密封油

300MW汽轮发电机组密封油系统摘要：着重分析了300MW汽轮发电机组密封瓦的结构及运行中造成漏油、窜油的主要原因，强调了密封油系统漏油、窜油的危害性，并提出解决问题的关键及相应的改进措施。

应用氢气作为冷却介质为提高大型发电机的容量、效率开辟了广阔的前最。

但是氢冷技术的应用首先提出了一个轴端密封的关键问题。

所谓轴端密封就是在氢冷发电机转轴的两端伸出处与静止的端盖之间所采用的“油密封”结构，它不断地把压力油注入密封瓦与转轴之间的间隙，在静止部分与转动部分之间隙中形成一层稳定的油膜，使空气与氢气隔离开来。

为了达到密封作用，油压应高于氢压，同时油流也起到冷却与润滑密封瓦的作用。

1.油密封结构简介QFSN-300-2型汽轮发电机由哈尔滨电机厂制造，油密封采用了“双流环式密封瓦”装置，安置于发电机两端盖内侧，通过轴颈与密封瓦之间的油膜阻止氢气外逸。

双流即在环行密封瓦的内径乌金面上有两道轴向排列环形油槽，分别为空侧和氢侧密封油槽，槽内充满密封油。

它们是各自立的油路，平衡阀使两路油压维持均衡，严格控制了两路油的互相串流。

油密封的结构如图1所示。

密封瓦环绕于轴颈，可以在轴颈上随意径向浮动，但为防止其随轴转动，在密封瓦上装有圆键，使其定位于密封座内。

空、氢侧密封油分别通过压力油管供应到空侧油腔及氢侧油腔，空侧油腔中的空侧密封油从垂直油道进入密封瓦的空侧油槽，形成空侧油膜，然后从左侧出油；氢侧油腔中的氢侧密封油从斜向油道进入密封瓦的氢侧油糟，形成氢侧油膜，然后从右侧出油。

由于空、氢侧油槽中的油压相等，油流在两个油槽之间的空间保持相对静止，在密封瓦中间区段处就没有油的交换，避免了由于油的吸附作用造成氢气泄漏、纯度降低。

图1 双流环式油密封示意图1.轴瓦；2.密封瓦；3.密封瓦浮动油；4.空侧进油；5.氢侧进油；6.密封座；7.迷宫环；8.氢侧回油；9.氢侧油腔；10.空侧油腔；11.空侧回油；12.润滑油回油密封座的机内一侧装有迷宫式挡油环，梳齿间的集油腔内引入发电机风扇的高压气体，运用气封作用防止风扇将密封油抽入机内。

图2 QFSN-300-2型发电机密封油系统2.密封油供油系统QFSN-300-2型汽轮发电机密封油供油系统为集装式，由氢侧和空侧2个各自独立又互有联系的油路组成，它们同时向双流环式密封瓦供油。

供油系统如图2所示。

(1)空侧密封油回路本油路由汽机润滑油系统回油提供工作油源，正常工作中，空侧交流油泵运行，压力油由差压阀调节后，经冷油器、滤网，分成汽、励两路进入发电机两端的密封瓦。

其回油因含有少量氢气，汇同发电机轴承润滑油回油(其中亦可能含有少量氢气)，先回到设在回油管路上的氢油分离器，经氢油分离器扩容将氢、油分离后，一部分油进入空侧密封油泵入口，形成一个闭式循环系统，另一部分回到汽轮机主油箱；被分离出来的氢气由氢油分离器排烟风机排到厂房外。

另外，系统还设有空侧直流密封油泵、汽轮机主油泵或高压备用密封油泵供给的高压备用密封油、汽轮机润滑油泵供给的低压备用密封油共3路备用油源，大大提高了空侧密封油供油的可靠性。

(2)氢侧密封油回路本油路由密封油箱提供工作用油，由氢侧交流密封油泵升压，经冷油器、油滤网分成汽、励2路进入各自的平衡阀，调节后进入密封瓦，回油进入轴承座下的消泡箱，溢出油中溶入的部分氢气后再回到密封油箱，构成一个闭式循环回路；氢侧回油中溶有的少量氢气在密封油箱内进一步分离后，再沿回氢管回到机内。

氢侧直流油泵作为交流油泵的备用，保证供油可靠。

密封油箱内设有补、排油浮球阀(图3)，它根据油位自动进行补、排油，维持密封油箱油位的稳定。

补油来自空侧密封油出口母管，排油排至空侧油泵进油母管。

另外，补、排图3 密封油箱1.排油强关阀；2.补油强关阀；3.补油强开阀；4.补油阀；5.补油浮子；6.排油阀；7.排油强开阀油强开、强关阀是在补、排油浮球阀故障时用来强开、强关补、排油浮球阀的，正常运行中这4个阀门应在退出位置(早期出厂的密封油箱可能没有安装补、排油强关阀)。

(3)密封油压的控制与调节空侧密封油压力由压差阀自动跟踪机内氢气压力调节，始终维持空侧密封油压高于氢压(85±1)KPa，氢侧密封油压力由平衡阀自动跟踪空侧密封油压力调节，维持空、氢侧油压相等，其差值不大于0.5kPa。

①差压阀的结构和工作原理。

如图4所示，差压阀的波纹管外部引入机内氢压信号P1，内部引入被调节并输出的空侧密封油(压力为P)，调节弹簧压力为P2 (可通过调节手柄调节)，则P= P1+ P2。

当机内氢气压力P1上升时，(P1+ P2 )增大，波纹管被压缩，带动阀杆向下移动，阀门开度减小，使空侧油再循环量减小，空侧油压P增加，直至P= P1+ P2达到新的平衡。

反之亦然。

图4 差压阀1.阀体；2.阀杆；3.空侧信号油；4.波纹管；5.氢气信号；6.滑杆；7.调节手柄；8.弹簧②平衡阀的结构和工作原理。

如图5所示，平衡阀为立式倒装，空侧油流进入到平衡阀活塞的下部空间，而氢侧油流进入到平衡阀活塞的上部空间，当氢侧油压高于空侧油压时，活塞下移，带动小活塞向下移动，使小活塞套筒上的导油孔逐渐关小，从而降低了氢侧油压；反之，导油孔逐渐开大，提高了氢侧油压。

弹簧是用来补偿活塞重力的．平衡阀就是利用空、氢两侧油压差推动活塞，并带动小活塞改变导油孔的开闭程度，以达到调整氢侧油压、使其接近空侧油压的目的。

图5 平衡阀1.空侧油；2．氢侧油；3.小活塞；4.小活塞套；5.底座；6.活塞座；7.活塞；8.弹簧；9.调节螺钉3.系统运行中存在的问题密封油系统一直是电厂运行关注的焦点，因为密封油牵扯的设备面广，事故的危害性大，密封油系统运行状况的好坏，不仅影响发电机的性能和寿命，而且也是避免发电机跑氢、着火等大型事故发生的关键。

(1)密封油泄漏和窜油的危害①发电机进油后，含水的油滴容易在发电机端部线棒绝缘和端部绑扎结构表面构成击穿放电通道，也会致使氢气介电性能恶化，造成绝缘下降，严重威胁发电机的安全。

②密封油的泄漏和空、氢侧的窜油，将润滑油中的水份析出到氢气中，增大了机内氢气的湿度，这正是大型汽轮发电机氢气湿度高的重要原因之一，也是发电机护环存在着氢致裂纹的主要原因。

氢湿度的增高，也使电机的通风损耗加大，运行效率降低。

③空、氢侧密封油的窜油特使润滑油中溶解的空气通过油交换进入发电机氢气系统中，导致氢气纯度降低，氢气补排频率高，影响了机组的安全经济运行。

(2)密封油泄漏和窜油的主要原因①国产300MW发电机几乎都采用压入式通风方式，即冷风是被风扇压入发电机内部风路的，这种通风方式必然在发电机内(密封瓦以内)风扇前形成负压区，虽然发电机端盖上的油封结构设有甩油槽、油档和回油腔，但毕竟负压区的形成为油、油烟、水汽漏入发电机提供了动力。

②流经密封瓦后的氢侧回油中含有油烟和水汽，这些烟、汽在压力油中被压缩成气泡，以泡沫的形式混杂在液体中，在回油腔(消泡箱)突然扩容、降压，释放出油中的气泡，然而由于回油腔容积不足等原因，造成压力油不能充分降压，油中泡沫不能充分释放，在回油管路形成气塞，使油不能通畅地进行循环，这也是密封油向发电机溢油的原因之一。

③在发电机排氢置换过程中，当风压低干l00kPa后，密封油箱内的风压与空侧密封油入口管内密封油的静压压差减小，使密封油箱内多余的油不能顺利地通过自动排油阀排出，密封油箱油位不断上涨，最终可导致密封油箱、消泡箱满油，发电机进油。

④外部供油及其调控系统存在的问题是引发泄漏和窜油的重要原因。

国产大型汽轮发电机密封油系统大多采用双流环式供油回路，目前，双流环式供油回路油的调控系统存在以下问题。

a.氢侧平衡阀的灵敏度是控制密封瓦窜油量的关键部件。

当平衡阀运行灵敏度不高或卡涩，则空、氢侧油压失去平衡，发生相互窜油，直接影响着密封油箱的补排油次数和氢侧回油量的大小。

b.空侧油压和油量的调节由差压阀执行。

由于差压阀在长期运行中容易产生卡涩失灵，跟踪性能差，在机组启停、补排氢过程中，氢油差压往往不能很好地维持在正常的范围之内，甚至造成氢侧回油猛增，向机内大量溢油。

c.氢侧密封油箱补、排油控制方面存在的问题使密封油系统稳定性变差，油压波动大。

补油浮球阀动作不平缓，使得油门瞬时开启时，导致空侧油压瞬时突降。

空侧油压又作为信号，使差压阀开度减小，造成空侧油压油量剧增。

由于氢侧油压的变化要滞后于空侧油压，导致密封瓦空、氢两侧的油压实际是不平衡的，使得两侧互相窜油，这种由于补、排油浮球阀动作不平缓引发密封油系统的震荡不稳，往往不能自动衰减变平稳，当这种震荡不稳长期存在时就使发电机进油成为必然了。

(3)防止密封油泄油窜油的办法和解决途径①提高现有密封油系统平衡阀和差压阀的灵密度与跟踪性能是解决的根本办法。

影响两阀的灵密度的因素很多，而密封油的油质问题是造成阀卡涩的常见原因，所以改善密封油油质是一种途径。

②扩大氢侧回油箱的容积，使回油能充分降压，彻底析出油中的气泡，合理布置回油管路，注意坡度和转角处，尽量避免有起伏和死角，消除回路中的气堵现象，为回油的畅通创造条件。

③在发电机排氢置换过程中，加强对密封油油位的监视，当风压低于lOOkPa，密封油油位上涨后，可通过开启氢侧油泵出口母管至空侧油入口管的高压排油门向空侧排油来维持密封油油位。

④改造密封油系统中不合理的结构配置(如氢侧补油管径等)，防止造成油压的瞬间剧烈波动，同时又要满足调节需要，寻找二者的最佳点，也是完善调节系统的重要一环。

⑤提高检修质量，保证差压阀、平衡阀、补排油浮子阀动作灵活、可靠、平稳。

⑥加强运行的监控监视工作，必要时进行手动干预，使调节朝着正常稳定的方向发展。

4.实际案例分析妈湾电厂4号机密封油系统运行以来，曾出现过密封油箱油位不稳、发电机大量进油、密封瓦磨损等严重事故。

事后分析导致此次事件的主要原因有：密封油油质差，携带的杂质过多，进入密封瓦后，堵塞油路，造成瞬间断油和堵油，密封瓦和转子接触磨损。

磨损了的瓦和轴破坏了原有的轴瓦间隙，使密封瓦和转子的径向间隙加大，造成氢侧密封油向发电机大量进油；同时，伴随着氢侧密封油位的下降，补油浮子动作开启，向油箱补油，而空侧油压骤然剧降，密封瓦里氢侧油由于压力大而向空侧窜油；当平衡阀动作调整，油箱油位恢复时，补油浮子关闭补油门，空侧油压瞬间增高，密封瓦里空侧向氢侧窜油，随之，氢侧油箱油位升高，排油浮子开启排油，恢复油位，直至下降。

如此周而复始，密封油系统始终处于剧烈波动状态(油压、油位、差压)，给运行带来巨大困难。

并且4号机密封油箱容积太小，氢侧密封油还存在着断油和满油的威胁。

根据以上分析，在密封油以后的整改中，有以下建议。

①增加密封油滤网的清洗频率及大机润滑油的滤油次数，保证密封油的油质。

②合理改造补排油的管径，使之与主油路的管径配置协调，防止油压油量的大幅波动。