密封油系统原理

1流程及运行方式

本系统采用单流环式,密封油系统专用于向发电机密封瓦供油,且使油压高于发电机内氢压(气压) 一定数量值。以防止发电机内氢气沿转轴与密封瓦的间隙向外泄露,同时也防止油压过高而导致发电机内大量进油。

密封油系统中主要包括:正常运行回路、事故运行回路、紧急密封油回路(即第三密封油源)、真空装置、压力调节装置及开关表盘等。这些回路和装置可以完成密封油系统的自动调节、信号输出和报警功能。

1.1正常运行回路:

轴承润滑油管路→真空油箱→主密封油泵(或备用密封油泵)→压差阀→滤油器→发电机密封瓦→机内侧(以下称氢侧)→扩大槽→浮子油箱→→→→→ →空侧排油(与发电机轴承润滑油排油混合,下同 →

→空气抽出槽→轴承润滑油排油→汽机主油箱

1.2事故运行回路:

轴承润滑油管路→事故密封油泵(直流泵)→压差阀→滤油器→发电机密封瓦→氢侧排油→扩大槽→浮子油箱→→→空气抽出槽→轴承润滑油排油→ →空侧排油

→汽机主油箱

此运行方式下,由于密封油得不到净化处理,须对氢气纯度加强监视,定时排补氢,尽快回到正常方式。

1.3 轴承润滑油→压差阀→滤油器→发电机密封瓦→氢侧排油→扩大槽→浮→空侧排油→→

子油箱→→→空气抽出槽→轴承润滑油排油→汽机主油箱

此运行回路的作用是在主密封油泵和直流油泵都失去作用的情况下,轴承润滑油直接作为密封油源密封发电机内氢气。此时发电机内的氢气压力必须降到

0.05MPA ~0.02MPA ,机组负荷亦应相应下调。此运行方式亦适用于机组油系统启动过程中充氢气前。

1.4补充运行方式 真空油箱→主密封油泵(或备用密封油泵)→压差阀→滤油器→发电机密封瓦→氢侧排油→扩大槽→浮子油箱→→真空油箱

→空侧排油

机组启动准备阶段当发电机内充有氢气,而润滑油系统须应急停运时,可采用,但须保证密封油真空箱高真空,以利于循环畅通。根据现有资料分析,应可使系

统连续运行,同时须监视密封油真空油箱油位,若油位持续下降,仍排氢将密封油系统停运。

2重要设备介绍

2.1 氢侧回油箱

发电机氢气侧(以密封瓦为界) 汽端(简称T) 、励端(简称G) 各有一根排油管与 氢侧回油箱相连,来自密封环的排油在此槽内扩容,以使含有氢气的回油能分离出氢气(H2)。

氢 侧回油箱里面有一个横向隔板,把油槽分成两个隔间,之间可通过外侧的U 形管连接,目的是防止因发电机两端之间的风机压差而导致气体在密封油排泄管中进行循 环。 氢侧回油箱内部有一管路和油水探测报警器(LSH一202) 相连接,当 氢侧回油箱内油位升高超过预定值时发出报警信号。

2.2浮子油箱

氢 侧回油经 氢侧回油箱后进入浮子油箱,该油箱的作用是使油中的氢气进一步分离。浮子油箱内部装有自动控制油位的浮球阀,属排油控制型,以使该油箱中的 油位保持在一定的范围之内。浮子油箱外部装有手动旁路阀及液位视察,以便必要时使浮子油箱旁路,手动控制浮子油箱油位。

2.3 空气析出箱

发电机空侧密封油和轴承润滑油混合后排至空气析出箱内,油中的气体分离后经过管路(GBV)排往厂外大气,润滑油经过管路流回汽机主油箱。

2.4密封油控制装置

密封油控制装置中的主要设备有两台主交流汕泵、一台事故油泵、真空装置、一只差压阀、二只滤油器、仪表箱和就地仪表及管路阀门等。

2.5真空装置:

真空装置主要是指真空油箱、真空泵和再循环泵、它们是单流环式密封油系统中的油净化设备。

2.5.1真空油箱

正 常工作(此处指交流油泵投入为正常工作)情况下,轴承润滑油不断地补充到真空油箱之中,润滑油中含有的空气的水分在真空油箱中被分离出来,通过真空泵和真 空管路被排至厂房外,从而使进入密封瓦中的油得以净化,防止空气和水分对发电机内的氢气造成污染。真空油箱的油位由箱内装配的浮球阀进行自动控制,属进油 控制型,浮球阀的浮球随油位高低而升降,从而调节浮球阀的开度,这样使得补油速度得以控制,真空油箱中的油位也随之受到控制。真空油箱的主要附件还有液位 信号器,当油位高或低时,液位信号器将发出报警信号。当油位变化时,液位信号器将输出模拟信号。

2.5.2 再循环泵工作,通过管路使真空油箱中的油形成一个局部循环回路,从而使油得到更好的净化。

2.6油泵

两台主油泵,一台工作,另一台备用。它们均由交流电动机带动,故又称交流油泵。一台事故油泵,当主油泵故障时,该泵投入运行。它由直流电动机带动,故又称直流油泵。它们均是磁力式离心油泵,

2.7 差压调节阀

该调节阀用于自动调整密封瓦进油压力,使该压力自动跟踪发电机内气体压力使油气压差稳定在所需的范围之内。

2.8 滤油器

二台滤油器设置在压差调节阀的进口管路上,用以滤除密封油中的固态杂质。该型式的滤油器为滤芯式滤油器。

2.9 仪表箱

密封油控制装置中每台油泵出口装有一块就地压力表,用于指示每台油泵的出口压力。下列表计则集中装在仪表箱中。

A. 压力表和真空表各一块用于指示管路上密封油压力和真空油箱中的真空(压力)。

B. 压力开关2只;一只用于真空油箱中真空度降低时发出报警信号,供备用主密封油泵和事故密封油泵的启停控制用。

C. 差压表一块,用于指示密封油压于发电机内气体压力之差值(简称油-气压差)。

D. 差压开关一块,用于油-气压差超限时发出报警信号。

3控制逻辑及注意事项

3.1备用泵处于运行时,主泵自动停运,已符合磁力泵运行方式。

3.2主泵运行,再循环泵联启。

3.3 事故油泵在主泵失去, 主泵供油油源不足及主泵供油能力不足时,才启动事故油泵运行时,主泵自动停运,再循环泵停运。在日常定期工作中,须对事故油泵进行试 转,或异常情况下事故油泵自启后,主泵自动退出运行且禁启,这一点严重影响正常运行方式调整,另外磁力式离心油泵不允许两台油泵同时运行时间超过60秒, 当主密封油泵检修后恢复试转时,主泵之间并泵时间小于60秒,均有待改进。以下有几点改进意见供参考:建议取消事故油泵运行主泵禁启之逻辑,主密封油泵检 修后恢复试转可采用直流油泵运行,交流油泵走再循环阀并关出口阀的方式,确认正常后,注意油氢差压,直流油泵先停,然后交流油泵继续运行或切换主泵主备泵 预选保持原运行方式。

3.5. 两台主油泵,一台事故油泵,均是磁力式离心油泵。该类型泵最大优点是运行中无泄露且振动小。配置磁力式离心油泵的密封油系统安装调试以及运行时应当特别注意的问题:

磁力式离心油泵不允许两台油泵同时运行时间超过60秒,因为两台油泵同时运行,其中有1台的输出流量很小,输出流量很小的,其泵内存油会迅速升温,当泵内油温高于100℃时, 泵内的永磁钢会退磁,从而至使该油泵不能正常工作,必须更换永磁钢, 才可能恢复。

磁 力式离心油泵最大输出流量不能超过油泵铭牌输出流量的15%,特别是安装调试阶段在压差调节阀推出运行或者尚未投入运行的时间(主要是油循环冲洗管路期 间), 应采取措施防止油泵大流量输出. 因为大流量输出, 油泵机组的外磁钢(与电动机连轴硬性连接) 的转速与电动机转速相同, 而内磁钢(与油泵轴系硬性连 接) 的转速取决于输出流量, 大流量输出时, 泵轴转速与电动机的转速会出现不同步, 从而导致内外磁钢的N 极和S 极错位对应, 导致退磁, 油泵丧失工作能力。该 类型泵也不允许闭阀启动。

3.6 压差调节阀故障需要检修时, 应将其主管路上前后两只截止阀以及引压管上的截止阀关闭, 改由旁路门(临时性) 供油. 旁路门的开度应根据油-气压计的指示值而定, 以油-气压差符合要求为准.

4常见故障及处理

4.1氢侧 氢侧回油箱油位过高

氢 侧回油箱油位过高而导致其溢油管路上装设的液位信号器报警,则应立即将浮子油箱退出运行,改用旁路供油,此时应根据旁路上的液位指示器操作旁路上阀门的开 度,以保持油位在液位信号器的中间位置为准,且须密切监视。因为油位逐步增高,可能导致氢侧排油满溢流进发电机内;油位过低则有可能使管路“油封段”遭到 破坏,而导致氢气大量外泄,漏进空气析出箱,此时发电机内氢压可能急剧下降。因此也必须对浮子油箱中的浮球阀进行紧急处理,以使尽快恢复浮子油箱至运行状 态。对浮球阀进行紧急处理的方法如下:

浮子油箱退出运行状态时应先关部进油和出油管路上的截止阀,气管路上的截止阀S-72也应关闭,然后开 启S-78阀释放箱内气体压力,且须将油箱内存油从

S-67阀门处排完。确信箱内气压为零时才可打开箱盖对浮球阀进行检修。浮子油箱退出运行时还应密切监 视发电机内氢压,如机内氢压下降过快应采取相应补救措施,或者先让发电机减负荷运行。

氢侧 氢侧回油箱油位过高,一般为浮子油箱中浮子阀卡涩 引起,或气体置换过程中发电机内气体压力低引起。浮子浮子阀卡涩引起的,若情节轻微,也可采用橡皮锤振打浮子油箱。发电机内气压偏低(低于 0.05MPa.g)浮子油箱必然排油不畅,甚至出现满油是正常的,只要 氢侧回油箱用的油水探测报警器内不出现油,则说明氢侧回油依靠 氢侧回油箱与空 气析出箱之间的高度已自然流至主回油装置(空气析出箱)。尽管如此,气压偏低时仍然必须对油水探测报警器加强监视,一旦出现报警信号或发现有油,应立即进 行人为排放,以免油满溢至发电机内。机内气压升高,浮子油箱排油才会通畅。

4.2油氢压差压低及其处理办法:

a. 压差调节阀跟踪性能不好,可能引起油一氢压差低,此时重新调试压差调节阀,并结合以下两项处理结果判断压差调节阀是否要处理或换新。

b. 油过滤器堵塞也可能引起油一氢压差低,此时应对油过滤器进行清理。 c. 重新校验压差表计。

4.3真空油箱故障及共处理对策:

a. 真空油箱真空低

引起原因:一是管路和阀门密封不严;二是真空泵抽气能力下降。前者需找出漏点,然后消除;后者则需按真空泵使用说明书找原因,并且消除缺陷。 b. 真空油箱油位高

引起原因主要是真空油箱中的浮球阀动作失灵所致,说明浮球阀需要检修,假如一时不能将真空油箱退出运行,则作为应急处理办法,可以将浮球阀进油管路的阀门S-58开度关小,人为控制补油速度。

c. 真空油箱油位低

引起原因一是浮球阀动作失灵;二是浮球阀出口端(真空油箱体内) 的喷嘴被脏物堵住。这两种情况必须将真空油箱退出运行,停运真空泵,再循环泵、主密封油 泵(改用事故密封汕泵供油) 破坏真空后,排掉积油然后打开真空油箱的人孔盖进行检修。另外,因密封瓦间隙非正常增加也可能引起真空油箱油位始终处于低下的 状况,此时可对密封瓦的总油量进行测量. 测量结果与原始纪录相对照即可判断密封瓦间隙是否非正常增大。如果得到确认,则须换用新密封瓦才能解决问题。

d. 真空箱不论何故退出运行或事故密封油泵(直流泵) 投入运行时, 此时再循环也已停运,由于密封油不经过真空油箱后而不能净化处理, 油中所含的空气和潮气 可能随氢侧回油扩散到发电机内导致氢气纯度下降, 此时应加强对氢气纯度的监视. 当氢气纯度明显下降时, 每8h(小时) 应操作 氢侧回油箱上部的排气阀进行 排污, 然后让高纯度氢气通过氢气母管补进发电机内。

针对上海汽轮发电机有限公司生产的国产600MW 汽轮发电机密封油系统结构进行介绍,以及发电机内部进油的原因分析和相应的防范措施,系统改造。

关键词:发电机密封油系统 发电机内部进油的原因 防范措施 系统改造

1 前言

采用氢气冷却的汽轮发电机必须由密封油对其端部进行密封,即保证发电机内部氢气不外泄,又防止空气和潮气进入发电机。国华粤电台山发电有限公司1、2号机 组采用的上海汽轮发电机有限公司生产的国产600MW 汽轮发电机,其密封油系统采用双流环式密封瓦结构,密封效果好,调节范围宽,是非常成熟的产品。但是 如果对其结构不甚了解,操作不当也可能造成发电机内部进油事故。特别是在发电机内部无压的情况下,密封油箱油位不易控制,密封油极易沿轴向进入发电机内 部。发电机内部进油是恶性事故,应该引起高度的重视。下面就对发电机密封油系统,发电机内部进油原因及防范措施做以介绍。 2 密封油系统介绍

上海汽轮发电机有限公司生产的国产600MW 汽轮发电机组的密封油系统采用双流环式密封瓦。由于氢冷发电机的转子轴必须穿过发电机的端盖,因此这部分成了 氢内冷发电机密封的关键。密封油分为空侧和氢侧两个油路将油供给轴密封瓦上的两个环状配油槽,油沿转轴轴向穿过密封瓦内径与转轴之间的间隙流出。如果这两 个油路中的供油油压在密封瓦处恰好相等,油就不会在两个配油槽之间的间隙中窜流,通常只要密封油压始终保持高于机内气体压力,便可防止氢气从发电机内逸 出。空侧油路供给的油则将沿轴和密封瓦之间的间隙流往轴承侧,并同轴承回油一起进入空侧密封油箱,从而防止了空气与潮气侵入发电机内部。氢侧密封油则沿轴 和密封瓦之间的间隙流往发电机内侧,落入消泡箱,最后回到氢侧密封油箱。

空侧油路:由空侧交流密封油泵从空侧回油箱取得油源,将一 部分油泵入油冷却器、滤油器注入密封瓦的空侧,另一部分油经过差压阀流回到油泵进油侧。通过差压阀将调节空侧密封油压力始终保持在高出发电机内气体压力 0.084Mpa 的水平上。另外空侧配有直流密封油泵备用。

氢侧油路:氢侧密封油路中的油泵从氢侧密封油箱取得油源。它把一部分油 经过油冷却器、滤油器、平衡阀送往密封瓦的氢侧,在油泵旁装有再循环管道,通过再循环管上的节流阀对氢侧密封油压进行粗调。氢侧油路的油压则通过平衡阀进 行细调,并使之自动跟踪与空侧密封油压差保持±0.49kPa ,以达到基本平衡的目的。另外氢侧密封油设有两台交流油泵,正常运行中一台运行一台备用。

消泡箱:从密封瓦氢侧出来的油先流到消泡箱中,在那里气体得以从油中扩容逸出,消泡箱装于发电机下半端盖中,通过直管溢流装置使消泡箱中的油位不至于过 高。消泡箱汽、励端个有一个。在消泡箱中各装有一个浮子式液位高报警器,当箱内油位过高到一定程度时,就发出消泡箱油位高报警,使运行人员能及时处理,从 而防止密封油流入发电机内部(见图1)。

空侧密封油箱油位控制:空侧密封油箱通过U 形管与主机润滑油回油管道连接,发电机端部支持轴承 润滑油回油与空侧密封油回油汇集到空侧密封油箱,大部分油通过U 形管依靠重力作用自动溢流到润滑油回油管路,保持油箱中油位正常,因此空侧密封油箱不需要 进行油位监视,另一部分油作为空侧密封油源在空侧油路中循环。此油路把润滑油系统与密封油系统联系在一起,即使密封油系统无油情况下,只要润滑油系统启动 后十几秒针,就会将密封油系统注满油。

氢侧密封油箱油位控制:氢侧密封油箱是氢侧油路的储油箱,在运行中必须保持一定的油位。由于 在密封瓦中空、氢侧油压做不到绝对的平衡,故空、氢侧仍有少量的油相互窜动,这样长期积累,就可能使氢侧油路中的油量发生增减变化,氢侧密封油箱起到控制 补、

排油作用。它主要依靠浮子式补、排油阀门完成,当油箱内油位升高,浮子上移,排油门打开,将多余的油排入空侧油路;当油箱内油位降低,浮子下移,补油 门打开,空侧密封油向氢侧密封油箱补油,从而达到油位保持在一定范围内。密封油箱补油阀和排油阀上还设有强制开启、关闭手轮,以便人为参与调节油箱油位。

图1 台电发电机密封油系统原理图

密封油备用油源:空侧密封油备用油源由三部分组成,所以发电机密封油系统有非常可靠的油源,一般不会造成断油事故。

第一路备用油源是高压备用油源,即来自汽轮机轴头同轴的润滑油高压油泵或高压密封油泵,密封油装置高压备用密封油入口压力不低于0.9Mpa ,正常运行时 备用油差压调节阀自动断开,一旦空侧油源发生故障,密封油压力降低到比发电机内部压力高0.056Mpa 时,备用油差压阀自动打开保持密封油压力比氢压高 0.056Mpa 。

第二备用油源为空侧直流密封油泵,如果主油源和高压备用油源都停止供油时,当密封油压力降低到比发电机内气体压力仅高0.035Mpa 时,发出密封油供油压力低报警,并自动启动备用直流密封油泵,使密封油压力恢复并保持高于发电机内压力0.084Mpa 。

第三备用油源为低压备用油源,它来自汽轮机低压润滑油。该油源入口压力应不低于0.2Mpa ,由于这路油源压力较低,它只能保证大轴转动时密封瓦不发生磨 损事故,所以当其它油源都失去后应立即停止机组运行,将发电机氢压降低到0.014Mpa 以下,以免氢气外溢,发生着火、爆炸事故。


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