发电机双流环式密封油系统分析

发电机双流环式密封油系统分析作者：许明来源：《科学与信息化》2017年第19期摘要介绍了我公司的300MW汽轮发电机双流环密封油系统的特点，分析了发电机在运行过程中可能会出现的一些问题，例如发电机进油、漏氢量增大、氢气纯度下降等，并对此类问题进行了相关分析并提出了具体的防范措施。

关键词发电机；双流环密封油；氢气；漏氢前言北京京桥热电有限责任公司汽轮发电机是上海汽轮发电机有限公司生产的QFSN-300-2型发电机，采用水氢冷却方式，即定子绕组为水冷却，转子绕组为氢气内部冷却，铁芯为氢气冷却，其氢气的密封采用双流环式氢油密封系统。

密封油系统是为了防止发电机内氢气漏出以及外界空气进入发电机，以保证发电机内不形成易爆的氢气、空气混合物，保障氢冷发电机的安全经济运行。

1 设备原理及作用我厂QFSN-300-2 型发电机密封油系统采用双流环式密封瓦结构，并采用集装式密封油系统与发电机的双流环式密封瓦装置相对应。

发电机密封瓦内有两个环形供油槽，从供油槽出来的油分成两路沿着轴向通过密封瓦内环和轴之间的径向间隙流出，运行中保证空侧密封油压始终高于机内气体压力84KPa左右，并确保密封环内氢侧与空侧的油压维持相等，其压差限定在±490Pa的范围之内。

密封瓦内的两个供油槽，形成独立的氢侧和空侧的密封油系统，防止发电机内压力气体沿转轴逸出。

密封油系统的氢侧供油将沿着轴朝发电机一侧流动，而密封油系统的空侧供油将沿着轴朝外轴承一侧流动。

由于这两个系统之间的压力平衡，油流在这两条供油槽之间的空间内将保持相对静止。

空侧和氢侧两路密封油分别循环通过发电机密封瓦的空、氢侧环形油室，形成对机内氢气的密封作用，而且密封油对于密封瓦还具有润滑作用和冷却作用。

密封油通过发电机消泡箱和氢侧回油控制箱释放掉溶于密封油中的饱和氢气，还能通过排油烟风机排除轴承润滑油和空侧密封油混合回油中可能存在的氢气[1]。

2 常见故障的分析和处理2.1 发电机进油发电机进油主要有两种情况。

第一种情况是少量密封油进入发电机，这种情况可能是由于密封瓦与支座在安装后就存在缺陷，目前从我厂汽机发电机运行情况来看，从氢气漏液检测仪处定期排污，并没有发现汽机发电机中存在少量积油的情况，从而未对设备的正常运行造成影响。

发电机进油的另一种情况若发生则后果比较严重，一旦消泡箱液位高，未能及时处理，密封油就会通过消泡箱，从迷宫挡油板和转轴之间的间隙进入发电机内。

我厂发电机双流环式氢油密封系统正常运行时，氢侧密封油箱中的密封油通过氢侧密封油泵升压，通过油冷却器、油过滤器、平衡阀后提供给密封环的氢侧，而氢侧油箱作为氢侧油路的油源，在运行中必须维持一定的油位，我厂一般维持在±50mm之间，氢侧油箱可以自动调节液位，当油位高时，排油浮子会将排油阀打开，将油排往空侧油泵的入口。

排油阀打开时排油的动力是靠发电机内氢气力与空侧油泵入口的压差。

当油位低时，补油浮子会将补油阀打开。

补油的动力是靠空侧密封油泵出口压力。

（1）若氢压过低（经验值为小于0.1MPa），氢侧油箱的油就不会顺畅排出，逐渐积累后，氢侧油箱油位就会升高，最终通过消泡箱进入发电机。

这种现象大多发生在氢气消压置换或机组停运期间，尤其在检修时发电机内气体消压后，气体压力较低较易发生，所以只要密封油系统在运行，发电机内的气体压力最好能维持0.15MPa 以上，因为差压阀和平衡阀在高于该压力时跟踪情况才能正常，从而保证密封油系统的安全运行。

（2）如果氢侧密封油箱内浮球失去自动调节作用，那么可通过浮球阀上下二个顶针强制实现对补、排油阀的强制开和关。

但是氢侧控制油箱的补油阀顶针被强行打开或排油阀顶针强行关闭，以及正常运行时补、排油浮球阀失灵等，都容易造成发电机进油。

所以氢侧密封油箱上的所有4只针阀正常情况下均应完全打开退足。

一旦消泡箱液位计报警，就应立即核查消泡箱的油位，防止油位升得太高，油进入发电机。

在紧急情况下可手动开启强制排油阀或关闭强制补油阀。

（3）氢侧回油进入到氢侧密封油箱后分离出其中溶解的部分氢气，从氢侧密封油分离的氢气通过氢侧回油管以及油箱上部的回氢管回到发电机，所以油箱上部安装的回氢管要求有较高的坡度和防止死弯的产生，避免回氢管中因存油形成气封，从而造成氢气回发电机管路不畅，导致发电机进油。

但是在我厂发电机的实际运行中，发电机回氢管的布置避免弯管太多而且增加了坡度，回氢较畅通。

为了避免回氢不畅时，密封油箱里氢气压力会因氢侧密封油回油分离出来的氢气不能及时排出而造成升高，并且密封油箱里氢气压力升高就再次增加氢侧密封油回油的不畅，从而导致氢侧密封油进入发电机内部。

所以应在机组检修时对我厂氢侧密封油箱的回氢管路进行检查，避免回气管路中存在死弯而造成回氢不畅，如果存在应加以改造，如增加有坡度的回氢管路等。

（4）密封油系统检修后投入运行前，应先确保消泡箱和氢侧回油控制箱内无杂物，防止杂物堵塞油路，并且要确保油质达标，滤油机、油过滤器正常投入，防止细小硬质颗粒卡死压差阀和平衡阀，导致调节失灵，造成空侧向氢侧窜油量增大，氢侧回油猛增，造成氢侧密封油箱液位不断升高，从而使消泡箱液位升高，造成发电机进油，运行期间应严格执行密封油滤网清理工作、发电机润滑油滤油机的启动工作并定期进行油质化验以保证密封油的油质。

2.2 发电机氢气纯度下降、湿度上升理论上讲，我厂发电机氢气额定压力为0.3MPa，所以正常运行时空气不可能从外部进入发电机。

在密封油系统中，空气进入发电机的唯一途径是氢侧密封油携带的空气释放到发电机氢气中。

双流环发电机组的密封油系统设计两路密封油相互独立运行。

空侧密封油来自发电机轴承润滑油，其回油与发电机轴承润滑油混合后回到主油箱；氢侧密封油箱的补油来自空侧，排油是去空侧密封油油系统。

当空侧油进入氢侧时，进入氢侧的油中的含气量逐步增加，当氢侧油自密封瓦中流出时，其中的气体会从高速旋转着的轴颈表面释放出来，进入发电机的氢气系统，从而使发电机氢气纯度下降，这就是造成发电机氢气纯度下降的主要原因。

运行中不允许空、氢侧两路油相互交混，以防止空侧油对氢侧油质的污染。

但实际运行工况下，还有几种情况将影响到发电机氢侧密封油中携带的空气量[2]。

（1）空、氢侧油流相互窜油空、氢侧油流相互窜油是发电机氢气纯度下降、湿度上升的主要原因。

当氢侧油压大于空侧油压，氢侧密封油向空侧密封油窜油，氢侧密封油箱油位会逐渐降低，自动补油阀由空侧密封油向氢侧密封油补油，补油管温度会比平时较高。

若上述现象是持续的，那么补油也将是持续的。

由于空侧密封油箱中含有较多的空气和水分，一旦空侧补油持续的进入氢侧油箱，并且将空气带入发电机内，发电机氢气纯度也会逐渐下降。

当含有空气的油通过密封瓦与氢气接触时，根据气体分压定律，油中分离出来的气或汽会进入到发电机内，造成氢气纯度下降、湿度上升。

当空侧油压大于氢侧油压，空侧密封油向氢侧密封油窜油，氢侧密封油箱油位会逐渐升高，自动排油阀开启向空侧密封油排油，排油管温度会逐渐升高。

在密封瓦中空侧密封油所携带的空气会直接混合到氢侧密封油中并释放，直接影响氢气纯度的下降。

因此可以定期在氢侧密封油系统补油管道或排油管道上加装超声波流量计进行油流监视，以判断氢侧密封油箱补、排油情况以分析纯度下降原因。

实际运行中也会由于平衡阀、差压阀设计原因，油中杂质造成平衡阀、差压阀动作不灵活或卡涩，造成油氢差压较大导致部分氢侧密封油进入发电机内，或由于氢气压力变化剧烈造成平衡阀、差压阀调节跟踪不到位等原因，使得空、氢侧相互窜油。

所以在运行期间应保证空侧密封油排油烟风机正常运行，每月切换一次排油烟风机，同时检查排油烟风机的真空度。

并严格执行空、氢侧密封油滤网清理工作以及发电机润滑油滤油机的启动工作，并定期进行油质化验以保证密封油的油质。

（2）氢侧密封油泵停运氢侧密封油泵因故停运后，空侧密封油同时向空侧以及氢侧流动，此时相当于单流式密封油油封，仍可阻止氢气向机外逸出。

这时只有空侧密封油单侧运行，氢气与空侧密封油相接触，所以油中溶解的氢气可以通过空侧油路的排烟风机排出发电机外，而溶于空侧油中的空气或水汽也将通过氢侧密封油油路进入发电机机，造成机内氢气纯度降低、湿度增加。

因此为保证氢气纯度，就必须大量排换氢气，需补充的氢气也相应增多。

所以该方式不能长期运行，应尽快恢复氢侧密封油供油。

此情况下氢气纯度应保证维持在90%以上运行。

（3）密封瓦经过长时间的运行后，会产生不均匀的变形，这种不均匀的变形加剧空氢侧的窜油，导致氢气纯度恶化。

发电机轴与密封瓦之间间隙对窜油量影响公式：Q=πd△p/c³/（12ul）。

Q-密封油窜油量，△p-空氢侧密封油差压，d-转子轴径，c-中间环和轴间间隙，u-油的动力黏度，l-中间环的长度。

发电机组密封瓦处轴颈经过长期多年的运行，表面会产生一定的不均匀的磨损，会加剧局部的间隙超标，进而导致空氢侧相互窜油。

因此密封瓦在检修安装时，需严格按照检修工艺，确保检修质量，更换超标的密封瓦，将密封瓦的间隙加工至标准范围内。

双流环密封瓦为铜质乌金结构，质量较重，运行中密封瓦的浮动性能较差，如果检修工艺不到位，颗粒渣物进入系统，局部间隙过小，都会导致密封瓦运行中卡涩，这将导致机组振动加大，密封瓦与转轴的局部间隙超标，将会导致空氢侧窜油量加大。

（4）发电机密封油温度也对氢气的纯度产生一定的影响。

一是密封瓦与轴之间的间隙随着密封油温度的改变而改变，从而改变了空氢侧的窜油量；二是密封油温度直接决定了密封油中携带气体的多少，油温越低所溶的气体量会越多，并且释放出的气体越少。

并且油温的降低使油动力黏度升高，油的流动性变差，当空、氢侧压差变大时，就会减少两者的窜油量。

所以为了保证发电机内部的氢气的压力和纯度，冷油器出口油温应该控制在一定的范围内，根据说明书要求密封瓦进油温度控制在40～49℃，密封瓦回油温度不大于71℃。

2.3 发电机漏氢量大除发电机本体及其相连接的管道及辅助设备发生氢气泄露外，氢气主要是通过密封油系统漏出去的。

我们可以通过检查空侧回油箱的排烟机排气口的气体含量来判断泄露程度。

其中，最主要的原因就是密封瓦间隙大所导致的。

这可能是由于安装的原因、也可能是由于发电机长期运行，密封环磨损所造成的，密封瓦间隙大也是空、氢侧窜油的一个根本原因。

因此发电机密封环在安装时就应按照标准调整径向和轴向间隙。

同时在机组正常运行中首先要保障润滑油油质，防止密封瓦或轴颈磨损，造成密封油瓦间隙增大、超标，从而使密封油量增大导致氢气漏量加大。

定期进行滤油机的启动工作，而且要定期化验油质。

并要严格执行制造厂的说明书要求每班应对刮片式滤油器进行旋转清理并排污，达到清洁的目的。

并通过过滤器压差指示判断过滤器的使用情况，当压差逐渐变大且转动滤芯手柄也不能降低时，要做好清理过滤器的准备[3]。