单流环分体式密封瓦在启动中差压阀波动大密封瓦方面的研究分析

单流环分体式密封瓦在启动中差压阀波动大密封瓦方面的研究分析

李吉

国电投河南电力工程有限公司 450000

摘要：目前我国社会用电负荷在持续增长的形势下，火力发电厂发挥着巨大作用。现代大容量的汽轮发电机组多采用氢气作为冷却介质对发电机进行冷却。但是由于氢气易泄露，漏氢将会降低发电机的冷却效果，增加发电成本，甚至引起火灾，氢气爆炸事故，严重威胁机组的安全运行。因此必须在发电机两侧轴端设置轴端油密封装置，用差压阀来连续跟踪空氢油压信号，保证油压略高于发电机内氢压油循环注入密封瓦与转轴之间的间隙，来保证将发电机内的氢气可靠稳定的密封，防止氢气泄漏。因此对某电厂差压阀启动过程中差压波动大进行研究分析，以供相关人员参考。

关键词：发电机；氢气；单流环；分体式；密封瓦；差压阀；启动中；波动大。

引言：由于氢气的通风损耗小，冷却效率高的优点，现代大容量的发电机组多采用氢气作为冷却介质对发电机的定子和转子绕组进行冷却。由于发电机端部同时存在静止和转动部件，氢气会沿着动，静部件之间的间隙向外流出。氢冷发电机漏氢将会降低发电机的冷却效果，影响机组的出力，增加发电成本，甚至会引起火灾，氢气爆炸事故，严重威胁机组的安全运行。因此必须在发电机两侧轴端设置轴端油密封装置，他以油压略高于发电机内氢压油循环注入密封瓦与转轴之间的间隙，来保证将发电机内的氢气可靠稳定的密封，防止氢气泄漏。

一．问题概述。某电厂600MW单流环汽轮发电机组，在抽转子大修后，气密性实验优秀，但是在启机过程中出现差压阀波动大的问题。但是到机组稳定转速3000转后，波动大的情况又随即消失，经过排查差压阀油路管路均未发现异常，根据单流环密封瓦的运行原理以及现场实际情况对密封瓦方面情况进行分析研究。

二．单流环式密封瓦系统的主要的设备以及作用

2.1.真空油箱。交流油泵正常投入的情况下，轴承润滑油不断的补充到真空油箱中，润滑油中含有的空气和水分在真空油箱中被分离出来，通过真空泵和真空管路排出。同时真空油箱中还有再循环泵，不间断的从油箱底部将油抽出，从油箱顶部喷淋装置中喷出，析出油中的空气和水分，进一步净化油箱中的油质，保证了进入密封瓦中密封油质量，

2.2.密封油回油扩大槽。它布置与发电机的下部，主要储存氢侧的回油，来自于密封瓦氢侧的回油在此扩容，回油中的氢气分离出来，膨胀箱里有一个横向的隔板，把油槽分为两个部分，防止发电机两端风机压差导致气体在密封油排油管中进行循环。箱体上部各一个排气管。

2.3.浮子油箱。氢侧回油经过回油扩大槽后进入浮子油箱，它使油箱中的氢气进一步分离。并且浮球油箱中装有自动控制油位的浮球阀，以保持油箱中的油位保持在一定的范围之内。并浮子油箱中装有自动旁路阀和液位视察窗，保证必要时人工控制油位。氢气经过分离又回到回油扩大槽，油流入空气析出箱。

2.5.空气析出箱。发电机空侧密封油和轴承润滑油回油混合后排入空气析出箱内，油中的气体在此分离后通过管路排入大气。空气析出箱的安装位置低于回油扩大槽，确保回油通畅，空气析出箱上方有两台排烟风机，一可以抽出回油中的空气和油烟，二可以利于密封油回油的流畅。

2.6.差压阀。差压阀接于空侧密封油泵的进出油口处，信号分别取自于发电机内风压（一般为氢侧排油压力）和密封油出口油压，通过该阀门信号的自动调节保证空侧油压始终高于氢侧密封油压0.084Mpa。

三．单流环密封瓦系统的工作流程

3.1.正常运行方式下，汽轮机来的润滑油，进入真空油箱中，经过密封油泵升压后，由差压调节阀调节至合适的压力，经过滤网进入发电机的密封瓦，进入密封瓦油腔中的油一路从空气侧流出，一路从氢气侧流出，空气侧的回油进入空气析出箱，氢气侧的回油进入回油扩大槽，扩容后，分解油中的氢气随后进入浮子油箱，而后靠压差进入空气析出箱。由于采用了汽轮机润滑油这一高压油，空气析出箱内的油无法流入真空箱。只能流入汽轮机润滑油套装母管，回到主油箱，开始下一个循环。

四.在发电机两端分别装有汽端和励磁端密封瓦。

4.1.密封瓦的主要设备有，发电机端盖，内挡油环，过渡环，密封瓦壳，密封瓦，外挡油环构成。内挡油环和密封瓦壳组成了氢侧密封油的回油腔室，并且在回油腔底部有6个30mm直径的圆柱形的回油孔，在端盖内汇流成一个回油腔室与外部回油管相连接，根据计算该回油孔理论正常回油能力为21.72L/min。外挡油环与密封瓦壳组成了空侧和轴承润滑油的回油腔室，通过底部回油孔与空侧回油管相连。

4.2.此600MW的密封瓦为单流环分体式环式四瓦块式密封瓦。发电机每端有两圈密封瓦。分为汽，励两侧。每侧由四块瓦块组成一圈，此瓦块为铜合金的材料，每一块瓦块内面为一个带斜倒角的平面，外侧面为带有一个较窄凸台的平面。每一半密封瓦壳均有一根拉力弹簧，弹簧两端卡在靠近断面的定位销上，当两侧密封瓦装到瓦壳后，靠凸台来限制瓦的径向位置，当瓦块全组装好后需要克服弹簧的拉力使瓦块外侧面紧密的与密封瓦壳轴向面紧密贴合，保证瓦块与瓦壳外侧面的密封，每块瓦块与弹簧定位销交接处均做成半弧形状开口卡在定位销内，防止瓦块随着转轴旋转，上下半密封瓦组合好后各结合面均无间隙，卡紧弹簧的周向紧力的作用，可以使密封瓦随轴有一定的径向浮动，并且保持密封瓦与转轴之间的密封间隙不发生变化。密封瓦直径与转子的直径间隙一般在0.19mm，空，氢瓦块内侧组合成油腔，密封油注入油腔后。从中间往两侧泄出，分别从氢侧和空侧油腔中流出。

五.发电机组在启动和停机的过程中。转子盘车中顶轴装置介入，当转速超过600r后盘车退出后，顶轴装置也逐渐退出，会使得转子与轴瓦之间的油膜厚度也一直发生变化，在转子升速降速过程中在此状态下轴瓦的油膜不稳定，转子转速一直发生化，转子的状态也持续发生变化，如过临界转速时候震动剧烈增加，越过这一转速后，震动降低，恢复到允许状态。

5.1.当密封瓦安装好后，通过调整密封瓦壳的洼涡，并不能确保密封瓦块安装后，达到密封瓦与转轴四周均匀无间隙的理想状态。它会是某一面接触，通过弹簧的周向紧力，让其余瓦块补偿过来，保证间隙始终在要求范围内。转子稳定在某一个稳定的转速下，会使密封瓦一周形成相对稳定的油膜，让密封瓦处于悬空的状态，回油稳定。但是当转子发生剧烈跳动使转子位置发生变化时，转轴跳动方向的密封瓦会随着转轴发生径向移位，此时转轴相对应方向的密封瓦由于受到弹簧周向紧力的作用，会跟随转轴跳动方向移位，由于密封瓦块外侧轴向面与瓦壳的轴向面在弹簧的紧力作用下是紧密贴合密封的，并且瓦壳的轴向面较粗糙，所以会产生较大的摩擦力，会使密封瓦的位移发生滞后现象或者是瞬时卡涩的现象。此时该半侧密封瓦块就会与转轴之间发生较大间隙，使密封油泄油量急剧增加，假设此时油的流动状态为层流状态，根据层流状态密封油泄油量公式

{d为转轴直径，m；L为单个密封瓦的长度，m；p为氢油压差，pa；h为密封瓦与转轴的半径间隙，m；E为偏心率；n为密封油的动力粘度，pa.s。

根据公式计算可得密封瓦间隙变化对回油量的影响

考虑到密封瓦之间会出现较大的开缝隙，其回油量会超过表中的数值

5.2.根据上表可以看出 ，当转子的相对跳动值达到0.30mm时，(当转子跳动加上密封瓦卡涩或滞后情况的发生，很容易达到该数值)密封瓦环氢侧回油量会增加到原来的29.19倍，瞬时回油量会超过回油腔体的21.72L/min,且远超过回油腔体的回油孔的有效容积0.92L。回油孔被回油快速淹没，稳定工况下的密封瓦回油和回油腔回油孔回油的平衡被破坏。由于密封瓦块的滞后性，在弹簧拉紧力的作用下会使滞后现象消除，回油量又恢复到正常值。当回油量急速增加会将回油孔封闭，回油的重力无法克服回油管底部空气的正压作用导致回油无法流通，短暂的形成气堵现象，这样会使氢侧回油管底部的氢气压力信号油压不稳定，造成差压阀波动大。而当机组稳定转速运行后，各项参数正常且形成较为稳定的油膜后，此种现象又消失。

参考文献

[1]郭延秋主编，大型火电机组检修实用技术丛书，汽轮机分册，北京，中国电力出版社，2003

[2]王永刚，张宇飞，大型发电机组4种典型密封瓦检修探讨，浙江电力。

[3]赵国钦，单流环4瓦块式发电机密封瓦回油问题的研究，发电设备。

[4]谷镇江，密封油油压波动原因的分析，当代电力文化。