汽轮机油挡的工作原理(发电机组密封油系统工作原理及发电机进油分析)

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一、 密封油系统的功能和特点

1、向密封瓦提供二个独立循环的密封油源

2、保证密封油压力高于发电机内气体压力某一个规定值，并确保密封瓦内氢侧与空侧油压相等，其压差限定在允许变动的范围之内。

3、通过热交换器冷却密封油，从而带走因密封瓦与轴之间的摩擦损耗而产生的热量，确保瓦温与油温控制在要求的范围之内。

4、通过滤油器，去除油中杂物，保证密封油的清洁度。

5、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。

6、空侧油路备有多路备用油源，以确保发电机安全、连续运行。

7、利用压差开关、压力开关及压差变送器等，自动监测密封油系统的运行。

8、空、氢侧各装有一套加热器，以保证密封油的运行油温始终保持于所要求的范围之中。

9、密封油系统大部分部件集中安装于一块底板中，便于运行巡检和维修。

二、 空侧密封油路

由交流电动机驱动的空侧密封油泵，从空侧油箱取得油源，它把一部分油升压后经冷油器、滤油器注入密封瓦的空侧，另一部分油则经过压差阀流回到空侧油泵的入口。通过压差调节阀的调节，使密封瓦处的空侧密封油压始终保持在高出发电机机内气体压力0.084MPa的水平上。空侧直流密封油泵使油以相同方式循环。

三、氢侧密封油油路

氢侧密封油泵从氢侧回油控制箱取得油源。它把一部分油升压后经冷油器、滤油器、平衡阀注入密封瓦的氢侧。油泵装有旁路管道，通过节流阀对氢侧油压进行粗调。氢侧油压则通过平衡阀进行细调，并使之自动跟踪空侧油压，以达到基本相同的水平。氢侧直流密封油泵以相同的方式循环。

四、消泡箱简介

从氢侧密封瓦出来的油先流入到消泡箱中，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箱中的油位不至于过高。消泡箱汽励端各装有一个，在它们之间的连接管道上装有一U形管，以防止汽、励两端风扇压差不一致，使油烟在发电机内循环流动。在消泡箱内侧各装有一个浮子式油位高报警开关，监视消泡箱油位，防止发电机进油。

五、差压阀及平衡阀

主差压阀接于空侧密封油泵的进出油口，起旁路调压作用，信号分别取自发电机内风压和空侧密封油压。该阀门可自动调节旁路的流量大小，从而保证空侧密封油压始终高于发电机内气体压力0.085MPa.

备用差压阀串接于空侧高压和低压备用油路之中，其信号同样取自发电机内风压和空侧密封油压，该阀门通过直接调节备用主油路的流量，来保证备用密封油油压始终高于机内气压压力0.056Mpa。

平衡阀装于氢侧密封油泵出口处，其中励侧平衡阀接于流向励端的油路，汽侧平衡阀接于流向汽端的油路，它们的信号分别取之于各自密封瓦处的空、氢侧油压。通过空、氢侧油压的变化自动调节平衡阀的开度大小，从而使空、氢侧在密封瓦处的油压差保持在±490Pa（±125pxH2O）之内。

六、氢侧回油控制箱

发电机氢侧回油箱(如图)内装有2个上浮球阀，一个连接空侧密封油油路中滤网的出口，为油箱的补油阀。另一个连接空侧密封油泵的进口，为油箱的排油阀。

一般情况下，2个浮球阀的上、下手动干预顶针退出，通过浮球实现液位的自动控制。当氢侧回油箱液位高时，浮球将排油阀打开，使多余的油排到空侧油路，再由空侧回油箱回到主油箱。当氢侧油箱油位低时，浮球将补油阀打开，使空侧油补入。而当浮球阀失去自动调节作用时，则可通过浮球阀的上、下手轮实现补、排油阀的强开、强关。

当氢压较低的情况下，氢侧回油箱在某一液位时，浮球的位置相同，但由于排油的压差(约为氢压减去空侧油泵进口压力)较低或补油的压差(约为空侧油滤网出口油压减去氢压)较高，使得排油量减少甚至不能排出，而补油量增大，从而使氢侧回油箱油位保持在较高位置。因此，当氢压较低时，氢侧油箱将保持在满油的油位，甚至可能出现消泡箱满油，使得发电机存在进油的危险。

发电机排氢前的降氢压过程中，因氢压降低，空侧主差压调节阀需缓慢开大以降低空侧油压，氢侧平衡阀需缓慢　关小使氢侧油压相应下降。假设氢压由0.31 MPa降至0.05 MPa，若空侧调节阀卡涩，则此时氢压0.05 MPa，空、氢侧密封油压仍为0.394 MPa，因氢侧油压与氢压相差过高(0.389 MPa)，油可能从氢侧配油槽直接冲刷到档油板而进入发电机。若氢侧平衡阀卡涩，则此时氢压0.05 MPa，空侧油压为0.134 MPa，氢侧油压仍为0.394 MPa，同样也可能因油氢差压过高致使氢侧油进入发电机内。

七、氢侧回油控制箱

氢侧回油控制箱是氢侧油路的储油箱，在运行中必须维持一定的油位。它由箱体、补、排油阀，液位指示器和低液位报警开关作成。

由于在密封瓦中空、氢油压做不到绝对平衡，所以油箱油位有增减变化。一旦发生这种情况，氢侧回油控制箱可自动起到控制油位作用。当油箱内油位高时，浮球将排油阀打开，使多余的油排到空侧油路。当油箱油位低时，浮球将补油阀打开，使空侧的油补入。为使油箱内的油位不至过低，箱体上装有一低油位报警开关。

八、空侧密封油箱

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，就会将密封油系统注满油。

九、密封瓦结构图

十、油过滤器

油过滤器采用自洁刮式结构。它的特点是过滤器精度高，并且在运行中可通过转动手柄去除附在滤芯上的脏物，要提请注意的是过滤器必须定期转动手柄去处脏物。推荐每8小时转动一次手柄，直至灵活转动为止 。由于空、氢侧油路中各安装了二套油过滤器互为备用，故当滤芯阻塞严重时，可投入备用过滤器，隔离运行的过滤器，拆下滤芯，彻底清洗。

十一、无氢侧密封油泵供油条件下的运行

氢侧密封油泵因维修需要，可短时间退出运行。当氢侧泵停止运行时,空侧密封油流到氢侧的流量大大增加,使发电机内的空气渗入量有所增加,而且还有一定数量的氢气被油吸收而带出机外。在这种情况下,机内氢气的损耗量将比空、氢侧同时运行时要多,需补充的氢气也相应增多。氢纯度也会下降,此时最低允许90%纯度下运行,但应尽快恢复氢侧密封油供油。

十二、发电机停机情况下密封油系统的运行

在停机情况下,如果能维持密封油压下,排油烟风机又运行正常,则氢气能被保留在发电机内.此时发电机轴承油流应畅通.该油源来自于汽轮机轴承润滑油泵,流过发电机轴承后排入空侧回油密封箱。

如果空侧备用密封油泵在这种运行方式中启动,由于下一个油源来自汽轮机低压润滑油泵,此时氢压应降到0.014MPA或更低。

十三、正常情况下密封油系统的运行

1、当发电机内充有氢气或主轴正在转动时，必须保持轴密封瓦处的密封油压。

2、发电机内氢压上升到额定值时，在空侧或空侧直流备用泵运行情况下，应保持密封环处的密封油压高于发电机内氢压0.084MPA。

3、密封油冷却器出口油温应保持在38－49℃之间。当转轴振动较敏感时，此温度可取于43－49ºC之间值。

4、发电机充氢时，排油烟风机应连续运行，这样可避免溶入密封油的氢气在空侧回油箱内积聚，并进而混入润滑油系统。

5、密封油装置上的刮片式滤油器每8小时应转动一次手柄，清理污垢.每次停机时,则需将滤芯抽出,加以彻底清理.排尽滤油器壳体中的杂物。

6、在空侧直流备用密封油泵启动后,由于下一个备用油源来自汽轮机轴承润滑油,仅能维持机内氢压0.014MPA,如高压备用油源和空侧交流油泵在短时间无法恢复供油,就应发电机内氢压降到0.014MPA或更低。

十四、密封油进入发电机的几种原因

1、误操作进油；

2、杂物堵塞氢侧油路；

3、密封油装置未达到正常状态；

4、报警系统未到位,抢先投密封油不能及时发现和处理异常工况造成进；

5、油冲洗工艺性进油；

6、油进入机内的路径:油进入机内的唯一路径是,各种原因引起消泡箱上升 →消泡箱液位高报警未及时处理→ 油位继续上升直到从迷宫挡油板和转轴之间的间隙溢入发电机内。

十五、双油环密封油结构汽轮发电机补氢量大及进油的原因分析

氢气纯度不合格，将会直接影响机组的安全。如果氢气纯度下降至爆炸范围内，在一定的条件下可能会引起发电机内氢气爆炸；氢气纯度不合格将导致冷却效率降低，造成机内构件局部过热；有害气体的存在还会造成绝缘老化、铁芯及其金属部件腐蚀；此外油进入发电机，如果未及时排出，油在发电机内蒸发产生油烟蒸汽也形成很大的危害。

1)实际运行中很难控制空侧密封油和氢侧密封油压力的平衡

按照双流密封油结构密封瓦设计原理来讲，只有维持密封瓦内空侧密封油与氢侧密封油压力基本相等，减少空、氢侧密封油的交换，才能防止空侧油系统中夹带的空气等进入氢侧密封油系统。但实际运行中由于设备结构等方面很难控制空侧密封油和氢侧密封油压力的平衡。

当空侧密封油压力大于氢侧密封油压力时，空侧密封油在密封瓦内向氢侧窜油，空侧密封油夹带的空气等进入氢侧密封油。当氢侧密封油压力大于空侧密封油压力时，氢侧密封油在密封瓦内向空侧窜油，这样将引起氢侧密封油箱油位降低，氢侧密封油箱浮球阀将打开，空侧密封油泵出口的压力油通过浮球阀补入氢侧密封油箱。因此，无论空侧密封油压力大于氢侧密封油压力，还是氢侧密封油压力大于空侧密封油压力，都将使从轴承回油来的空侧密封油夹带的油烟、水气等通过与氢侧密封油交换而进入氢侧密封油系统，再通过密封油内油档被发电机吸入发电机内，造成发电机内氢气污染，氢气纯度下降，补氢量增大。

造成空侧密封油和氢侧密封油压力不平衡主要有两个原因，其一是氢侧密封油系统的平衡阀调节精度差。目前平衡阀要求的精度为±50毫米水柱（±490Pa），在运行中，由于平衡阀活塞和油缸之间间隙较小，稍有杂质可能造成活塞的运动阻力增大，甚至卡死，致使平衡阀调节精度变差，不能有效维持空、氢侧密封油压力的平衡，进而造成氢气污染、增大补氢量增大。

造成空侧密封油和氢侧密封油压力不平衡的第二个主要原因是空、氢侧密封油压力的测量误差。机组运行中只有维持密封瓦与转轴之间的油压平衡，才能减少空、氢侧密封油的互相窜动，但由于设备结构的原因，目前只能测量密封瓦上的空、氢侧密封油进油处的压力作为平衡阀的调节信号，因此必然造成测量误差，平衡阀不能有效维持空、氢侧密封油压力的平衡，从而引起发电机补氢量增大。

2)密封瓦与发电机转子间隙增大

从密封瓦与转轴间沿转轴的轴向流向空侧和氢侧的油流称为轴向流动，当空、氢侧密封油压差保持一定时，空、氢侧密封油的交换量与密封瓦的间隙的成正比。对于300MW汽轮机，密封瓦直径间隙一般为0.15-28mm。当运行中密封瓦间隙从0.15 mm增大到0.28 mm时，密封油流量将大大增加。而由于空、氢侧密封油之间不可避免的存在压差，密封油流量的增加将导致空、氢侧密封油的交换量成倍增加，空侧密封油中携带的空气、水分等通过交换进入氢侧密封油中，再通过氢侧密封油与氢气的接触进入到发电机氢气中污染氢气，降低氢气纯度。密封油量的增大将会造成静压回油管路不畅，发电机氢侧回油腔室（消泡箱）油位升高到超过轴颈最低位置时，将造成发电机进油。

3)发电机密封油温度高

密封油的粘度随油温的升高而降低，在同样的流通面积内，要维持一定的密封油压力，当密封油温度高时，就需要较大流量的密封油。同样密封油温度的升高，将导致密封瓦间隙增大，这同样需要增大密封油流量才能维持一定的密封油压力。发电机制造厂一般规定氢冷发电机空、氢侧密封油温度正常值在27-50℃之间。对于300MW汽轮发电机集装式密封油系统，其空、氢侧密封油系统的冷油器的出口油温油一个回水调节门控制，一般维持在42℃左右。油温在42℃时的粘度比27℃时小，要维持一定的密封油压，则需要较大的密封油流量。同样，由于密封油温的升高，密封瓦的内径将增大，这样要保证发电机内氢气不外泄，同样需要增大密封油流量来维持一定的压力。因此密封油温度过高将导致密封油流量增大，按照 2）条的分析，同样会引起发电机内氢气纯度下降或发电机进油。

4)排烟风机出力小

从300MW汽轮发电机密封油系统看，空侧密封油泵油源取自氢油分离器，氢油分离器的排烟风机主要作用是抽出空侧油中的微量氢气，以免氢气随润滑油回到主油箱。增大氢油分离器排烟风机的出力，使氢油分离器形成大的负压，使空侧油中的空气会同氢气一起被抽出，这样，将减少空侧密封油中空气含量，按照1）条的分析（发电机氢气污染主要是空侧密封油携带的空气等通过与氢侧密封油交换进入氢侧密封油，再通过氢侧密封油与氢气交换污染氢气），将减少氢气污染。

十六、防止密封油进入机内的措施

1. 保持油氢差压阀工作可靠，油氢差压在正常范围内。
2. 保证氢侧密封油箱补、排油阀的四个强制手轮都在打开状态。
3. 调节氢侧密封油泵再循环门，保持氢侧密封油压稍高于空侧密封油压。
4. 保证消泡箱液位高报警可靠，报警后能及时发现处理。
5. 保证发电机底部检漏计报警可靠，报警后能及时发现处理。
6. 润滑油系统投运时经常巡视消泡箱油位正常。
7. 采用高精度密封油滤网，确保各密封油箱无杂物,防止杂物堵塞油路和磨损密封瓦
8. 非特殊情况下，保证发电机底部检漏计正常投入，当发电机进油时能及时发现并尽早排出。

十七、油氢差压波动的原因及处理方法：

1. 由于油质不合格，油中有杂质，使主差压阀发生卡涩， 敲打正常后就可能发生这样的波动情况 。可以关闭备用差压阀后手动门，待波动消失后恢复正常运行方式。
2. 可能是空侧密封油的出口滤网发生较严重的堵塞现象，导致主压差阀频繁调整，可以尝试把空侧密封油的滤网的旁路门打开一下。
3. 可能是主差压阀氢侧信号管有空气进入，可以将信号管排气，观察是否有效。
4. 可将备用差压阀关闭，然后关小差压阀氢侧取样阀。
5. 空侧信号管有一个旁路逆止门，可打开一会，在波动减小后关闭。
6. 若在油氢差压波动时伴随氢侧油箱油位的波动，应检查氢侧油箱补油浮球阀动作是否卡涩。