發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)常見故障及解決對(duì)策

浙江大唐烏沙山發(fā)電有限責(zé)任公司 胡正春

為對(duì)氫冷發(fā)電機(jī)進(jìn)行保護(hù)，確保發(fā)電機(jī)其內(nèi)部氫氣密封良好不外泄，避免密封油污染發(fā)電機(jī)內(nèi)部氣體——?dú)錃?，發(fā)電機(jī)需要建立起一套完整的密封油系統(tǒng)，保障其安全可靠運(yùn)轉(zhuǎn)，而該系統(tǒng)的能力與穩(wěn)定又取決于密封瓦結(jié)構(gòu)、回油供油等系統(tǒng)的穩(wěn)定，以下介紹氫冷發(fā)電機(jī)封油系統(tǒng)常見的故障和對(duì)策。

1 發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)概述

大多數(shù)發(fā)電機(jī)的密封燃油系統(tǒng)規(guī)格都是雙流循環(huán)或單流循環(huán)的密封燃油系統(tǒng)，而在其中又主要由汽輪機(jī)油供油系統(tǒng)、汽輪機(jī)回燃油系統(tǒng)、汽輪機(jī)最大真空度控制系統(tǒng)、汽輪機(jī)壓力均衡控制系統(tǒng)等幾個(gè)環(huán)節(jié)所組成。

供油系統(tǒng)主要由發(fā)電機(jī)油密封泵、冷卻裝置、差壓閥等裝置構(gòu)成，顧名思義，其功能是為整個(gè)密封油系統(tǒng)供給密封所使用的油液，密封油油液以汽輪機(jī)系統(tǒng)中的潤滑油提供，又可靠自身供油系統(tǒng)提供。

密封油系統(tǒng)中的回油系統(tǒng)則是由密封瓦結(jié)構(gòu)主要構(gòu)成，密封油流經(jīng)密封瓦之后被其一分為二，即為氫氣側(cè)回油和空氣側(cè)回油，這樣在密封瓦與發(fā)電機(jī)軸承之間的空隙就可被封閉起來，避免了氫氣泄露，同時(shí)還可以潤滑機(jī)械，從而冷卻了密封瓦。在密封瓦中，可分成回油擴(kuò)展槽、浮子油箱、回油腔室等，當(dāng)密封油流入回油腔室時(shí)，回油擴(kuò)展槽、浮子油箱這一段壓差回油的過程中，回油是否順滑取決于回油腔室的體積和回油孔的孔徑，體積越大，孔徑越大，其所能造成的密封油位面差就越大，這樣就能以更大的壓差動(dòng)力推動(dòng)密封油回流，使其回流過程會(huì)更順滑無礙。

發(fā)電機(jī)的真空系統(tǒng)與壓力平衡體系，則主要是由上文所述的回油擴(kuò)大槽、浮子油缸以及真空油室、氫油管壓力差裝置等設(shè)備所組成封油系統(tǒng)的壓力平衡結(jié)構(gòu)，使封油在進(jìn)入密封瓦后可以保持密封油沒有雜質(zhì)并在系統(tǒng)中循環(huán)，且能夠保證差壓閥正常工作，為密封油回流提供保障[1]。

2 密封油系統(tǒng)中存在的主要問題分析

2.1 密封瓦進(jìn)油壓力

發(fā)電機(jī)密封瓦的進(jìn)油有時(shí)會(huì)出現(xiàn)異常，其主要原因就是由于密封瓦氣壓不平衡，進(jìn)油氣壓產(chǎn)生較大的震蕩或氫油壓差產(chǎn)生較大反差，而密封瓦進(jìn)油量也會(huì)產(chǎn)生較大的撥動(dòng)，從而造成密封油回流量不平衡，突然增大會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生進(jìn)油不平順等問題。從中可以發(fā)現(xiàn)，密閉瓦進(jìn)油的系統(tǒng)能否平穩(wěn)有賴于水泵與差壓閥門之間能否平穩(wěn)，因此若是壓差閥出現(xiàn)調(diào)節(jié)上的問題或者收到異常因素干擾，就會(huì)對(duì)密封瓦進(jìn)油的穩(wěn)定造成影響，從而會(huì)影響到發(fā)電機(jī)的使用性能和狀態(tài)。

2.2 密封油回油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題

2.2.1 密封瓦座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)出現(xiàn)的問題

回油系統(tǒng)密封瓦座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)時(shí)，會(huì)造成密封油回油系統(tǒng)回油不順暢，以QFSN-600型發(fā)電機(jī)為例，該型號(hào)發(fā)電機(jī)的密封瓦底座設(shè)計(jì)的回油孔是以直孔在界面設(shè)置上多個(gè)回油孔，再匯流至母管內(nèi)，形成回流閉環(huán)，但是基于該種回油孔的結(jié)構(gòu)，會(huì)在密封瓦回油量增加時(shí)因密封油在回流量增加時(shí)，因向下回流的密封油不能正常向下流動(dòng)而堵住回油孔，造成密封瓦內(nèi)腔油液大量匯集問題，出現(xiàn)油孔堵塞從而影響發(fā)電機(jī)正常進(jìn)出油。

2.2.2 密封瓦結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)出現(xiàn)的問題

除了密封瓦座結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不當(dāng)會(huì)引起密封油回油系統(tǒng)回油不暢外，密封瓦結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)也會(huì)引起發(fā)電機(jī)密封油回油不暢。根據(jù)單流環(huán)設(shè)計(jì)的密閉瓦結(jié)構(gòu)，當(dāng)密閉瓦環(huán)設(shè)計(jì)為四瓦塊結(jié)構(gòu)時(shí)，當(dāng)發(fā)電機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)，其轉(zhuǎn)臂會(huì)受到密閉瓦與轉(zhuǎn)軸之間間隙的油液壓力，迫使轉(zhuǎn)軸方向的密封瓦環(huán)隨著發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)而偏移，而在密封瓦環(huán)的側(cè)面又會(huì)緊貼著密封瓦殼，這就會(huì)使密封瓦塊和殼之間形成摩擦，從而使得密封瓦塊在隨轉(zhuǎn)臂移動(dòng)時(shí)無法同步移動(dòng)，即出現(xiàn)密封盲區(qū)，這樣會(huì)造成密封油泄露，從而影響發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和安全，這種情況只能等到密封瓦塊重新正常歸位后，平復(fù)密封瓦塊和轉(zhuǎn)軸間的間隙，這樣才能使避免密封瓦泄露密封油。

2.2.3 回油擴(kuò)大槽設(shè)計(jì)不當(dāng)出現(xiàn)的問題

發(fā)電機(jī)的回油擴(kuò)大槽設(shè)計(jì)不當(dāng)也會(huì)引發(fā)發(fā)電機(jī)回油不暢問題。以QFSN-600發(fā)電機(jī)為例，汽端與勵(lì)端翻油擴(kuò)展槽共用氣浮子油箱，汽端和勵(lì)端兩部分會(huì)因回油擴(kuò)大槽氫氣循環(huán)時(shí)出現(xiàn)油霧而造成壓力失衡，使回油擴(kuò)大槽出現(xiàn)偏移等情況，基于其共用一個(gè)浮子油箱的設(shè)計(jì)，就會(huì)在回油擴(kuò)大槽內(nèi)部產(chǎn)生壓力失衡時(shí)，氣體壓力高的一側(cè)會(huì)因壓差問題使另一側(cè)的密封油液面上升，當(dāng)壓力到達(dá)一定程度就會(huì)沒及密封油母管管口，這樣就會(huì)使氫側(cè)密封油回油與空側(cè)密封油回油不平衡，造成發(fā)電機(jī)回油系統(tǒng)不順暢。

2.2.4 密封瓦的回油腔室的容積設(shè)計(jì)不足、腔室過小

密封瓦的回油腔室的容積設(shè)計(jì)不足、腔室過小時(shí)，也會(huì)在成回油系統(tǒng)不順暢。為減少發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子長度，會(huì)在設(shè)計(jì)密封瓦時(shí)，減少回油腔室容積，從而減少回油腔室與轉(zhuǎn)軸間的距離，這樣在發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，密封油流經(jīng)密封瓦回油時(shí)產(chǎn)生的煙狀或霧狀油液就不能快速凝結(jié)液化，隨著整個(gè)密封瓦回油腔室內(nèi)油液的濃度不斷提升，部分油液或煙狀或霧狀，會(huì)沿著擋油環(huán)向發(fā)電機(jī)定子擴(kuò)散，并且在沿途由于溫度降低等因素凝聚吸附在發(fā)電機(jī)內(nèi)部及表面，造成發(fā)電機(jī)回油不暢、漏油等問題。

2.3 密封油系統(tǒng)受干擾或出現(xiàn)異常時(shí)的問題

密封油系統(tǒng)容易在供油系統(tǒng)、浮子油箱、浮球閥等區(qū)域受到干擾或出現(xiàn)異常。首先在供油系統(tǒng)中，由于密封油的供油壓力受氫制動(dòng)油壓差閥調(diào)整而變動(dòng)，所以如果壓差閥閥門前后氣壓波動(dòng)較大，波動(dòng)次數(shù)頻繁而無法控制時(shí)，會(huì)造成壓差閥會(huì)頻繁動(dòng)作或出現(xiàn)閥門卡澀，難以調(diào)節(jié)等問題，這樣供油壓力就會(huì)不穩(wěn)定，就無法保障密封油供油系統(tǒng)能正常循環(huán)工作，無法保證回油順暢。

其次在浮子油箱運(yùn)作時(shí)，其調(diào)節(jié)閥會(huì)由于浮子油箱內(nèi)抽出空氣流量，與流入浮子油箱的密封油流量不均衡而出現(xiàn)浮箱內(nèi)液面異常，當(dāng)浮子油箱內(nèi)液面波動(dòng)，上升或下降，會(huì)影響到回油擴(kuò)大槽和空氣抽出槽，當(dāng)浮子油箱內(nèi)液面迅速上漲、回油擴(kuò)大槽內(nèi)密封液也跟著增加，影響到密封瓦回油腔室，使腔室內(nèi)密封油進(jìn)油量增加，導(dǎo)致溢出的密封油流入發(fā)電機(jī)內(nèi)；相反浮子油箱內(nèi)液面迅速衰減時(shí)，會(huì)使氫氣從浮子油箱內(nèi)泄露，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)漏氫，其內(nèi)部壓力不平衡，無論是發(fā)電機(jī)漏氫還是漏油，都會(huì)影響到發(fā)電機(jī)功能。而空心浮球則會(huì)因上述因素磨損而受損，在其破損后密封油會(huì)流入浮球，那么隨著浮球內(nèi)密封油油量增加，空心浮球的高度就會(huì)隨之降低，導(dǎo)致浮球閥閥門開度減小，進(jìn)而影響浮子油箱進(jìn)、回油量不平衡，進(jìn)油量大、回油量小，使浮子油箱內(nèi)密封油液面持續(xù)變高，如此循環(huán)下去，在浮子油箱油量溢出后，密封油則會(huì)流向發(fā)電機(jī)，造成密封油系統(tǒng)混亂，發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障[2]。

3 發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)的優(yōu)化措施和投運(yùn)流程

3.1 供油系統(tǒng)的優(yōu)化

針對(duì)密封油供油系統(tǒng)的優(yōu)化，可以從氫油壓差閥和密封瓦環(huán)入手。首先，由于氫油壓差調(diào)節(jié)閥屬于自主式調(diào)節(jié)裝置，可以根據(jù)壓差閥出口管口壓力和回油擴(kuò)大槽底部壓力，即根據(jù)油側(cè)壓力和氫側(cè)壓力的壓力差而改變壓差閥閥門大小，從而控制密封油進(jìn)油、出油油量，一旦油側(cè)壓力與氫側(cè)壓力的壓差波動(dòng)異常時(shí)，可在氫油壓差調(diào)節(jié)閥引壓管道處設(shè)置節(jié)流孔以消除壓差波動(dòng)而造成壓差閥功能異常，當(dāng)壓差閥出口管腔室快速發(fā)生變化時(shí)，橡膠隔膜能夠迅速應(yīng)對(duì)壓力變化而隨著壓力變化移動(dòng)，使閥桿跟著移動(dòng)至低壓側(cè)，如此反復(fù)至內(nèi)部壓差平衡，這期間，壓差閥功能就會(huì)受到影響，在增設(shè)節(jié)流孔后，壓差閥出口的管口壓力會(huì)因此受到阻尼振蕩的效益使壓力波動(dòng)不外擴(kuò)，從而達(dá)到穩(wěn)定調(diào)節(jié)閥，減少壓差波動(dòng)對(duì)壓差閥閥位干擾的目的。

其次，在設(shè)計(jì)優(yōu)化的單流環(huán)或四瓦塊式密封瓦時(shí)，基于其繞轉(zhuǎn)子會(huì)產(chǎn)生的間隙不平衡，也可以選用整圈都穩(wěn)定的密封瓦環(huán)，本設(shè)計(jì)主要是將密封瓦環(huán)與轉(zhuǎn)子結(jié)合面固定，形成一個(gè)整體。結(jié)合研究發(fā)現(xiàn)，在確定密封瓦的氫油壓差、密封瓦長度、密封瓦環(huán)內(nèi)徑與外徑等結(jié)構(gòu)參數(shù)后，密封瓦的泄油量就僅與密封瓦的間隙正相關(guān)，因此當(dāng)運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸跳動(dòng)時(shí)，隨著四瓦塊結(jié)構(gòu)密封瓦的間隙增大，密封瓦泄油量也會(huì)不斷變大，因此在以上結(jié)構(gòu)參數(shù)符合標(biāo)準(zhǔn)的情況下，只需要保證密封瓦的間隙不會(huì)隨著發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸跳動(dòng)而變大即可，于是設(shè)計(jì)并采用出了一種整圈固定的密封瓦環(huán)結(jié)構(gòu)，這樣就能確保密封瓦環(huán)與轉(zhuǎn)軸間的間隙不變，保證密封油穩(wěn)定回流。

3.2 回油系統(tǒng)的優(yōu)化

3.2.1 密封瓦回油腔室優(yōu)化

針對(duì)密封油回油系統(tǒng)所出現(xiàn)的常見問題，本文做出針對(duì)性優(yōu)化措施。

為了減少因密封瓦氫側(cè)回油腔室容積不足而導(dǎo)致的密封瓦回油量異常，腔室液面上漲，最終溢進(jìn)發(fā)電機(jī)，造成故障的現(xiàn)象，其本質(zhì)原因是氫側(cè)回油腔室容積不足，所以擴(kuò)大氫側(cè)回油腔室容積，合理改善密封瓦回油腔室周圍布局就能解決此問題；為了減少因密封瓦底部或回油槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)造成回油系統(tǒng)回油不順暢的氣堵現(xiàn)象，線將回油口設(shè)計(jì)成帶有坡度等增加回油孔延續(xù)和伸展面積的結(jié)構(gòu)，保證回油腔室底座回油孔面積大于回油母管截面積，保證密封油回流順暢。

3.2.2 回油擴(kuò)大槽、浮子油箱優(yōu)化

為避免因回油擴(kuò)大槽汽端和勵(lì)端兩端口，因氫氣循環(huán)而出現(xiàn)壓力差造成回油擴(kuò)大槽偏移，從而造成因出現(xiàn)壓差而導(dǎo)致氫側(cè)密封油回油與空側(cè)密封油回油不平衡，從而造成發(fā)電機(jī)回油系統(tǒng)不順暢的現(xiàn)象，現(xiàn)將高位回油油管管口設(shè)計(jì)成鋸齒不規(guī)則狀結(jié)構(gòu)，如此可將回流的密封液分流，以緩解在回流擴(kuò)大槽液面上升時(shí)因壓力不平衡而密封油堵住回燃料管嘴的問題，并且還將分別對(duì)汽端勵(lì)端與回油擴(kuò)大槽設(shè)有浮子油箱，這樣可從根本上解決因氫氣循環(huán)連通造成汽、勵(lì)兩段氣壓不均衡而產(chǎn)生的發(fā)電機(jī)進(jìn)油現(xiàn)象，即將汽端和勵(lì)端設(shè)計(jì)為兩個(gè)獨(dú)立的回油系統(tǒng)，而增設(shè)浮子油箱，可以保證回油擴(kuò)大槽聯(lián)通管道的分隔，汽端和勵(lì)端均單獨(dú)回油，不相互影響；為防止在花車油箱中浮球閥因氣、油流速不同而造成的花車油箱液面異常，從而造成汽車漏氫和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)油的情況，可將浮球閥設(shè)計(jì)成懸擺式的實(shí)心浮球閥，而為了保證浮球在受損時(shí)也能提供充足的福利以保障浮球閥的正常功能，可以將浮球設(shè)計(jì)為內(nèi)部填充如泡沫等材料的實(shí)心浮球，此外若將浮球閥設(shè)計(jì)成自帶滾動(dòng)軸承的款式，則可以大大增加浮球閥功能的穩(wěn)定性。

3.3 密封油系統(tǒng)投入運(yùn)作前測試操作流程

一是在現(xiàn)場檢測及密封油系統(tǒng)的保養(yǎng)工作完畢后，立即拆除安全防護(hù)，在結(jié)束工作票期后，檢驗(yàn)密封油各系統(tǒng)、各設(shè)備有無異常，再檢驗(yàn)密封油油泵絕緣有無異常。二是如果所進(jìn)行的封油系統(tǒng)檢測規(guī)模不大，且系統(tǒng)仍未放油，則不要求對(duì)系統(tǒng)再進(jìn)行抽注密封油，而是直接檢測密封的油貯油箱、真空油箱和氫側(cè)油箱等油位是否符合規(guī)范。三是通過對(duì)照密閉燃油管理系統(tǒng)內(nèi)的檢測卡，將密閉燃油管理系統(tǒng)內(nèi)各閥狀態(tài)調(diào)至開啟值后，在密封油系統(tǒng)開始運(yùn)行前務(wù)必保證發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)無壓力差，不然將會(huì)造成啟動(dòng)后的氫側(cè)油箱內(nèi)回油道不通暢，進(jìn)而影響發(fā)動(dòng)機(jī)正常進(jìn)油量，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的氣壓差值增大至50kPa以上且氫側(cè)油箱油位正?？梢姾螅m時(shí)關(guān)閉密封油氫側(cè)油箱浮球閥閥門。四是開啟密封油排煙風(fēng)機(jī)，觀察其正常工作后，即啟備用連鎖。五是檢查密封油真空泵，確保潤滑油位正常，并關(guān)閉密封油真空泵的進(jìn)口電動(dòng)門系統(tǒng)和旁路自動(dòng)門系統(tǒng)，同時(shí)開啟密封油真空泵氣鎮(zhèn)閥。六是首先開啟密封油真空泵，待其正常工作較長時(shí)間后再關(guān)閉氣鎮(zhèn)閥，然后打開密封油真空泵進(jìn)口手動(dòng)閥門，以控制真空泵進(jìn)口的壓力標(biāo)準(zhǔn)偏差，此動(dòng)作需要保證其與負(fù)壓標(biāo)準(zhǔn)的偏差平穩(wěn)變化，不然將引起真空油箱油位變化，密封油油泵必停機(jī)。七是啟動(dòng)油泵，檢查密封油系統(tǒng)中有無滲漏，油氫差壓閥動(dòng)作是否正常，各油箱油位是否正常。如果發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)內(nèi)氣體壓力過高，則必須對(duì)密封油泵進(jìn)行連鎖測試。八是對(duì)密封油裝置進(jìn)行注油、注水排氣，對(duì)其停機(jī)后放油，啟用時(shí)按操作票注油操作。

發(fā)電機(jī)作為能量轉(zhuǎn)換的重要裝置，其安全穩(wěn)定性與能量轉(zhuǎn)換的效率有著非常密切的關(guān)系。而發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)作為當(dāng)前發(fā)電機(jī)重要的輔助系統(tǒng)之一，在運(yùn)行過程中所發(fā)生的進(jìn)油以及漏氫等問題也是當(dāng)前密封油系統(tǒng)中較為普遍的問題。在發(fā)電廠實(shí)際工作的過程中，要針對(duì)運(yùn)行的各種狀況及其出現(xiàn)的實(shí)際故障，對(duì)其采用不同的對(duì)策措施，確保密封油系統(tǒng)的順利工作。在整個(gè)發(fā)電廠的工作流程中，要提高對(duì)密閉油系統(tǒng)系統(tǒng)管理工作的注重程度，嚴(yán)格地管理運(yùn)行中每一環(huán)節(jié)，使之保持良好的工作水平。