趙國欽，鄭桂波

（廣東粵電靖海發(fā)電有限公司，廣東 廣州 515223）

0 引言

氫冷發(fā)電機(jī)的軸端密封一般采用油密封，油源取用汽輪機(jī)潤滑油系統(tǒng)或自身密封油系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子兩端各有一套風(fēng)扇形成自密封瓦區(qū)域向定子中心的動力壓差，推動氫氣從兩端至發(fā)電機(jī)定子中心區(qū)域流動，使氫氣經(jīng)過發(fā)電機(jī)定子內(nèi)部冷卻器冷卻。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與定子的動密封主要依靠密封瓦來完成，密封瓦回油系統(tǒng)的工作性能對密封油系統(tǒng)氫氣與空氣的隔離有很大的影響，尤其是發(fā)電機(jī)兩端氫側(cè)回油共用一個浮子油箱時，更要求發(fā)電機(jī)兩端的氫氣壓力相同。

某QFSN-600型發(fā)電機(jī)在運(yùn)行期間出現(xiàn)發(fā)電機(jī)汽端、勵端氫氣壓力不相同，汽端氫氣壓力低于勵端氫氣壓力，導(dǎo)致運(yùn)行期間發(fā)電機(jī)定子汽端出現(xiàn)持續(xù)進(jìn)油，污染整個發(fā)電機(jī)定子線圈和轉(zhuǎn)子槽隙。

1 密封油系統(tǒng)設(shè)備

1.1 密封油系統(tǒng)及主要設(shè)備

該型發(fā)電機(jī)的密封油回油系統(tǒng)主要由回油擴(kuò)大槽、浮子油箱、空氣抽出槽等組成。密封油主要來自潤滑油系統(tǒng)油源，進(jìn)入密封油系統(tǒng)后由密封油泵通過油氫壓差調(diào)節(jié)閥維持穩(wěn)定的油壓進(jìn)入密封瓦內(nèi)進(jìn)行密封。發(fā)電機(jī)汽端和勵端回油共用一個回油擴(kuò)大槽、浮子油箱，回油擴(kuò)大槽、浮子油箱上半部分氫氣壓均為發(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣壓力，回油擴(kuò)大槽至浮子油箱段的回油依靠高差自流，見圖1。由于密封油系統(tǒng)油氫差壓調(diào)節(jié)閥的自平衡氫壓取樣壓力分別取自回油擴(kuò)大槽，考慮氫側(cè)壓力取樣管內(nèi)的液柱壓力，回油擴(kuò)大槽一般布置標(biāo)高靠近發(fā)電機(jī)密封瓦部位。

圖1 密封油系統(tǒng)主要設(shè)備及流程

1.2 密封瓦回油裝置主要組件

密封瓦回油主要組件有發(fā)電機(jī)端蓋、內(nèi)擋油環(huán)、密封瓦組件等。密封瓦殼與發(fā)電機(jī)端蓋、內(nèi)檔油環(huán)組成的底部腔體為密封瓦回油腔體，如圖2（a）中A區(qū)域；回油腔體底部排列6個回油孔，6個回油孔在發(fā)電機(jī)端蓋內(nèi)匯流成一個回油腔室，回油腔室與外部回油管道連接，如圖2（b）所示。回油母管管口與回油擴(kuò)大槽進(jìn)油口垂直高度1.5 m，再經(jīng)過水平管路接入回油擴(kuò)大槽進(jìn)油口?；赜蛿U(kuò)大槽與浮子油箱的垂直高度差為4 m。

圖2 氫側(cè)回油軸承箱體結(jié)構(gòu)

1.3 回油擴(kuò)大槽結(jié)構(gòu)

密封油回油擴(kuò)大槽兩端進(jìn)油口連接發(fā)電機(jī)汽端和勵端回油母管，在內(nèi)部被擋板分割成兩部分相對獨(dú)立腔室A、B，回油擴(kuò)大槽共用一個回油母管，依靠底部回油U型管聯(lián)絡(luò)，匯合后依靠液位差自流進(jìn)入浮子油箱，如圖3所示。工作時由于A、B腔室內(nèi)壓力基本相同，兩側(cè)出現(xiàn)的液位偏差很小，兩個腔室的液位面基本在同一個水平面上，HA≈HB，不會使某側(cè)回油液面淹沒腔室進(jìn)油管口，可以保證回油擴(kuò)大槽前后各管路的回油順暢［1-2］。

圖3 密封油回油擴(kuò)大槽結(jié)構(gòu)

假如A、B腔室內(nèi)氣體壓力出現(xiàn)較大的偏差時，如 pA＜pB時，會出現(xiàn) HA＞HB。 當(dāng) pA、pB的壓差足夠大，HA的液位接近HO時，A腔室密封油液面會逐漸升高并封閉水平回油管口，其接納對應(yīng)密封瓦回油腔體的回油能力快速降低。

2 發(fā)電機(jī)兩端氫氣壓差的影響

由于回油擴(kuò)大槽汽端和勵端的A、B腔室回油連通底部連接U型管，兩端壓力不均衡的大小會有所區(qū)別，可以分為兩種情況。

2.1 勵端氣壓高于汽端氣壓

該部分主要分為3個狀況：

1）回油擴(kuò)大槽液位高度 HA＜HO。

當(dāng)回油擴(kuò)大槽A、B兩個腔室內(nèi)液面以上的氣體壓力pA＜pB，A腔室內(nèi)的液位在壓差的作用下升高。A腔室內(nèi)的液位面高度HA＜HO時，A腔室內(nèi)的氣體與發(fā)電機(jī)汽端風(fēng)扇入口處氣體通過A腔室的進(jìn)油管連通，兩處氣體壓力相同。密封瓦回油腔體的回油此時依靠高差自流，回油流通管路依然暢通。

2）回油擴(kuò)大槽液位高度HA≥HO

當(dāng)壓差繼續(xù)增加，回油擴(kuò)大槽內(nèi)A腔室內(nèi)液位達(dá)到HO時，A腔室內(nèi)液面會封閉整個回油管道，水平管道內(nèi)滿盈液體，擴(kuò)大槽內(nèi)液位面以上形成封閉氣體腔室，隔絕與發(fā)電機(jī)膛內(nèi)氣體的連通，如圖4所示。

圖4 A腔室液位面高度HA上升至HO后示意

此時A腔室內(nèi)液面以上的氣體成為封閉氣體，隨著垂直管道內(nèi)H3液位面的上升，其壓力也會相應(yīng)升高，但在HO高度的液位穩(wěn)定后，整個回油擴(kuò)大槽的A、B回油腔室達(dá)到一個平衡狀態(tài)：汽端回油穩(wěn)定液位面高度大于勵端回油穩(wěn)定液位面高度；汽端回油腔體積為垂直管道的容積，勵端回油腔體積維持原有狀態(tài)。

對于汽端，回油腔體積驟然大幅度減小，垂直回油管液位面與密封瓦座回油孔之間垂直高度較?。?.5 m）。密封油在轉(zhuǎn)軸高速旋轉(zhuǎn)作用下，其回油夾帶數(shù)量比較穩(wěn)定的霧化油滴，霧化油滴需要足夠的空間才能比較充分的凝聚成油流向下流動而不至于彌散出去。由于回油液位面的升高，霧化油滴在減小的空間內(nèi)不能充分聚集成更大的油滴向下流動，未凝聚的部分霧滴會向密封瓦內(nèi)擋油環(huán)濃度較低部位移動，并通過擋油環(huán)在發(fā)電機(jī)端部風(fēng)扇的“空吸”作用下，通過發(fā)電機(jī)膛內(nèi)風(fēng)扇入口進(jìn)入風(fēng)扇流道內(nèi)［3］；并凝聚在發(fā)電機(jī)定子內(nèi)部和轉(zhuǎn)子通風(fēng)孔，凝聚的油滴會形成比較大的油流，向下流動進(jìn)入發(fā)電機(jī)定子底部的腔室和出線封母部位蓄積［4-5］。發(fā)電機(jī)進(jìn)油表現(xiàn)為持續(xù)小流量或微量從定子底部排油。

3）汽端回油液位達(dá)到密封瓦座內(nèi)擋油環(huán)部位。

當(dāng)兩端壓差繼續(xù)增加，汽端回油液位會沿著垂直回油管道上升，直至接近或達(dá)到圖2所示的內(nèi)油擋密封齒部位時，密封瓦回油會持續(xù)性大量通過內(nèi)擋油環(huán)進(jìn)入發(fā)電機(jī)定子內(nèi)。部分密封油會通過端部風(fēng)扇的“空吸”作用被帶入并流經(jīng)整個發(fā)電機(jī)定子內(nèi)各部件，污染整個發(fā)電機(jī)膛內(nèi)氫氣經(jīng)過的各部位，該狀態(tài)下發(fā)電機(jī)定子進(jìn)油量遠(yuǎn)高于回油擴(kuò)大槽內(nèi)液位達(dá)到HA=HO的狀態(tài)。

2.2 汽端氣壓高于勵端氣壓

當(dāng)回油擴(kuò)大槽A、B兩個腔室內(nèi)液面以上的氣體壓力pA＞pB，A腔室與B腔室之間存在U型管液柱差，壓差不超過液柱高度H1時，不會對B腔室產(chǎn)生影響，B腔室依然能順暢自流至浮子油箱。在壓差超過液柱高度H1時，A腔室的壓力才會在兩個腔室的管接口部位對B腔室產(chǎn)生影響，造成B腔室內(nèi)液位在壓差的作用下升高。同樣B腔室內(nèi)的液位面高度HB＜HO時，B腔室內(nèi)的氣體與發(fā)電機(jī)汽端風(fēng)扇入口處氣體通過B腔室的進(jìn)油管連通，兩處氣體壓力相同，密封瓦回油腔體的回油此時依靠高差自流，回油流通管路依然暢通。

當(dāng)壓差繼續(xù)增加，回油擴(kuò)大槽內(nèi)B腔室內(nèi)液位達(dá)到HO時，A腔室內(nèi)液面會封閉整個回油管道，水平管道內(nèi)滿盈液體，擴(kuò)大槽內(nèi)液位面以上形成封閉氣體腔室，隔絕與發(fā)電機(jī)膛內(nèi)氣體的連通，開始發(fā)生與2.1節(jié)同樣的結(jié)果，造成發(fā)電機(jī)內(nèi)持續(xù)的油霧進(jìn)入、凝聚、蓄積、污染等問題。

3 氫氣壓差影響回油的解決方案

發(fā)電機(jī)定子進(jìn)油主要原因是汽端和勵端出現(xiàn)氣壓不均衡，因此可以通過消除氣壓不均衡和提高系統(tǒng)對氣壓不均衡的抗干擾能力來解決。

3.1 消除汽端和勵端氣壓不均衡

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)部軸向沿發(fā)電機(jī)磁力中心線向兩側(cè)對稱布置。氫氣流動的動力源是位于發(fā)電機(jī)兩側(cè)的風(fēng)扇，理論上該兩組風(fēng)扇扇葉是相同的，其目的是保證風(fēng)扇隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的風(fēng)壓、流量也相同。

兩組風(fēng)扇扇葉型式、轉(zhuǎn)速及流道完全相同時，經(jīng)過扇葉本體產(chǎn)生的風(fēng)量Q、功率Pe相同。風(fēng)扇產(chǎn)生的風(fēng)壓ΔP與風(fēng)量Q、風(fēng)扇效率η、風(fēng)扇功率Pe之間的關(guān)系為：兩組風(fēng)扇等速運(yùn)行狀態(tài)下，當(dāng)兩端風(fēng)扇的徑向間隙不一致時，徑向間隙較小一端的風(fēng)扇效率高于徑向間隙較大一端的風(fēng)扇效率，進(jìn)而導(dǎo)致徑向間隙較小一端的風(fēng)壓高于徑向間隙較大一端的風(fēng)壓［6］。

實(shí)際使用時，在風(fēng)扇自身技術(shù)數(shù)據(jù)相同的情況下，保證發(fā)電機(jī)兩端風(fēng)壓在安裝時主要保證其動葉與風(fēng)擋徑向間隙的一致，可確保兩組風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)時產(chǎn)生風(fēng)壓的均衡。

3.2 提高系統(tǒng)對氣壓不均衡的抗干擾能力

A、B腔室回油管均設(shè)置U型回油管并增加H1的高度。雙U型管設(shè)置是在兩端任何一端出現(xiàn)氣壓不均衡時，均需要克服本腔室對應(yīng)的U型管液柱高度才能對另一個腔體產(chǎn)生影響而降低其回油能力。增加U型管液柱高度H1，主要是發(fā)電機(jī)汽端和勵端壓差更高時才能克服H1液柱高度對低壓側(cè)腔室發(fā)生作用，減弱壓差不均衡對低壓側(cè)回油能力的影響。

設(shè)置雙浮子油箱，汽端和勵端兩側(cè)單獨(dú)回油。在回油擴(kuò)大槽后設(shè)置雙浮子油箱，分別連接回油擴(kuò)大槽的A、B腔室，取消A、B腔室的聯(lián)絡(luò)管，浮子油箱與回油擴(kuò)大槽的氣壓平衡管分別連接A、B腔室。汽端和勵端形成完全獨(dú)立的回油系統(tǒng)，可以完全消除兩端氣壓不均衡導(dǎo)致的一側(cè)腔室液位面升高問題。由于空氣抽出槽在回油系統(tǒng)中屬于低壓回油箱，其箱體內(nèi)屬于微負(fù)壓區(qū)，浮子油箱與空氣抽出槽之間是完全依靠壓差回油，不會對回油系統(tǒng)造成任何影響。

4 氣壓差回油的影響及處理

本臺發(fā)電機(jī)在運(yùn)行期間，初期進(jìn)行定子汽端底部油水檢測時持續(xù)性排出較大量密封油，勵端底部也有少量密封油持續(xù)排出。通過降低氫油壓差、提高氫氣壓力等多種手段均不能使該狀況得到根本的改善，僅能將定子排油量略有降低［7］。

4.1 發(fā)電機(jī)運(yùn)行期間的控制措施

汽端回油擴(kuò)大槽底部排污管直接引入浮子油箱，增加回油擴(kuò)大槽至浮子油箱的自流能力，減少勵端氣壓對汽端回油能力的影響。采取該方式后發(fā)電機(jī)定子汽端底部排油量有明顯減少，但仍然持續(xù)性排出密封油；勵端底部偶爾會有少量密封油排出［8］。

汽端回油擴(kuò)大槽底部排污管引入空氣抽出槽，依靠氣壓差增加回油擴(kuò)大槽的回油能力，控制排油量不過量避免氫氣外漏。采取該方式后發(fā)電機(jī)定子汽端排油量進(jìn)一步減少。

以上兩項(xiàng)措施為臨時措施，說明發(fā)電機(jī)定子進(jìn)油主要是由于汽端回油擴(kuò)大槽油位甚至汽端回油系統(tǒng)油位偏高所致，降低其液位可以比較有效地減少發(fā)電機(jī)進(jìn)油量。

4.2 發(fā)電機(jī)檢修時的處理措施

發(fā)電機(jī)解體時發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)子體表面沾染大量油跡，定子內(nèi)部線圈、內(nèi)殼體及各氫氣流過部分均沾染大量的油跡，定子底部蓄積大量污油；發(fā)電機(jī)汽端風(fēng)扇與擋風(fēng)環(huán)徑向間隙大于4.0 mm，勵端風(fēng)扇與擋風(fēng)環(huán)徑向間隙1.5 mm。密封油系統(tǒng)所屬設(shè)備、設(shè)施未發(fā)現(xiàn)異常。

汽端風(fēng)扇徑向間隙遠(yuǎn)大于勵端風(fēng)扇徑向間隙，兩組風(fēng)扇扇葉型式、轉(zhuǎn)速、工作高度及流道完全相同。兩組風(fēng)扇同軸，汽端風(fēng)扇內(nèi)漏損失大于勵端風(fēng)扇內(nèi)漏損失，汽端風(fēng)扇效率小于勵端風(fēng)扇效率，致使汽端風(fēng)壓低于勵端風(fēng)壓。

在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子風(fēng)扇組不做調(diào)整時，影響其效率的主要因素是內(nèi)漏損失。將汽端風(fēng)扇與勵端風(fēng)扇徑向間隙調(diào)整一致，將兩組風(fēng)扇徑向間隙均調(diào)整至1.5 mm，盡量消除其內(nèi)漏損失不一致導(dǎo)致的兩端風(fēng)壓不相同。

調(diào)整后的發(fā)電機(jī)運(yùn)行后，將外部密封油回油系統(tǒng)恢復(fù)至原設(shè)計狀態(tài) （拆除加裝的輔助回油管路），發(fā)電機(jī)定子未再出現(xiàn)進(jìn)油問題。經(jīng)過兩年的運(yùn)行后重新解體發(fā)電機(jī)本體，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、定子內(nèi)部各部件清潔無油污存在。通過將發(fā)電機(jī)汽端和勵端風(fēng)壓調(diào)整一致后解決風(fēng)壓不均衡導(dǎo)致的進(jìn)油問題。

5 結(jié)語

對于QFSN-600型發(fā)電機(jī)密封油回油系統(tǒng)，由于系統(tǒng)設(shè)計比較緊湊，各回油腔室的體積較小，汽端、勵端兩組風(fēng)扇運(yùn)行時如出現(xiàn)兩端氣體壓力不均衡時，對密封油回油系統(tǒng)的回油順暢性影響很大。

檢修維護(hù)時盡量保證汽端、勵端兩組風(fēng)扇安裝參數(shù)符合一致性等要求，確保風(fēng)扇運(yùn)行時其壓力能基本相同；回油擴(kuò)大槽兩側(cè)回油腔室底部聯(lián)絡(luò)回油管均設(shè)置為U型回油管并增加其高度，減弱壓差對回油系統(tǒng)的影響；設(shè)置雙浮子油箱結(jié)構(gòu)，將汽端和勵端回油系統(tǒng)分開，徹底避免兩側(cè)回油系統(tǒng)之間的相互干擾。

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