發電機雙流環密封油系統存在的問題及對策
2015-07-11
目前，國內雙流環密封油結構的氫冷發電機存在不同程度的補氫量大問題。氫冷發電機的氫氣消耗除了增加氫氣本身的成本外，還因氫冷發電機氫氣純度下降而導致發電機效率低、線圈溫度升高到問題，嚴重影響發電機的安全經濟運行。另外由于設備結構、運行、檢修方面的原因，造成發電機內進油，引起發電機線圈絕緣下降，給發電機安全運行帶來隱患。因此，解決雙流環密封油結構的氫冷發電機補氫量大的問題、消除發電機進油十分重要。
1 雙流環密封油系統簡介
汽輪發電機密封油系統由空側和氫側兩個各自獨立又互有聯系的的油路組成，空側和氫側密封油同時向發電機兩端的雙流環式密封瓦供油。來自汽輪發電機組軸承的回油，經空側密封油泵升壓后，通過空側密封油冷油器、濾網到發電機汽、勵端雙流環式密封瓦的空氣側油環，空側密封油壓力的控制依靠壓差閥的泄油來控制，當發電機內氫氣壓力變化或空側密封油壓力波動時，壓差閥將調整空側密封油泄油量以維持空側密封油壓力大于發電機內氫氣壓力0.085Mpa。空側密封油的回油排至發電機支持軸承的回油系統。氫側密封油經氫側密封油泵升壓后，通過氫側密封油冷油器、濾網，再分成兩路分別通過發電機汽、勵端平衡閥到發電機汽、勵密封瓦的氫側油環中，汽、勵平衡閥的作用是跟蹤汽、勵端密封瓦內空側油環內壓力，調整汽、勵密封瓦內氫側油環內壓力與空側油環壓力差不大于±50mm水柱,氫側密封油回油到密封油箱，密封油箱油位通過空側密封油泵出口補油或向空側密封油泵入口排油來控制。
2 雙流密封油結構汽輪發電機補氫量大及進油的原因分析
2.1實際運行中很難控制空側密封油和氫側密封油壓力的平衡
按照雙流密封油結構密封瓦設計原理來講，只有維持密封瓦內空側密封油與氫側密封油壓力基本相等，減少空、氫側密封油的交換，才能防止空側油系統中夾帶的空氣等進入氫側密封油系統。但實際運行中由于設備結構等方面很難控制空側密封油和氫側密封油壓力的平衡。
當空側密封油壓力大于氫側密封油壓力時，空側密封油在密封瓦內向氫側竄油，空側密封油夾帶的空氣等進入氫側密封油。當氫側密封油壓力大于空側密封油壓力時，氫側密封油在密封瓦內向空側竄油，這樣將引起氫側密封油箱油位降低，氫側密封油箱浮球閥將打開，空側密封油泵出口的壓力油通過浮球閥補入氫側密封油箱。因此，無論空側密封油壓力大于氫側密封油壓力，還是氫側密封油壓力大于空側密封油壓力，都將使從軸承回油來的空側密封油夾帶的油煙、水氣等通過與氫側密封油交換而進入氫側密封油系統，再通過密封油內油檔被發電機吸入發電機內，造成發電機內氫氣污染，氫氣純度下降，補氫量增大。
造成空側密封油和氫側密封油壓力不平衡主要有兩個原因，其一是氫側密封油系統的平衡閥調節精度差。目前平衡閥要求的精度為±50毫米水柱（±490Pa），在運行中，由于平衡閥活塞和油缸之間間隙較小，稍有雜質可能造成活塞的運動阻力增大，甚至卡死，致使平衡閥調節精度變差，不能有效維持空、氫側密封油壓力的平衡，進而造成氫氣污染、增大補氫量增大。
造成空側密封油和氫側密封油壓力不平衡的第二個主要原因是空、氫側密封油壓力的測量誤差。機組運行中只有維持密封瓦與轉軸之間的油壓平衡，才能減少空、氫側密封油的互相竄動，但由于設備結構的原因，目前只能測量密封瓦上的空、氫側密封油進油處的壓力作為平衡閥的調節信號，因此必然造成測量誤差，平衡閥不能有效維持空、氫側密封油壓力的平衡，從而引起發電機補氫量增大。
2.2密封瓦與發電機轉子間隙增大
從密封瓦與轉軸間沿轉軸的軸向流向空側和氫側的油流稱為軸向流動，當空、氫側密封油壓差保持一定時，空、氫側密封油的交換量與密封瓦的間隙的成正比。對于300MW汽輪機，密封瓦直徑間隙為0.15-28mm，當運行中密封瓦間隙從0.15mm增大到0.28mm時，密封油流量將大大增加，而由于空、氫側密封油之間不可避免的存在壓差，密封油流量的增加將導致空、氫側密封油的交換量成倍增加，空側密封油中攜帶的空氣、水分等通過交換進入氫側密封油中，再通過氫側密封油與氫氣的接觸進入到發電機氫氣中污染氫氣，降低氫氣純度。密封油量的增大將會造成靜壓回油管路不暢，發電機氫側回油腔室（消泡箱）油位升高到超過軸頸最低位置時，將造成發電機進油。
2.3發電機密封油溫度高
密封油的粘度隨油溫的升高而降低，在同樣的流通面積內，要維持一定的密封油壓力，當密封油溫度高時，就需要較大流量的密封油。同樣密封油溫度的升高，將導致密封瓦間隙增大，這同樣需要增大密封油流量才能維持一定的密封油壓力。發電機制造廠一般規定氫冷發電機空、氫側密封油溫度正常值在27-50℃之間。對于300MW汽輪發電機集裝式密封油系統，其空、氫側密封油系統的冷油器的出口油溫油一個退水調節門控制，一般維持在42℃左右。油溫在42℃時的粘度比27℃時小，要維持一定的密封油壓，則需要較大的密封油流量。同樣，由于密封油溫的升高，密封瓦的內徑將增大，這樣要保證發電機內氫氣不外泄，同樣需要增大密封油流量來維持一定的壓力。因此密封油溫度過高將導致密封油流量增大，按照2.2條的分析，同樣會引起發電機內氫氣純度下降或發電機進油。
2.4排煙風機出力小
從300MW汽輪發電機密封油系統看，空側密封油泵油源取自氫油分離器，氫油分離器的排煙風紀主要作用是抽出空側油中的微量氫氣，以免氫氣隨潤滑油回到主油箱。增大氫油分離器排煙風機的出力，使氫油分離器形成大的負壓，使空側油中的空氣會同氫氣一起被抽出，這樣，將減少空側密封油中空氣含量，按照2.1條的分析（發電機氫氣污染主要是空側密封油攜帶的空氣等通過與氫側密封油交換進入氫側密封油，再通過氫側密封油與氫氣交換污染氫氣），將減少氫氣污染。
3 防止發電機進油、降低氫氣污染，減少補氫量的措施
3.1保證密封瓦與轉軸的適合的間隙
3.1.1保證檢修時密封瓦間隙符合要求
對于300MW汽輪機，要求密封瓦與轉軸直徑間隙為0.105-205mm，檢修時應嚴格按標準保證密封瓦間隙符合要求，并盡量靠近下限，這樣即能減少密封油流量，又能防止因密封瓦間隙過小而產生的密封瓦溫高、密封瓦磨損甚至發電機轉軸震動過大等缺陷。
3.1.2采用高精度密封油濾網
現300MW密封油系統的空氫側密封油均采用刮片式濾網，但實際上這種刮片式濾網只能起算作粗濾網，不能有效過濾掉密封油中的微小顆粒。正是由于密封油流中的微小顆粒與密封瓦及軸頸的相對流動產生的研磨，加劇了密封瓦與軸頸的磨損，導致了運行密封瓦間隙的增大。據悉國外已淘汰刮片式濾網，國內有電廠以過濾精度0.01mm或以下的纖維濾網替代刮片式濾網的運行實例。
3.2提高平衡閥的調節精度和運行可靠性
提高平衡閥的調節精度可有效減少空、氫側密封油的竄動量，防止氫氣污染。可從以下2方面進行：
3.2.1防止平衡閥卡澀，調節失靈
3.2.1.1檢修后密封油系統運行初期，可采取用平衡閥旁路閥手動調節，防止檢修后因系統不清潔造成的平衡閥部件卡澀。
3.2.1.2采用新型平衡閥
據悉國內某單位研制成功了閥芯連續旋轉的平衡閥，這種平衡閥采用密封油做為動力油推動閥芯以一定速度旋轉，可防止密封油中雜質造成閥芯卡澀。
3.2.2檢修后進行平衡閥調節試驗，保證空、氫側密封油壓力平衡
平衡閥的目的是控制密封瓦內空、氫側密封油環內的空、氫密封油不交換，基于這個原理，可關閉密封油箱補、排油門，觀察并根據密封油箱油位變化對平衡閥進行調整，最終使密封油箱油位基本穩定，達到減少空、氫側密封油在密封瓦內交換的目的。通過試驗可找出規律，在機組正常運行中，根據密封油箱是在補油或排油，微調平衡閥，同樣可減少空、氫側密封油在密封瓦內交換。
3.3控制密封油的溫度
可進行密封油溫在標準要求范圍內上下限之間變動的試驗，在發電機轉軸振動不增大的情況下，盡量保持密封油溫在標準的低限運行，從而達到減少密封油流量減少發電機進油和降低氫氣污染的目的。
3.4提高排煙風機的風壓
提高氫油分離器排煙風機的風壓可提高氫油分離器的負壓、減少空側密封油中的含空氣量和含水量，從而減少因空、氫側密封油交換對氫氣的污染。
4 結論
總上所述，針對發電機存在的氫氣污染、發電機進油缺陷，根據雙流環密封油系統的特點，采取相應的防范對策，可有效減少發電機氫氣污染和進油缺陷，提高發電機運行的安全可靠性。
1 雙流環密封油系統簡介
汽輪發電機密封油系統由空側和氫側兩個各自獨立又互有聯系的的油路組成，空側和氫側密封油同時向發電機兩端的雙流環式密封瓦供油。來自汽輪發電機組軸承的回油，經空側密封油泵升壓后，通過空側密封油冷油器、濾網到發電機汽、勵端雙流環式密封瓦的空氣側油環，空側密封油壓力的控制依靠壓差閥的泄油來控制，當發電機內氫氣壓力變化或空側密封油壓力波動時，壓差閥將調整空側密封油泄油量以維持空側密封油壓力大于發電機內氫氣壓力0.085Mpa。空側密封油的回油排至發電機支持軸承的回油系統。氫側密封油經氫側密封油泵升壓后，通過氫側密封油冷油器、濾網，再分成兩路分別通過發電機汽、勵端平衡閥到發電機汽、勵密封瓦的氫側油環中，汽、勵平衡閥的作用是跟蹤汽、勵端密封瓦內空側油環內壓力，調整汽、勵密封瓦內氫側油環內壓力與空側油環壓力差不大于±50mm水柱,氫側密封油回油到密封油箱，密封油箱油位通過空側密封油泵出口補油或向空側密封油泵入口排油來控制。
2 雙流密封油結構汽輪發電機補氫量大及進油的原因分析
2.1實際運行中很難控制空側密封油和氫側密封油壓力的平衡
按照雙流密封油結構密封瓦設計原理來講，只有維持密封瓦內空側密封油與氫側密封油壓力基本相等，減少空、氫側密封油的交換，才能防止空側油系統中夾帶的空氣等進入氫側密封油系統。但實際運行中由于設備結構等方面很難控制空側密封油和氫側密封油壓力的平衡。
當空側密封油壓力大于氫側密封油壓力時，空側密封油在密封瓦內向氫側竄油，空側密封油夾帶的空氣等進入氫側密封油。當氫側密封油壓力大于空側密封油壓力時，氫側密封油在密封瓦內向空側竄油，這樣將引起氫側密封油箱油位降低，氫側密封油箱浮球閥將打開，空側密封油泵出口的壓力油通過浮球閥補入氫側密封油箱。因此，無論空側密封油壓力大于氫側密封油壓力，還是氫側密封油壓力大于空側密封油壓力，都將使從軸承回油來的空側密封油夾帶的油煙、水氣等通過與氫側密封油交換而進入氫側密封油系統，再通過密封油內油檔被發電機吸入發電機內，造成發電機內氫氣污染，氫氣純度下降，補氫量增大。
造成空側密封油和氫側密封油壓力不平衡主要有兩個原因，其一是氫側密封油系統的平衡閥調節精度差。目前平衡閥要求的精度為±50毫米水柱（±490Pa），在運行中，由于平衡閥活塞和油缸之間間隙較小，稍有雜質可能造成活塞的運動阻力增大，甚至卡死，致使平衡閥調節精度變差，不能有效維持空、氫側密封油壓力的平衡，進而造成氫氣污染、增大補氫量增大。
造成空側密封油和氫側密封油壓力不平衡的第二個主要原因是空、氫側密封油壓力的測量誤差。機組運行中只有維持密封瓦與轉軸之間的油壓平衡，才能減少空、氫側密封油的互相竄動，但由于設備結構的原因，目前只能測量密封瓦上的空、氫側密封油進油處的壓力作為平衡閥的調節信號，因此必然造成測量誤差，平衡閥不能有效維持空、氫側密封油壓力的平衡，從而引起發電機補氫量增大。
2.2密封瓦與發電機轉子間隙增大
從密封瓦與轉軸間沿轉軸的軸向流向空側和氫側的油流稱為軸向流動，當空、氫側密封油壓差保持一定時，空、氫側密封油的交換量與密封瓦的間隙的成正比。對于300MW汽輪機，密封瓦直徑間隙為0.15-28mm，當運行中密封瓦間隙從0.15mm增大到0.28mm時，密封油流量將大大增加，而由于空、氫側密封油之間不可避免的存在壓差，密封油流量的增加將導致空、氫側密封油的交換量成倍增加，空側密封油中攜帶的空氣、水分等通過交換進入氫側密封油中，再通過氫側密封油與氫氣的接觸進入到發電機氫氣中污染氫氣，降低氫氣純度。密封油量的增大將會造成靜壓回油管路不暢，發電機氫側回油腔室（消泡箱）油位升高到超過軸頸最低位置時，將造成發電機進油。
2.3發電機密封油溫度高
密封油的粘度隨油溫的升高而降低，在同樣的流通面積內，要維持一定的密封油壓力，當密封油溫度高時，就需要較大流量的密封油。同樣密封油溫度的升高，將導致密封瓦間隙增大，這同樣需要增大密封油流量才能維持一定的密封油壓力。發電機制造廠一般規定氫冷發電機空、氫側密封油溫度正常值在27-50℃之間。對于300MW汽輪發電機集裝式密封油系統，其空、氫側密封油系統的冷油器的出口油溫油一個退水調節門控制，一般維持在42℃左右。油溫在42℃時的粘度比27℃時小，要維持一定的密封油壓，則需要較大的密封油流量。同樣，由于密封油溫的升高，密封瓦的內徑將增大，這樣要保證發電機內氫氣不外泄，同樣需要增大密封油流量來維持一定的壓力。因此密封油溫度過高將導致密封油流量增大，按照2.2條的分析，同樣會引起發電機內氫氣純度下降或發電機進油。
2.4排煙風機出力小
從300MW汽輪發電機密封油系統看，空側密封油泵油源取自氫油分離器，氫油分離器的排煙風紀主要作用是抽出空側油中的微量氫氣，以免氫氣隨潤滑油回到主油箱。增大氫油分離器排煙風機的出力，使氫油分離器形成大的負壓，使空側油中的空氣會同氫氣一起被抽出，這樣，將減少空側密封油中空氣含量，按照2.1條的分析（發電機氫氣污染主要是空側密封油攜帶的空氣等通過與氫側密封油交換進入氫側密封油，再通過氫側密封油與氫氣交換污染氫氣），將減少氫氣污染。
3 防止發電機進油、降低氫氣污染，減少補氫量的措施
3.1保證密封瓦與轉軸的適合的間隙
3.1.1保證檢修時密封瓦間隙符合要求
對于300MW汽輪機，要求密封瓦與轉軸直徑間隙為0.105-205mm，檢修時應嚴格按標準保證密封瓦間隙符合要求，并盡量靠近下限，這樣即能減少密封油流量，又能防止因密封瓦間隙過小而產生的密封瓦溫高、密封瓦磨損甚至發電機轉軸震動過大等缺陷。
3.1.2采用高精度密封油濾網
現300MW密封油系統的空氫側密封油均采用刮片式濾網，但實際上這種刮片式濾網只能起算作粗濾網，不能有效過濾掉密封油中的微小顆粒。正是由于密封油流中的微小顆粒與密封瓦及軸頸的相對流動產生的研磨，加劇了密封瓦與軸頸的磨損，導致了運行密封瓦間隙的增大。據悉國外已淘汰刮片式濾網，國內有電廠以過濾精度0.01mm或以下的纖維濾網替代刮片式濾網的運行實例。
3.2提高平衡閥的調節精度和運行可靠性
提高平衡閥的調節精度可有效減少空、氫側密封油的竄動量，防止氫氣污染。可從以下2方面進行：
3.2.1防止平衡閥卡澀，調節失靈
3.2.1.1檢修后密封油系統運行初期，可采取用平衡閥旁路閥手動調節，防止檢修后因系統不清潔造成的平衡閥部件卡澀。
3.2.1.2采用新型平衡閥
據悉國內某單位研制成功了閥芯連續旋轉的平衡閥，這種平衡閥采用密封油做為動力油推動閥芯以一定速度旋轉，可防止密封油中雜質造成閥芯卡澀。
3.2.2檢修后進行平衡閥調節試驗，保證空、氫側密封油壓力平衡
平衡閥的目的是控制密封瓦內空、氫側密封油環內的空、氫密封油不交換，基于這個原理，可關閉密封油箱補、排油門，觀察并根據密封油箱油位變化對平衡閥進行調整，最終使密封油箱油位基本穩定，達到減少空、氫側密封油在密封瓦內交換的目的。通過試驗可找出規律，在機組正常運行中，根據密封油箱是在補油或排油，微調平衡閥，同樣可減少空、氫側密封油在密封瓦內交換。
3.3控制密封油的溫度
可進行密封油溫在標準要求范圍內上下限之間變動的試驗，在發電機轉軸振動不增大的情況下，盡量保持密封油溫在標準的低限運行，從而達到減少密封油流量減少發電機進油和降低氫氣污染的目的。
3.4提高排煙風機的風壓
提高氫油分離器排煙風機的風壓可提高氫油分離器的負壓、減少空側密封油中的含空氣量和含水量，從而減少因空、氫側密封油交換對氫氣的污染。
4 結論
總上所述，針對發電機存在的氫氣污染、發電機進油缺陷，根據雙流環密封油系統的特點，采取相應的防范對策，可有效減少發電機氫氣污染和進油缺陷，提高發電機運行的安全可靠性。