油壓控制難度增加，極易出現(xiàn)壓差，進(jìn)而導(dǎo)致空側(cè)和氫側(cè)密封油的不斷交換，空側(cè)密封油中溶解的空氣、水分通過(guò)交換進(jìn)入氫側(cè)密封油，進(jìn)而進(jìn)入發(fā)電機(jī)氫氣中，造成氫氣純度的降低；同時(shí)，當(dāng)間隙增加時(shí)，密封油需求量增加，會(huì)造成靜壓回油管路不暢，發(fā)電機(jī)氫側(cè)回油腔室油位升高到超過(guò)軸頸最低位置時(shí)，將造成發(fā)電機(jī)進(jìn)油[2]。

如果密封瓦間隙過(guò)小，密封油流量變小，油膜減薄，造成干摩擦或半干摩擦，同時(shí)摩擦產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)被油流帶走，導(dǎo)致密封瓦溫度過(guò)高。

2. 密封瓦加工難點(diǎn)

歷次密封瓦檢修時(shí)，拆卸下的密封瓦如發(fā)生磨損，則很難進(jìn)行修復(fù)，需使用新備件進(jìn)行加工匹配。密封瓦的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、材料性能和高精度要求決定了其加工存在很大的難度。

2.1密封瓦的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

密封瓦是直徑615mm，平均厚度不足25mm，寬僅60mm的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，這種直徑與厚度比超過(guò)10（實(shí)際超過(guò)20）的工件屬于薄壁加工件，機(jī)床上裝夾需克服裝夾力帶來(lái)的變形。這對(duì)裝夾方式提出了一定的要求。

2.2密封瓦材料的性能特點(diǎn)

密封瓦加工時(shí)僅需加工內(nèi)孔即可，而內(nèi)側(cè)鑄有一層巴氏合金。因?yàn)槠鋸?qiáng)度低，不能單獨(dú)制作密封瓦，通常只能貼附在青銅、鋼或鑄鐵軸瓦上做軸承襯。核電廠密封瓦內(nèi)側(cè)使用的是巴氏合金中性能最好的錫基巴氏合金。表1列出了錫基巴氏合金與常見(jiàn)金屬材料機(jī)械性能對(duì)比。

表1 錫基巴氏合金與常見(jiàn)金屬材料機(jī)械性能對(duì)比

通過(guò)對(duì)比我們可以看到，巴氏合金的強(qiáng)度和硬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于常見(jiàn)金屬材料，因此在機(jī)床上裝夾時(shí)，若夾緊力過(guò)大，則會(huì)導(dǎo)致其產(chǎn)生變形。

2.3密封瓦加工精度要求

密封瓦與轉(zhuǎn)軸直徑實(shí)際安裝間隙為0.105～0.205 mm。根據(jù)檢修經(jīng)驗(yàn)，加工時(shí)要求密封瓦內(nèi)孔加工的尺寸精度為±0.01mm。如果采用手工刮研法進(jìn)行加工，不僅耗時(shí)費(fèi)力，且不能保證圓度。因此選用機(jī)床進(jìn)行加工。海核機(jī)加車間滿足條件的僅C5120立式車床，±0.01mm的加工要求接近其極限加工精度，這對(duì)人員的操作技能也提出了非常高的要求。

3. 密封瓦的加工

3.1可行性分析

對(duì)于薄壁件，我們一般避免采用卡盤夾緊加工的方式，因?yàn)榭ㄗA緊工件時(shí)，會(huì)對(duì)工件產(chǎn)生徑向壓力，導(dǎo)致工件內(nèi)徑產(chǎn)生一定的彈性變形。

于是，根據(jù)上述問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)出一套密封瓦加工專用夾具，以有效避免上述裝夾問(wèn)題，同時(shí)可最大程度的保證加工精度。

3.2加工方案制定及實(shí)施

該夾具采用面接觸壓緊方式進(jìn)行密封瓦的軸向緊固，替代壓板壓緊，從而避免局部受力導(dǎo)致的彈性變形。裝配后示意圖見(jiàn)圖2：

裝夾時(shí)，先將夾具本體吊裝至立車工作平臺(tái)，并進(jìn)行找正。然后將放置密封瓦的臺(tái)階面平面度調(diào)整至0.05mm；將密封瓦及配合壓環(huán)放置在夾具內(nèi)部并找正，然后使用壓緊塊將壓環(huán)緊固，從而間接將密封瓦固定。

3.2.1設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（1） 使用壓環(huán)壓緊密封瓦，周向均勻分布的壓緊塊壓緊壓環(huán)，從而可以有效避免壓緊塊直接壓在密封瓦表面時(shí)，密封瓦局部壓緊力過(guò)大而造成應(yīng)力集中和變形。

（2） 選擇軸向壓，避免徑向的彈性變形。

（3） 裝夾時(shí)，將壓環(huán)壓在密封瓦剛性相對(duì)較好的外圈部分，避免接觸內(nèi)圈較軟的巴氏合金，減少其受力，避免彈性變形。

（4） 夾具內(nèi)部直徑與密封瓦的外徑預(yù)留10mm左右的間隙，保證密封瓦裝夾后找正有足夠的調(diào)整空間。

（5） 夾具材質(zhì)選用強(qiáng)度、耐蝕性等綜合性能較好的灰鑄鐵制作。夾具預(yù)制足夠厚度（≥120mm），既有利于提高剛性，又有足夠余量在每次使用前根據(jù)實(shí)際尺寸進(jìn)行校準(zhǔn)如表。

強(qiáng)度高，耐磨、耐熱性好，時(shí)效后具有變形小等特點(diǎn)，常用于測(cè)量工具的制作，如V型鐵。

3.2.2加工要點(diǎn)

（1） 夾具平面度調(diào)整：將夾具固定在立式車床，并進(jìn)行找正固定后，需對(duì)夾具上與密封瓦接觸的表面進(jìn)行平面度校正至0.05mm。

（2） 密封瓦找正：將密封瓦固定在夾具上，并使用壓環(huán)輕輕壓緊，使用內(nèi)徑百分表進(jìn)行密封瓦內(nèi)孔的找正，保證圓度小于0.05mm時(shí)可壓緊壓環(huán)。

（3） 避免切削變形：因巴氏合金層較軟，且加工精度較高。當(dāng)吃刀量過(guò)大或進(jìn)給量過(guò)大時(shí)，車削時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的內(nèi)應(yīng)力，使材料產(chǎn)生彈性變形，從而影響加工精度。故加工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制。

雖然我們使用專用夾具對(duì)密封瓦的加工精度提供保證，但加工完畢后，須在松開(kāi)裝夾后的自由狀態(tài)最終進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)密封瓦處于不受外力狀態(tài)下尺寸檢測(cè)合格，加工方為合格。

4. 結(jié)論

實(shí)踐證明，通過(guò)上述綜合手段，加工得到的密封瓦內(nèi)徑符合裝配要求。密封瓦的加工質(zhì)量對(duì)于發(fā)電機(jī)氫氣的密封起著至關(guān)重要的作用，在加工過(guò)程中，除了充分利用夾具保證加工精度外，操作者應(yīng)謹(jǐn)慎操作，小心測(cè)量，機(jī)械加工工程師要嚴(yán)格做好加工過(guò)程質(zhì)量控制，方能加工出符合質(zhì)量要求的密封瓦。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙皓. 發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)及其對(duì)發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行的影響. 秦山核電二期工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)匯編·生產(chǎn)準(zhǔn)備卷，120-125.

[2] 劉河，張海峰. 國(guó)產(chǎn)600MW機(jī)組密封油系統(tǒng)常見(jiàn)缺陷原因分析及處理方法. 汽輪機(jī)技術(shù)，2009，8（4），298～299.