穆肖靜

(華能銅川電廠，陜西 銅川 727000)

0 引言

發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中鐵芯和繞組線圈會(huì)發(fā)熱，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生鼓風(fēng)摩擦發(fā)熱以及勵(lì)磁損耗等，因此，必須及時(shí)排出這些熱量，確保發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行。華能銅川電廠發(fā)電機(jī)采用水－氫－氫冷卻系統(tǒng)，即發(fā)電機(jī)定子線圈用水冷卻，而發(fā)電機(jī)的鐵芯和轉(zhuǎn)子線圈用氫氣冷卻。氫氣是一種優(yōu)良的冷卻介質(zhì)，但同時(shí)又易燃、易爆，所以發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子伸出端必須有良好的密封性，目前主要是通過密封油系統(tǒng)向發(fā)電機(jī)兩端密封瓦供油，形成油環(huán)，使油壓高于發(fā)電機(jī)內(nèi)氫壓一定數(shù)量值，以封閉發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣沿轉(zhuǎn)軸與密封瓦之間的間隙，防止氫氣向外泄漏，同時(shí)也防止油壓過高而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)內(nèi)大量進(jìn)油。密封油系統(tǒng)直接關(guān)系到氫氣的壓力和純度，其密封瓦內(nèi)油壓要保持穩(wěn)定，任何油壓波動(dòng)甚至類似水錘作用的油擊都會(huì)嚴(yán)重威脅發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行。

1 密封油系統(tǒng)的原理、特點(diǎn)及主要組成

華能銅川電廠2×600 MW氫冷機(jī)組采用東汽生產(chǎn)的單流環(huán)式密封油系統(tǒng)(如圖1所示)，每端密封瓦共由8塊90°的弧段組成，每4塊組合成1個(gè)雙油環(huán)密封瓦，密封瓦與軸頸形成約0.2mm的徑向總間隙，向密封瓦2個(gè)圓環(huán)中部腔室充入比氫氣壓力高0.056 MPa的密封油，以防止氫氣泄漏。發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣壓力在運(yùn)行中有一定變化，利用差壓閥來跟隨氫壓調(diào)節(jié)密封油壓力，始終保持油壓略高于氫壓，以防氫氣外溢。單流環(huán)式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有油、水分離裝置，可將油中含有的水分、空氣先除去后再進(jìn)入密封瓦，以起到降低機(jī)內(nèi)氫氣濕度和防止空氣污染的作用。密封油源自汽輪發(fā)電機(jī)組潤(rùn)滑油系統(tǒng)，密封油系統(tǒng)主要由下列部件構(gòu)成:密封瓦、交流密封油泵(2臺(tái)互為備用)、直流事故密封油泵、密封油真空泵、再循環(huán)泵、密封油排煙風(fēng)機(jī)、真空油箱及回油擴(kuò)大槽、空氣抽出槽、浮子油箱、差壓閥、濾網(wǎng)、安全閥等。

圖1 密封瓦結(jié)構(gòu)

2 密封油系統(tǒng)的工作流程

工作流程主要包括正常運(yùn)行回路、事故運(yùn)行回路和緊急密封油回路，油擊現(xiàn)象發(fā)生在正常運(yùn)行回路中，如圖2所示。

3 密封油系統(tǒng)油擊現(xiàn)象及原因分析

3.1 密封油系統(tǒng)油擊現(xiàn)象

在正常運(yùn)行中，密封油集裝裝置處突然發(fā)出較大的間歇性撞擊聲，間隔約3 s;同時(shí)，密封油泵出口壓力、壓差閥后供油母管壓力、油氫壓差均同時(shí)發(fā)生瞬間大幅擺動(dòng)，偏離正常值0.2 MPa左右。經(jīng)測(cè)氫儀測(cè)量，發(fā)電機(jī)軸瓦處和密封油排煙風(fēng)機(jī)處氫含量未超標(biāo)，補(bǔ)氫量也沒有明顯增加。隨后，油擊現(xiàn)象有所減輕，但一直持續(xù)存在。

3.2 水錘現(xiàn)象的產(chǎn)生及危害

在壓力管道中，由于液體流速的急劇改變，從而造成瞬時(shí)壓力顯著、反復(fù)、迅速變化的現(xiàn)象，稱為水擊，也稱水錘。引起水擊的根本原因是:當(dāng)閥門突然關(guān)閉/開啟或水泵突然停止/啟動(dòng)時(shí)，引起液體動(dòng)量迅速改變，使壓力發(fā)生顯著變化。水擊現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，壓力升高值可能為正常壓力的好多倍，使管壁材料承受很大應(yīng)力，壓力的反復(fù)變化，會(huì)引起管道振動(dòng)，導(dǎo)致管道附件及設(shè)備的損壞，甚至爆炸。

圖2 正常運(yùn)行回路

3.3 浮球閥的原理及其造成油擊現(xiàn)象的原因分析

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)表象進(jìn)行分析后，初步確認(rèn)發(fā)生了類似水錘的油擊現(xiàn)象，從眾多閥門中找到導(dǎo)致流體突然減速造成油擊故障的閥門。經(jīng)觀察，密封油真空油箱內(nèi)再循環(huán)泵的噴嘴和油箱補(bǔ)油噴嘴較多，噴油從油箱頂部落下直接打在浮球閥的浮球上，真空油箱內(nèi)的浮球閥受到油滴脈動(dòng)激振力的作用，在液面上上、下起伏，當(dāng)浮球向上動(dòng)作時(shí)，管道便發(fā)出一次撞擊聲，由此斷定浮球閥便是故障閥門。浮球閥的浮球隨油位的高低而升降，從而調(diào)節(jié)浮球閥的開度，控制著軸承潤(rùn)滑油進(jìn)入真空油箱的補(bǔ)油速度。然而，浮球閥由于內(nèi)部故障變得異常靈敏，液面波浪和落下的油滴所造成的擾動(dòng)，即可使浮球閥迅速打開和關(guān)閉。在對(duì)浮球閥進(jìn)行解體檢查后，證實(shí)了該想法。浮球閥的組成如圖3所示，該種浮球閥屬于水力控制閥的一種，其工作原理是:以閥前、閥后壓力差Δp為動(dòng)力，由導(dǎo)閥節(jié)流控制，使活塞兩側(cè)受到壓差而動(dòng)作，從而驅(qū)動(dòng)閥門開、關(guān)，相當(dāng)于驅(qū)動(dòng)力放大機(jī)構(gòu)，活塞始終自動(dòng)跟隨先導(dǎo)閥運(yùn)動(dòng)并保持與先導(dǎo)閥之間的節(jié)流間隙。

從圖4可以看出，液位上升時(shí)浮球帶動(dòng)連桿，使先導(dǎo)閥向右運(yùn)動(dòng)，先導(dǎo)閥與活塞之間的泄油間隙減小，活塞左側(cè)腔室壓力隨之升高帶動(dòng)閥芯向右關(guān)閉，液位停止上升。當(dāng)液位下降時(shí)浮球帶動(dòng)連桿使先導(dǎo)閥向左運(yùn)動(dòng)，先導(dǎo)閥與活塞之間的泄油間隙變大，先導(dǎo)閥后的中心孔直通閥門出口，出口由于閥芯節(jié)流，其壓力低于入口壓力，故先導(dǎo)閥打開泄油，導(dǎo)致活塞左側(cè)腔室壓力隨之降低，帶動(dòng)閥芯向左移動(dòng)。經(jīng)分析，油擊故障發(fā)生在閥門關(guān)閉過程中，由于主閥類似截止閥，各個(gè)開度下壓力損失系數(shù)不一樣，越是接近全閉狀態(tài)，壓力損失曲線越陡峭，壓力衰減越快，閥芯面積上產(chǎn)生向左的作用力消失就越快，閥芯的動(dòng)作加速，閥芯有被快速吸入的趨勢(shì)，易發(fā)生水錘。

圖3 浮球閥組成

圖4 浮球閥原理圖

在正常運(yùn)行時(shí)，真空油箱始終要有一定的補(bǔ)油量，浮球閥最終會(huì)在某一個(gè)流量開度附近做小幅波動(dòng)，降低浮球閥前壓力可以使浮球閥工作在較大開度，避免在接近全關(guān)位置附近工作。總結(jié)形成油擊的原因，主要有以下幾點(diǎn):

(1)浮球受到擾動(dòng)而產(chǎn)生周期性開、關(guān)閥動(dòng)作，而杠桿機(jī)構(gòu)無阻尼，波動(dòng)頻率高，速度快。

(2)閥芯流量曲線較差，使閥芯工作在接近全關(guān)位置附近。

(3)橡膠密封環(huán)在閥門全關(guān)時(shí)，應(yīng)起密封作用，解體密封環(huán)發(fā)現(xiàn)已經(jīng)部分開裂磨損，應(yīng)該是由于錘擊造成的，密封環(huán)泄漏更易使浮球閥工作在全關(guān)位置附近。

(4)先導(dǎo)閥后中心泄油孔孔徑較小，易受到油中沉積物的影響，減緩泄油速度，導(dǎo)致活塞左腔室壓力衰減緩慢，當(dāng)閥門接近全關(guān)位置時(shí)，閥芯有被快速吸入的趨勢(shì)。

3.4 油擊高壓油的壓力傳導(dǎo)

為何油箱補(bǔ)油管路發(fā)生的油擊壓力會(huì)傳導(dǎo)到密封油泵出口壓力管道中。由圖5可以看出，#39，25，#19閥均屬于手動(dòng)逆止閥且為常開閥門，依靠壓力逆止，可方便地在前述3種密封油運(yùn)行方式中自動(dòng)切換。在正?；芈愤\(yùn)行時(shí)，#19，#39閥被主油箱冷油器后壓力為0.15 MPa的潤(rùn)滑油壓住，#25閥被0.80 MPa的交流密封油泵出口壓力壓住，當(dāng)#1浮球閥迅速關(guān)閉時(shí)，油箱入口補(bǔ)油管路將產(chǎn)生水錘作用的高油壓，當(dāng)油壓瞬間升高超過0.80 MPa時(shí)，#25閥被打開，脈沖油涌入交、直流密封油泵出口管路中，引起密封瓦供油壓力瞬間升高，壓差閥(#31閥)需要在其后密封瓦供油管路壓力升高后，才能反饋至差壓閥使閥關(guān)小，故氫壓不變而油壓已經(jīng)升高，油氫壓差表也表現(xiàn)為跟隨波動(dòng)。由此可以推斷，如果將#25閥關(guān)死，雖然可以消除出口油壓波動(dòng)，但是將導(dǎo)致補(bǔ)油管路產(chǎn)生更高的壓力，甚至使法蘭盤墊片損壞而噴油，使系統(tǒng)無法自動(dòng)切換至前述第3種緊急密封油回路，即當(dāng)交直流油泵失電后，潤(rùn)滑油無法通過#25閥為密封瓦供油。

4 消除密封油油擊故障的對(duì)策

從原理上來考慮，分2類方法。

圖5 密封油系統(tǒng)圖(部分)

(1)消除浮球閥的靈敏度，使其開關(guān)平順，具體方法為:

1)在浮球閥前管路上加裝濾芯，減少雜質(zhì)對(duì)浮球閥的磨損和可能造成的卡澀。

2)關(guān)小浮球閥前#17手動(dòng)門，可以改變液位最終平衡位置，從而使浮球閥工作在中間開度的位置，避免接近關(guān)閉位。

3)在真空油箱內(nèi)部浮球所在區(qū)域安裝罩殼，防止油滴沖擊和液面波浪的影響。

4)在浮球連桿處增加阻尼裝置，使浮球桿較緩慢動(dòng)作。

5)選取平緩的流量開度曲線，更換新特性浮球閥。

6)減小活塞兩側(cè)油孔的直徑，延緩活塞左側(cè)腔室充油速度，使活塞只能緩慢關(guān)閉。

(2)優(yōu)化系統(tǒng)，在發(fā)生浮球閥油擊等故障時(shí)可以有效處理，具體方法為:

1)在浮球閥入口管路加裝安全閥、溢流閥連接至真空油箱，保護(hù)入口管路安全。

2)當(dāng)浮球閥動(dòng)作失靈且不能立即將真空油箱退出運(yùn)行時(shí)，作為應(yīng)急處理辦法，可將浮球閥前進(jìn)油管路的閥門開度關(guān)小，適當(dāng)降低真空油箱液位，人為控制補(bǔ)油速度。

5 結(jié)束語

發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)是否正常對(duì)發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行影響很大，通過對(duì)華能銅川電廠2臺(tái)600 MW發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)油擊故障的分析可以看出:油擊現(xiàn)象可造成管道振動(dòng)、碰磨，法蘭盤墊片開裂跑油，閥門濾芯等設(shè)備損壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成發(fā)電機(jī)進(jìn)油、氫氣泄漏、停機(jī)等事故，必須引起足夠的重視。浮球閥選型時(shí)需要選取合適的流量開度曲線，既要避免浮球閥異常靈敏，又要避免真空油箱液位產(chǎn)生較大范圍的波動(dòng)。

［1］趙小飛.發(fā)電機(jī)雙流環(huán)密封油系統(tǒng)分析［J］.科技資訊，2010(19):144.

［2］高海.發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)啟動(dòng)調(diào)試中存在的問題及處理方法［J］.東北電力技術(shù)，2000(8):11－14.

［3］李忠信.大容量發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)常見故障淺析［J］.江蘇電器，2005(3):26－28.

［4］史彩菊.200 MW氫冷發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)的改進(jìn)方案［J］.華北電力技術(shù)，2001(2):53 －54.