密封油系统

第六章 发电机密封及冷却系统

第一节 发电机密封油系统

一、概述

由于我们的发电机定子铁芯及其转子部分采用氢气冷却，为了防止运行中氢

气沿转子轴向外漏，引起火灾或爆炸，因此在发电机的两个轴端分别配置了密封瓦（环），发电机密封瓦（环）所需用的油（对于我厂来讲其实就是汽轮机轴承润滑油），人们习惯上按其用途称之为发电机密封油，而整个维持发电机密封油正常供应的所有设备的组合体就称为发电机密封油系统。密封油系统主要作用：

1) 防止氢气从发电机中漏出；

2)向密封瓦提供润滑以防止密封瓦磨损；

3)尽可能减少进入发电机的空气和水汽。

密封油系统工作原理:

本发电机密封油系统采用双流环式轴封（密封瓦）装置。其密封原理如图

6-1。汽轮发电机双流环式轴封瓦内有两个环形供油槽，供油槽内的油压始终高于发电机内的氢气压力，从而防止氢气从发电机内部漏出。在密封瓦内的两个供密封用的油槽，形成了两道油流，这两道密封油流之间由独立的两套油源分别供给。靠近电机内部氢气侧的油流，我们称之为氢侧密封油，简称氢侧油。靠近大气和空气接触的油流，称之为空侧密封油，简称空侧油。密封油除了供密封瓦起密封作用外，对密封瓦还可以起到润滑降温作用。当这两股密封油的供油压力趋于平衡时，油流将不在两个供油槽之间的空隙中串动。密封油系统的氢侧供油将沿着轴朝发电机内侧流动，而密封油系统的空侧供油将沿着轴朝外部轴承一侧流动。由于这两个系统之间油的压力在理论上保持相等，油流在这两条供油槽之间的空间内将保持相对平衡，不发生相互串油现象。密封瓦供油槽之间的油压通过外部不间断的调节，保证其提供的油源之间相对平衡，且维持油压高于发电机内部氢气一个固定的压力值。

图6-1 密封油系统原理示意图

二、轩岗轩岗一期2×660MW 机组密封油系统

1、密封油系统的组成:

本密封油控制系统由下列部件构成:空侧交流泵、空侧直流泵、氢侧交流泵、氢侧直流泵、空侧过滤器、氢侧过滤器、密封油箱及油位信号器、油-水冷却器、压差阀、平衡阀、氢油分离箱、截止阀、逆止阀、蝶阀、压力表、温度计、变送器及联接管路等等。

2、密封油系统工作方式及其设计参数

本密封油控制系统正常运行时，空侧和氢侧两路密封油分别循环通过发电机

密封瓦的空、氢侧环形油室，形成一个恒定的压力，该股油压高于机内的氢气压力，从而防止了氢气向外泄漏，对机内的氢气起到密封作用。本密封油控制系统采用双流环式结构，发电机内正常工作氢压为0.5MPa ，事故状态下可降低氢压运行。轴密封供油系统能自动维持氢油压差0.084MPa ，并为发电机密封瓦提供连续不断的压力油。

设计参数:

3、密封油系统 本密封油系统由氢侧和空侧两个各自独立又互有联系的油路组成。它们同时

向双流环式密封瓦供油。如图6-2

图6-2 密封油系统

（1）空侧油路

主工作油源：空侧密封油正常工作油源由交流电动密封油泵提供。密封油泵

出口压力是在0.25～0.8Mpa 之间根据氢压高低自动调整。空侧密封瓦供油压力调节，采用空侧系统内设置在空侧密封油泵旁路位置上的主压差阀，调节密封瓦油压与电机内氢气压力，保持一个近似的恒定压差，密封油压高于氢气压力0.084Mpa 。空侧油由密封油泵升压，经过主压差阀调节，通过一台管式冷却器降温，经自清洗刮板式油过滤器过滤后，进入发电机两端密封瓦的空侧油槽，其回油沿着电机轴向电机外侧流动，与轴承润滑油在电机轴承回油腔内混合后，沿着轴承回油管回到氢油分离箱，再到油泵入口，形成空侧闭式循环油系统。

备用油源：第一备用油源（即主要备用油源）是汽轮机汽机主轴油泵来的

1.6～1.7Mpa 油源，该油通过密封油管路上的减压阀减压后经密封油备用压差阀调节后，通过管式冷却器降温，经过自清洗刮板式油过滤器过滤后，进入发电机两端密封瓦的空侧油槽。减压阀的出口油压0.7—0.8MPa ，油量为250L/min。该油源在主工作油源发生故障，氢油压差降到0.056MPa 时，由备用压差阀自动开启。备用油源自动投入运行。

第二备用油源是由汽轮机主油箱上的备用交流电动密封油泵供给, 油压为

1.0Mpa 。油经管路上的减压阀减压后，通过密封油备用压差阀调节后，供给空侧密封瓦。因为与第一备用油泵油源接在同一管路中，所以该备用油源，也是通过备用压差阀调节后进入密封瓦的。备用油泵油源投入的条件，当氢油压差降到0.056MPa 时开始投入。如果汽轮机的同轴转速为额定转速的三分之二以上时，汽轮机主轴油泵能够提供第一备用油源；当低于三分之二转速或发生故障时，则只能由第二备用油源提供。

第三备用油源是由密封油系统内自备的直流电动油泵提供的，它与交流电动

油泵并接在同一油管上，当氢油压差降到0.035MPa 时，直流油泵启动，启动它可以恢复氢油压差为0.084Mpa 。但由于备用直流电源容量有限，因而备用直流油泵运行时间不宜过长，应在两小时以内。尽快检修交流油泵。

第四备用油源也由汽轮机油系统提供。由汽轮机轴承润滑油泵供给，提供的油压较低，为0.035～0.105MPa 。此时必须及时将机内氢气压力降低到0.014MPa 。

（2）氢侧油路

氢侧密封油正常工作油源由交流电动油泵供给。从交流油泵出来的压力油经管式冷却器、自清洗油过滤器后分成汽端、励端两路，再各自经过一个平衡阀进入发电机汽端和励端的密封瓦氢侧油槽。该阀根据可通过空侧油压，自动调节氢侧油压，使其跟踪空侧油压，维持氢、空侧油压相对平衡，即密封瓦氢侧油槽、空侧油槽平衡。氢侧密封槽回油经发电机轴进入消泡沫箱，然后沿管路回到油封箱，再回到氢侧油泵入口，形成一个闭式循环油路系统。平衡阀用以保证氢、空侧油压相等，其压差不大于50mm 水柱。为确保氢侧油路能提供连续不断的可靠工作油源，在氢侧设有备用直流油泵。当交流油泵发生故障时，备用直流油泵自动投入。氢侧密封油箱上部装有回氢管, 该管与发电机消泡箱上部连通。当油箱

内氢压高于机内氢压时, 氢气可通过回氢管回到发电机机内。

（3）安装注意事项：

所有油管在安装时要注意坡度(坡度应不小于2％) 和转角处，尽量避免有起

伏和死弯，防止形成气封，至使回油、回气不畅。坡度应从电机向集装管路接口倾斜。平衡阀、压差阀所有信号管，除上述要求外，还应注意对称性。及考虑为最大限度减小信号沿管程损失，安装时尽量减少弯角。

4、密封油系统中的主要部件

（1）油封箱

油封箱是氢侧油路的回油装置。油箱内设有补—排油浮球阀，它能根据油封箱油位的高低变化自动进行补—排油，维持油封箱内油位的相对稳定。当发电机在高氢压下运行时，补油取自空侧密封油供油管路上的过滤器出口。排油经油封箱内排油浮球阀排至空侧油泵来油总管。在发电机未充氢或低氢压下密封油系统投入运行时，由于空侧来油取自发电机下部的氢油分离箱，因而相对于密封油系统集装而言就有约0.1MPa 的静压，而油封箱内的压力接近于大气压力，所以当系统出现油位高时，排油浮球阀浮起，打开排油阀出口，但此时由于排油浮球阀出口，受管路静压（12米）影响处于高油压状态，无法直接将油排至空侧泵入口油管。为了解决低氢压及零氢压下油封箱的排油问题，在氢侧过滤器出口与空侧泵入口油管路间设一根连通管，利用氢侧油泵将油升压后排至空侧来油，解决了低氢压（≤0.12Mpa ）及零氢压下油封箱满油时，无法排油的问题。油封箱上装设有液位计，可在就地直接观察油封箱液位，液位计上装有磁性开关，当油位高低变化超过规定值时，可输出报警信号送至集控室，或给DCS 系统作监控之用。

（2）压差调节阀（压差阀）

①正常压力调节阀

正常压力调节阀安装在空侧油泵的旁路位置上，它能通过电机氢压信号与自

身出口油压信号相比较调节阀芯开度大小，自动的调整密封瓦空侧进油的油压，保证其油压自使至终高于发电机内氢气压力0.084Mpa 。如图6-3、6-4

图6-3 主差压调节阀 6-4 备用差压调节阀

现场调整方法：压紧正常压力调节阀上的弹簧，即可减小阀芯开度，增加油氢压差值；当压差大时，可以反方向调整。

注意事项：因正常压力调节阀初始无信号时，阀芯处于完全关闭状态，所以第一次启动泵时，瞬间系统会产生一个冲击压力。建议启动前打开泵旁路手动阀，待系统稳定后逐步关闭该阀。如果系统在启动时或运行过程中，出现系统油压周期性的震动，应立即逐步关闭正常压力调节阀油压信号管上的仪表阀，保护调节阀不被损坏，待系统油压稳定后，根据需要再逐步开大该阀。仪表阀关闭和开启过程时间长短，以油压周期性的震动消失为依据。消失后应立即开启仪表阀。仪表阀开启程度为手柄关闭后，反向开启旋转1－2圈位置。如果系统经常出现震动，而仪表阀又无法准确控制开度，则需在正常压力调节阀油压信号管接口处，加一节流孔板，节流孔板中间开孔大小在ф1－ф3mm 之间。

②备用压力调节阀（备用压差阀）

备用压力调节阀装在高压油备用油管路主回路上。在投入时能自动的调整密封瓦空侧进油的油压，保证其油压自使至终高于发电机内氢气压力0.056MPa 。其调节工作原理与正常压力调节阀相反，当压差小时也是通过压紧弹簧，增加压差；当压差大时，反向调整，使其达到设定值（0.056MPa ）。

（3）压力调节阀（平衡阀 ）

压力调节阀安装在氢侧系统向发电机供油的主管路上（立式倒装），阀体内

有一压缩弹簧，补偿阀芯重量。通过调整平衡阀底部螺杆可以微调平衡阀内活塞位置，提高平衡阀的平衡精度，调整精度只能保证在10～30mm 水柱之间。如图

6-5

图6-5 压力平衡阀

（4）氢油分离箱

空侧回油管路上装有氢油分离箱，其上装有排烟机二台，一台工作，一台备用，排烟机设两级过滤器和一级离心分离器，烟雾经一、二级过滤器过滤后再排至三级离心分离器，再次净化排出厂外，减少油雾对大气的污染可将空侧回油中的油烟和氢气排放至厂房外。排油烟系统中设有的排烟逆止阀，可防止油烟倒灌。

（5）油-水冷却器

油-水冷却器采用管式冷却器，空、氢侧各二台，均为一台工作，一台备用。

（6）油过滤器

空、氢侧分别装有刮板式自清洗油过滤器各二台。该过滤器承受压力大、滤油精度高，运行安全

可靠。当滤芯脏时，可以转动手轮（通常情况下定时转动），滤芯上的赃物即被刮掉，打开底部排污阀，可将脏物排出。

（7）氢气干燥器(仅提供分子筛再生式说明，如需提供冷凝式干燥器说明请

参见产品样本)

氢气干燥器是为清除发电机内所用氢气中的水蒸气而设置的，密封油系选用的是吸附式干，性氧化铝作干燥剂。它是一种固态干燥剂，水蒸气的清除是靠带有水蒸气的氢气通过装满氧化铝的吸收层而完成的。特殊的高疏松度使单位重量的氧化铝有很大的表面积和吸收能力，在氧化铝吸收水蒸气达到饱和，形成氧化铝晶体后。需靠加热方式驱除氧化铝晶体中水分子，完成再生作用，重复再生后的氧化铝的性能及除湿效率不受任何影响。在这个干燥器中，再生作用是靠用埋置的电加热器加热干燥剂，使干燥剂中束缚的水分子汽化析出，同时让循环的氢气通过吸收层，带走释放出的水蒸气分子，然后通过冷凝器，将水分冷凝出。析出的水流入分离器，通过分离器流入储液器，当储液器中的水分达到一定高度时浮球阀开启，把水分排出系统外。在正常情况下，靠氧化铝及其由加热作用完成的再生分离水蒸气的交替过程可以一直继续下去。由于该型式干燥器有两个吸收塔，所以它是一种能够进行连续干燥的装置，当其中一个吸收塔清除发电机内来的氢气中的水蒸气时，另一个吸收塔进行干燥剂的再生过程。在预定的时间间隔内，干燥器内程序控制器启动阀门控制氢气流量，把氢气流从干燥剂已饱和的吸收塔中转移到已再生的吸收塔中，这个自动转换过程将吸收层置于再生循环中再生，因而这个装置可以实现自动而无需有人来控制。由于该干燥器内部设有风扇，因而亦可在发电机停机状态下使用，以便对发电机内气体进行干燥。

5、密封油控制系统信号表

6、密封油系统调试程序

发电机起动或充氢前，密封油系统首先投入运行。运行前要按下列程序调试。

（1）按密封油系统图所示阀门的启闭位置调整所有阀门。同时要仔细检查

系统是否已完全清除油污。

注意：系统启动前应切除平衡阀上的差压表，只有当系统稳定后，才可以投

入运行。防止因系统不稳定损坏表计。

（2）调整空侧密封油旁路阀207＃到最大开度，使旁路阀在高压下能打开排

油，防止空侧泵启动时其它出口管路阀门处于不当的位置形成高压而损坏压力

表。

（3）调整主压差阀209＃。松开压力弹簧，使其在最小的氢油压差下打开排油。在泵开动后，松开主压差阀上部油室排气螺塞，让油通过螺塞溢出1升左右再旋紧，保证排掉安装时存在波纹管中的空气，下部排油腔也同样处理。用以保证主压差阀上部油气信号腔内，不残留有空气，使调节阀的能稳定运行。

（4）关闭阀门219＃、220＃、和217＃，切断密封油系统中的汽轮机备用油源。

（5）启动空侧交流密封油泵，为密封瓦提供密封油。

（6）同时空侧油通过氢侧密封油箱补油浮子阀272＃流入氢侧密封油箱，并可保持一定高的油位。

（7）氢侧泵启动后，氢侧油进入密封瓦后，循环流入电机消泡箱并达到一定的液位。多余的油氢侧油通过溢流连接管流回到氢侧密封油箱。

（8）氢侧密封油箱中浮球阀270＃和272＃控制氢侧密封油箱液位，使油箱内保持稳定的液位。当油箱内液位升高时，浮球阀270＃打开，使过量的油流出。当油箱内液位降低时，浮球阀272＃打开，从空侧密封油系统来的油流入油箱内。在紧急情况下，可用油箱下部的备用阀开或关，进行补排油操作。

注意：补油阀272＃上部对称位置的螺杆向下旋进后，可以阻止补油过程。排油阀270＃上部对称位的螺杆向下旋进后，可以阻止排油过程。

（9）旋关旁路阀207＃，观察空侧密封油泵出口压力是否满足系统允许的压力范围0.3 MPa --0.8Mpa之间，以判定主压差阀是否能正常工作。

#（10）局部关小信号阀门211（该阀门正常工作时不允许全开，应局部打开），

防止主压差阀209#产生振动。阀门正常情况下调到阀门开度小于二分之一处（或考虑加缩孔为Φ1～Φ2的节流孔板）。

（11）调整主压差阀209＃，保持发电机轴密封瓦处的空侧密封油压高于氢压0.084MPa ，（冷油时可整定到大约0.105MPa ）。

（12）调整氢侧安全阀255，松开其顶部螺杆使之达到最大开度，以便在低压下打开，防止氢侧泵开动时由于和泵出口处其它阀门处于不正确的开/关位置而使压力表等受到损坏。

（13）打开阀门281＃、247＃和254＃，在发电机运行时将重新调整阀门254＃。

（14）启动氢侧密封油泵，提供轴密封瓦处的氢侧密封油压。

（15）关闭阀门281＃和247＃，关旁路阀242＃螺杆，调整氢侧密封油泵出口＃

油压在0.6MPa 左右。

（16）调整压力平衡阀279＃和245＃，使与阀门对应的每个差压计指针偏差在±50mm 水柱压力范围内，用阀门底部的调整螺钉进行调整。应注意调整后须锁紧调整螺钉的螺母。

（17）压力平衡阀279＃和245＃在上述情况下可保持轴密封瓦处的氢侧密封油压和空侧密封油压基本相同。

（18）由汽轮机高压油来的备用油源通过减压阀213#进入密封油系统。减压阀按下述步骤调整。

①使减压阀213＃处于关闭位置，启动汽轮机高压油辅助油泵（或在汽轮机主油箱上的密封油备用泵）。当减压阀整定到最大压力时，调整安全阀214＃，使它达到密封油系统的设计值0.9MPa 。当汽轮机主轴转速达到三分之二以上额定转速时，主轴油泵将给系统提供备用密封油。

②调整减压阀213＃，使它符合密封油系统图规定的出口油压值0.8MPa 。

（19）打开阀门219＃和217＃。

（20）关闭空侧密封油泵，启动汽轮机高压辅助油泵。

（21）调整备用压差阀218＃，保持轴密封瓦处的空侧密封油压高于电 机内氢压0.056MPa 。1.7.22 当汽轮机备用油源在减压阀出口处的油压降到0.6MPa 时，检查备用压力开关（10）的动作。关小阀门217＃，保持218＃阀门处在开启位置。调整阀门217＃开度，直到轴密封瓦处的油压为0.6MPa 为止。调整压力开关（10）在这个值下闭合，并触发汽轮机备用油压低. 报警信号。恢复阀门218＃的调节。打开217＃阀门。关闭汽轮机高压辅助油泵。

（22）启动空侧密封油泵

（23）密封油系统图上所表示的汽轮机油系统备用油源所来自的各个油泵应该分别进行检查，保证在紧急情况下能发挥每个泵的正常作用。

（24）当轴密封瓦处的压差降落到0.035MPa 时，差压开关（8）将自动关闭，并通过直流起动装置（起动器）启动空侧备用直流泵，打开阀门294＃，检查差压开关（8）和直流备用泵的动作是否正常。临时关闭292＃阀门，然后观察压力表读数，慢慢打开阀门295＃，当压力表读数比原来读数降低0.040MPa 时，差压开关（8）应动作，并触发密封油压力低报警信号，关闭阀门295＃，并打开阀门

292＃，关闭空侧密封油直流备用泵。

（25）检查差压开关（7A ）动作情况，当通过空侧密封油泵两端的油压差降低到0.035MPa 时，差压开关（7A ）闭合，并触发“空侧密封油泵停止”报警信号。

（26）停氢侧密封油泵，差压开关（11A ）应闭合。当氢侧密封油泵进出口的压差降低到0.16MPa 时，差压开关（11A ）闭合，自动切换到直流备用泵并触发“氢侧密封油泵停止”报警信号。

（27）启动氢侧密封油泵，密封油供油系统开始正常运行。

（28）在上述所有项目检查完毕后，发电机才能转动。

7、发电机运转时的调整程序:

当发电机在同步转速时，密封油冷却器出口油温在27℃～49℃之间，密封油系统应按下列程序进行最后调整。

（1）重新调整压差阀209＃，保持密封油压高于发电机内氢压0.084MPa 。因为在高氢压下由于风扇的作用可产生0.021MPa 的压降，因此调整应在低氢压下进行。主压差阀的氢压取自发电机高压区，因此不受发电机内氢气压力高低的影响。但是氢气压力表是接到发电机内低氢压区，就是说在低氢压下，氢气压力表与密封油压力表的差值为0.084MPa ，而在氢压升高后两者的差值表面上将提高到0.105MPa 。但这不是真正的差值，发电机高压区的氢气压力比低压区高0.021MPa 。在轴密封瓦处的油压仍只比其邻近的发电机氢压高0.084MPa 。如果发电机以同步转速运行，密封油温度为27℃～49℃以及发电机内为低压的情况下，主压差阀一经调整好就不需要在氢压升高时重新调整。

（2）关闭空侧密封油泵，检查备用压差阀218＃动作情况。当轴密封瓦处的密封油压与发电机内氢压差值降低到0.056MPa 时，备用压差阀 218＃应立即打开。同上述情况一样，在发电机高氢压下，表面上的差值可能比指定值0.056MPa 高0.021MPa ，这是由于氢气压力表信号和密封油信号取自不同的压力区所致。对备用压差阀218＃本身来说:如果发电机在同步转速时，密封油温度为27℃～49℃以及发电机内为低氢压的情况下，压差值一经调整好到0.056MPa ，将保持差值不变，即使在高氢压下，其实际氢油压差也保持不变。检查空侧直流备用泵，当信号压差开关（8）闭合时，备用泵立即自动启动。

（3）当发电机正常运行时，如果氢侧和空侧密封油之间的压差超过±50mm 水柱应重新调整压力平衡阀245＃和279＃。

8、密封油系统在正常情况下的运行:

（1）当发电机内充有氢气或主轴正在转动时，必须保持轴密封瓦处

的密封油压。

（2）当发电机内的氢压变化时，空侧密封油泵或空侧直流备用泵将保持密封油压高于氢压0.084MPa ；汽轮机备用油源将保持密封油压高于氢压0.056MPa 。

（3）密封油冷却器出口油温应保持在27℃～49℃之间。

（4）发电机充氢后，空侧回油密封箱上的排烟机应连续运行，排出端盖及轴承回油系统中的烟气。

（5）发电机能在氢侧密封油泵不供油的紧急情况下继续运行，但发

电机的氢气消耗量将有较大的增加。

（6）在汽轮机主油箱停止供油前应先置换电机内的氢气。

9、发电机停机时的操作程序

发电机停机时应要维持密封油压，防止氢气漏出。同时排烟机继续运行，必要时关闭汽机油泵，关闭阀门219＃和217＃，防止油通过备用压差阀218＃漏进汽机油箱，最后引起密封油压降低。发电机轴承的进油管路到轴承供油泵的管路必须畅通。同时也必须保证发电机轴承到密封管路的畅通。如果在这种方式下启动备用密封油泵，阀门217＃和219＃应该打开，而且氢压应该减至0.014MPa 或更低，因为下一备用油压取自汽机低压油泵，如果油泵不能启动，氢气就会从发电机中排出去。事故状态下如果需要在发电机周围进行焊接，焊接前必须将氢气从发电机内排出。另外，氢气源应与装置断开，并移走供氢管，同时对焊接区进行适当的通风。除上述情形外，保持密封油压氢气可长期置留在发电机内，同时轮机主油箱上的低压油泵需保持运行。排烟机亦需保持运行。值得注意的是，在此工况下汽轮机高压密封油不能提供，因此，如果空侧密封油泵发生故障，汽轮机辅助油泵需立刻投入，否则需将氢气压力降至0.014MPa 或更低。