汽輪發(fā)電機(jī)漏油治理及方案分析

朱青海　楊武　熊穎峰　唐德偉　徐樟楠

摘 要 汽輪發(fā)電機(jī)是發(fā)電廠重要設(shè)備，其安全穩(wěn)定運(yùn)行對發(fā)電廠至關(guān)重要。某發(fā)電廠汽輪發(fā)電機(jī)存在排油不滿足該電站標(biāo)準(zhǔn)的問題，本文以該電站2#機(jī)組為例，通過闡述發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)（GHE）功能，梳理發(fā)電機(jī)漏油情況，提出治理發(fā)電機(jī)漏油的改造方案，并對改造的必要性和可行性進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞 發(fā)電機(jī);漏油;分析及治理。

前言

某電廠2臺(tái)百萬千瓦級全速（3000rpm）汽輪發(fā)電機(jī)，其定子線圈用水冷卻，定子鐵芯和轉(zhuǎn)子線圈用氫氣冷卻，正常運(yùn)行時(shí)為了防止發(fā)電機(jī)內(nèi)部高壓氫氣從轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)殼體間縫隙泄漏出來，設(shè)置了發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)（GHE）。密封油系統(tǒng)在防止氫氣從轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)殼體間縫隙泄漏出來的同時(shí)也要防止發(fā)電機(jī)內(nèi)部氫氣受到密封油所帶空氣的污染，系統(tǒng)設(shè)置了空氣側(cè)密封油和氫氣側(cè)密封油;為了保證在正常運(yùn)行時(shí)氫氣不泄漏到大氣中，要求氫氣側(cè)密封油的油壓大于氫壓;氫側(cè)密封油和發(fā)電機(jī)內(nèi)部氫氣間通過油擋環(huán)和密封齒密封。

目前，該電站2#機(jī)組發(fā)電機(jī)氫側(cè)前后端出現(xiàn)頻繁漏油情況，大約每6天報(bào)警排油一次，該電站要求標(biāo)準(zhǔn)1L/8W;此外，在機(jī)組停機(jī)進(jìn)行發(fā)電機(jī)定子膛內(nèi)部檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)有積油，油會(huì)加速設(shè)備腐蝕與絕緣老化速度;因此，發(fā)電機(jī)前后端出現(xiàn)頻繁漏油問題必須從根本上解決。

1、 發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)（GHE）功能

1.1 GHE系統(tǒng)功能

防止發(fā)電機(jī)內(nèi)部高壓氫氣從轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)殼體間縫隙泄漏;防止氫氣受到密封油所帶空氣的污染;帶走運(yùn)行時(shí)密封瓦產(chǎn)生的熱量;根據(jù)其功能系統(tǒng)設(shè)置了空氣側(cè)密封油子系統(tǒng)和氫氣側(cè)密封油子系統(tǒng)。

1.2 GHE系統(tǒng)運(yùn)行

正常運(yùn)行時(shí)，空、氫側(cè)密封油壓力基本保持平衡且空氣、氫氣側(cè)是各自獨(dú)立的，分別有兩路供油回路。空側(cè)由汽機(jī)潤滑、頂軸和盤車系統(tǒng)（GGR）供油，屬于開式，氫側(cè)由一個(gè)油箱供油，屬于閉式。空氣側(cè)的回油回到一個(gè)分離箱GGR002BA，然后與發(fā)電機(jī)軸承的回油一起回到GGR001BA。氫氣側(cè)的回油回到GHE001BA，再由泵送回到系統(tǒng)中重復(fù)使用。

1.3 發(fā)電機(jī)軸端密封結(jié)構(gòu)

GHE系統(tǒng)保證在發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行條件下，向其連續(xù)提供具有一定壓力，溫度和流量的密封油。為了使密封油中的氫氣與空氣能順利排放，不致相遇和積聚，系統(tǒng)采用雙流環(huán)式油封。壓力密封油從不同油槽送入，抵達(dá)轉(zhuǎn)軸與密封瓦之間間隙后，以相反方向分別向氫氣側(cè)和空氣側(cè)排出，從而使氫氣側(cè)與空氣側(cè)完全分開，以保證安全;氫側(cè)密封油與汽輪發(fā)電機(jī)內(nèi)部氫氣通過內(nèi)油擋環(huán)分隔開。

2、 電廠2#機(jī)組發(fā)電機(jī)漏油情況

該電廠2#機(jī)組，在1月4日至3月12日期間跟蹤其排油情況，大約每6天報(bào)警排油一次，每次液位高報(bào)警排油量約1.7～1.9L。

3、 電廠2#機(jī)組發(fā)電機(jī)漏油分析

電廠2#機(jī)組密封油油質(zhì)差，油更容易碳化，在密封瓦處積炭，密封瓦與軸間隙變小，使進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)部的油成為油霧，油霧在發(fā)電機(jī)中部凝結(jié);

電廠發(fā)電機(jī)組密封瓦軸頸工作面普遍有發(fā)黑現(xiàn)象，為緩解該問題，維修部門把2#機(jī)組密封瓦間隙上下線分別擴(kuò)大了0.03mm和0.04mm，放大密封瓦間隙后氫側(cè)回油的流量、流速、方向、對內(nèi)油擋的沖擊等狀態(tài)發(fā)生變化，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)出現(xiàn)排油報(bào)警;

電廠2#發(fā)電機(jī)油擋環(huán)下部密封塊回油槽連接處密封塊的中間有斷齒，斷齒對密封效果會(huì)起到負(fù)面作用。

4、 發(fā)電機(jī)漏油治理改造方案及可行性分析

4.1 電廠2#發(fā)電機(jī)油擋環(huán)和密封齒結(jié)構(gòu)

發(fā)電機(jī)油擋環(huán)和密封齒主要用于隔斷發(fā)電機(jī)氫側(cè)密封油與發(fā)電機(jī)內(nèi)部氫氣之間的聯(lián)通，對發(fā)電機(jī)內(nèi)部氫氣起到密封作用;2#汽輪發(fā)電機(jī)現(xiàn)有密封環(huán)整圈由分塊密封塊組成，密封塊有3道密封齒，密封塊連接回油槽處密封齒不連續(xù)，油擋存在密封性較差、容易漏油的問題。

4.2 電廠2#發(fā)電機(jī)漏油治理改造方案

針對該電廠2#機(jī)組發(fā)電機(jī)漏油問題及該發(fā)電機(jī)現(xiàn)有油擋環(huán)和密封齒的結(jié)構(gòu)，為治理發(fā)電機(jī)漏油問題，需要增加油擋環(huán)和密封齒密封性能，現(xiàn)做如下改進(jìn)：

在發(fā)電機(jī)前后端油擋環(huán)外側(cè)分別加裝一道鋁油擋板，增加一道攔截能力，并在不改變原油擋環(huán)整體結(jié)構(gòu)的情況下，將密封齒寬度增加7mm，這樣原來密封齒數(shù)由3齒增加至5齒，與此同時(shí)加大了回油槽，使增加的密封齒同樣可順利回油，同時(shí)密封塊連接回油槽處密封齒設(shè)計(jì)成連續(xù)連接，提高密封效果。其優(yōu)點(diǎn)是：油擋環(huán)整體結(jié)構(gòu)不變。

4.3 改造方案分析

4.3.1 改造方案中新密封齒與原設(shè)計(jì)中密封齒對比：

原設(shè)計(jì)兩塊密封塊連接回油槽中間有斷齒，其作用為排油;改造新結(jié)構(gòu)中無中間斷齒，但新結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)并加大了排油槽，這樣既保留了齒連續(xù)又實(shí)現(xiàn)排油，連續(xù)的密封齒對密封更有利，同時(shí)增加的密封腔室也提高了密封效果。

4.3.2 鋁擋油板整體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

新增鋁油擋板為下半敞開式結(jié)構(gòu)，其作用是避免透平油直接甩到油擋環(huán)上，其優(yōu)點(diǎn)是通過改變甩油方向達(dá)到阻擋漏油的目的。內(nèi)油擋板通過上半部螺栓，及下半部異型雙頭螺柱及螺母連接，保證其連接的緊固性和可靠性，并能有效抵御機(jī)組振動(dòng)可能導(dǎo)致的螺紋松動(dòng)，甚至動(dòng)靜碰磨等情況的發(fā)生。

4.3.3 關(guān)于鋁油擋板螺栓強(qiáng)度說明

首先，油擋板連接螺栓正常工作時(shí)僅受靜力，而體積相同的鋁板與銅板相比，鋁板質(zhì)量大約是銅板質(zhì)量的1/3重，螺栓強(qiáng)度能夠滿足要求;當(dāng)機(jī)組出現(xiàn)非正常工作狀態(tài)的情況時(shí)，有可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)軸與內(nèi)擋油板碰磨。此時(shí)，最薄弱環(huán)節(jié)為油擋板尖齒處，當(dāng)擋油板尖齒出現(xiàn)塑性變形，即齒尖彎曲，與軸間隙隨即擴(kuò)大，使碰磨消失，碰磨消失后，螺栓所受沖擊力也隨之消失，因此螺栓強(qiáng)度能滿足使用要求。

4.3.4 關(guān)于鋁油擋板說明

油擋板采用鋁制材料，針對鋁氧化后會(huì)產(chǎn)生較硬的氧化物可能會(huì)與轉(zhuǎn)軸碰磨的問題，分析如下：首先，內(nèi)擋油鋁板在靠近軸的位置設(shè)計(jì)成0.3mm的齒尖，氧化后雖會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較硬的邊，但是通過計(jì)算得出這個(gè)硬邊在遇到很小的力時(shí)就會(huì)出現(xiàn)塑性變形，因此氧化后的硬邊不會(huì)對大軸產(chǎn)生損傷;其次，鋁板與軸的安裝間隙設(shè)置為0.5mm，在電站報(bào)警程序規(guī)定中顯示，汽機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)跳閘值比0.5mm低，這說明機(jī)組振動(dòng)還未達(dá)到0.5mm時(shí)已經(jīng)停機(jī)，因此鋁油擋板氧化后生成較硬的邊不會(huì)碰磨到主軸;最后，安裝油擋板時(shí)其四周與軸的間隙全部大于相鄰的兩圈內(nèi)油擋油封環(huán)的間隙，從歷史檢修上看，軸從未與油擋油封環(huán)碰磨過;綜上可認(rèn)為油擋板采用鋁制材料是偏安全的，鋁制氧化物也不會(huì)對轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生損傷。

結(jié)合現(xiàn)有油擋環(huán)到軸肩軸向距離，考慮到熱態(tài)轉(zhuǎn)子向后膨脹等因素，安裝時(shí)油擋板與油擋軸向間隙設(shè)計(jì)留有一定裕量，保證發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在所有工況下油擋板始終保持在軸肩上。

4.3.5 運(yùn)行維護(hù)

每輪停機(jī)大修都需要對新軸封環(huán)進(jìn)行清理檢查，查看鋁油擋板情況，螺栓固定情況，視使用狀況更換新鋁油擋板、螺栓及軸封環(huán)。

5、 改造過程及效果

上述治理汽輪發(fā)電機(jī)漏油的油擋環(huán)及密封齒改造方案，電廠經(jīng)歷兩輪大修現(xiàn)場實(shí)施驗(yàn)證：加裝的鋁油擋板沒有磨損變形，緊固件牢固可靠，更換后的5齒密封環(huán)經(jīng)歷機(jī)組一輪運(yùn)行循環(huán)后檢查無異常，汽輪發(fā)電機(jī)漏油問題得以解決，排油滿足電站標(biāo)準(zhǔn)1L/8W;改造后未出現(xiàn)排油報(bào)警問題。

6、 結(jié)論

本文從簡述汽輪發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)（GHE）功能、發(fā)電機(jī)軸端密封結(jié)構(gòu)及電廠2#機(jī)組發(fā)電機(jī)漏油數(shù)據(jù)作為輸入，通過分析電廠汽輪發(fā)電機(jī)漏油原因、現(xiàn)有汽輪發(fā)電機(jī)油擋環(huán)和密封齒結(jié)構(gòu)，進(jìn)而給出電廠發(fā)電機(jī)油擋環(huán)和密封齒的改造方案，并對改造方案的必要性和可行性進(jìn)行了分析。改造結(jié)果證明在發(fā)電機(jī)油擋環(huán)外側(cè)加裝一道鋁油擋板、加寬密封齒且使密封齒連續(xù)無斷齒能有效解電廠發(fā)電機(jī)漏油問題。此方案也為后續(xù)治理其它電站發(fā)電機(jī)漏油問題提供了參考。

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