摘要：大容量汽轮发电机多采用氢气作为冷却介质对发电机的定子和转子绕组进行冷却。由于发电机端部同时存在静止和转动部件，氢气将会沿着动静部件之间间隙向外漏出。氢冷发电机漏氢存在很大安全隐患，如果氢气泄露严重，会造成火灾，甚至引起爆炸事故，严重威胁机组安全运行。同时会降低发电机冷却效果，影响机组出力，增加发电成本。为此设有轴端密封装置（通常称为密封瓦）。氢冷发电机轴端油密封装置装在转轴伸出发电机端盖处，以油压略高于发电机内氢压的压力油循环注入密封瓦与转轴轴径之间的间隙内，以阻止氢气漏出。
关键词：汽轮发电机；氢气；密封瓦。
1、密封瓦结构简介
文章主要介绍发电机采用双流环式油密封系统的密封瓦。其作用是通过轴颈与环式密封瓦氢气侧与空气侧之间的油流阻止氢气外漏。
双流即密封瓦氢气侧和空气侧各有独立的油路。当两路密封油经过密封瓦壳上各自的油道进入双流密封瓦中各自的油槽时，平衡阀控制着氢侧进油系统使氢侧油压与空侧油压维持均衡，两路密封油就互不相让，各自从轴颈表面分别流向氢侧与空侧，充分发挥了密封氢气的作用。
密封瓦采用青铜合金瓦体以利于消除端部漏磁的影响。双环是将密封瓦一分为二，每个瓦的厚度减少了很多，加上密封瓦与轴颈径向有一定间隙，这样会使得密封瓦在轴颈上可以更加自由浮动，从而减少了对轴径的扰动。另一方面由于油压大于氢压，使氢侧密封瓦更贴近瓦壳油槽内壁，从而进一步减少氢侧回油量，故可适当放大密封瓦在瓦壳内的轴向间隙。因此减少了碰磨轴颈的机会，有助于安全运行。为了防止其随轴转动；在瓦的外径上装有止转装置，定位于瓦壳内。
密封瓦跨着轴颈，座落在密封瓦壳中，而瓦壳是安装在端盖上的，但与端盖既是绝缘的又是密封的；在励端密封瓦壳与端盖之间加装了一个绝缘的中间环，使之成为双重绝缘，能在运行中连续监测它的对地绝缘电阻。
2、密封瓦工作原理
汽轮发电机双流环式密封瓦内有两个环形油槽，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。靠近电机内部氢气的油流，我们称之为氢侧密封油。靠近大气和空气接触的油流，我们称之为空侧密封油。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。当这两股密封油供油压力趋于平衡时，油流将不会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向发电机内侧流动，而密封油系统的空侧供油将沿着轴向外部轴承一侧流动，而密封油系统之间油的压力理论上保持相同，油流在这两条供油槽之间的空间内部将保持相对平衡，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。
3、密封瓦检修要点
1）工作人员要熟悉密封瓦的工作特性及结构特点，掌握密封瓦检修技术措施，质量标准和安全措施。
2）所有零件必须作好记录，记好原始标记及相对位置和角度等，防止重新组装时弄错位置及角度。
3）汽、励两端部件不得混淆、互换。
4）在组合密封瓦壳与端盖垂直面螺栓的过程中，要不断拨动密封瓦以检查其自由情况。保证在紧固所有螺栓之后，密封瓦在瓦座内无卡涩现象。
5）在紧固密封瓦壳与端盖垂直面螺栓的过程中，应特别注意不要使绝缘套管的两端压在密封垫或螺栓垫圈上，以避免造成密封垫未被夹紧，但从扳手的力量上感觉已经把紧的“假象”发生。
6）各部件组合完成后，各紧固螺栓应全部锁紧。绝缘电阻应边装边检测，用500V摇表测量，对瓦壳、轴绝缘不小于10兆欧。
7）密封瓦壳各油孔，检修阶段严格进行保护封堵和组装前吹扫并验证是否畅通，在任何时候都不允许将密封胶弄到油孔里，以免造成堵塞.。
8）所有有关的孔、洞、腔、槽等必须彻底清理，确保无杂物遗留。
9）密封瓦各部间隙必须在合格范围内，严禁间隙超标回装。
10）密封瓦平行度、椭圆度应在合格范围内，不大于0.03mm。
11）密封瓦壳、中间环各密封面包括中分面要进行严密性检查，要求0.03mm塞尺不入。
12）用锉刀、钢丝刷、油石、砂布对所拆卸下来的密封瓦、螺栓、销子、绝缘套等零部件进行清理。
13）检查各销子表面应光滑、平整、无毛刺、无凹凸、无锈蚀、无损伤痕迹，螺牙整齐。否则应更换。
14）转子轴颈表面应用金相砂纸、羊毛毡、麻绳加油打磨，应光滑、平整、无毛刺、无凹凸、无锈蚀等。
15）用煤油或金属清洗剂对所拆卸下来的密封瓦、螺栓、销子、绝缘套等零部件进行浸泡、清洗。要求最终使用无水酒精清理干净，保证部件洁净，最终组装后达到规定的绝缘值。
4、密封瓦问题处理
4.1双流环密封油结构的清冷发电机补氢量大和发电机进油问题
1）机组运行中控制空侧密封油和氢侧密封油压力平衡问题。
按照双流密封油结构密封瓦设计原理来讲，只有维持密封瓦内空侧密封油与氢侧密封油压力基本相等，减少空、氢侧密封油的交换，才能防止空侧油系统中夹带的空气等进入氢侧密封油系统。但实际运行中由于设备结构等方面很难控制空侧密封油和氢侧密封油压力的平衡。
当空侧密封油压力大于氢侧密封油压力时，空侧密封油在密封瓦内向氢侧窜油，空侧密封油夹带的空气等进入氢侧密封油。当氢侧密封油压力大于空侧密封油压力时，氢侧密封油在密封瓦内向空侧窜油，这样将引起氢侧密封油箱油位降低，氢侧密封油箱浮球阀将打开，空侧密封油泵出口的压力油通过浮球阀补入氢侧密封油箱。因此，无论空侧密封油压力大于氢侧密封油压力，还是氢侧密封油压力大于空侧密封油压力，都将使从轴承回油来的空侧密封油夹带的油烟、水气等通过与氢侧密封油交换而进入氢侧密封油系统，再通过密封油内油档被吸入发电机内，造成发电机内氢气污染，氢气纯度下降，补氢量增大。
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2）造成空侧密封油和氢侧密封油压力不平衡主要原因。
一是氢侧密封油系统的平衡阀调节精度差。由于平衡阀活塞和油缸之间间隙较小，稍有杂质可能造成活塞的运动阻力增大，甚至卡死，致使平衡阀调节精度变差，不能有效维持空、氢侧密封油压力的平衡，而造成氢气污染、增大补氢量增大。
二是空、氢侧密封油压力的测量误差。机组运行中只有维持密封瓦与转轴之间的油压平衡，才能减少空、氢侧密封油的互相窜动，但由于设备结构的原因，目前只能测量密封瓦上的空、氢侧密封油进油处的压力作为平衡阀的调节信号，因此必然造成测量误差，平衡阀不能有效维持空、氢侧密封油压力的平衡，从而引起发电机补氢量增大。
3）密封瓦与发电机转子轴径间隙增大
从密封瓦与转轴间沿转轴的轴向流向空侧和氢侧的油流称为轴向流动，当空、氢侧密封油压差保持一定时，空、氢侧密封油的交换量与密封瓦的间隙成正比。当运行中密封瓦间隙增大时，密封油流量将大大增加，而由于空、氢侧密封油之间不可避免的存在压差，密封油流量的增加将导致空、氢侧密封油的交换量成倍增加，空侧密封油中携带的空气、水分等通过交换进入氢侧密封油中，再通过氢侧密封油与氢气的接触进入到发电机氢气中污染氢气，降低氢气纯度。密封油量的增大将会造成静压回油管路不畅，发电机氢侧回油腔室（消泡箱）油位升高到超过轴颈最低位置时，将造成发电机进油。
4）发电机密封油温度高
密封油的粘度随油温的升高而降低，在同样的流通面积内，要维持一定的密封油压力，当密封油温度高时，就需要较大流量的密封油。同样，由于密封油温的升高，密封瓦的内径将增大，随之密封瓦间隙也增大，这样要保证发电机内氢气不外泄，同样需要增大密封油流量来维持一定的压力。因此密封油温度过高将导致密封油流量增大，同样会引起发电机内氢气纯度下降或发电机进油。
5）排烟风机出力小
空侧密封油泵油源取自氢油分离器，氢油分离器的排烟风机主要作用是抽出空侧油中的微量氢气，以免氢气随润滑油回到主油箱。增大氢油分离器排烟风机的出力，使氢油分离器形成大的负压，使空侧油中的空气会同氢气一起被抽出，这样，将减少空侧密封油中空气含量。
4.2 发电机进油、降低氢气污染，减少补氢量的措施。
1）保证密封瓦径向间隙符合标准。
检修时应严格按标准保证密封瓦间隙符合要求，并尽量靠近下限，这样即能减少密封油流量，又能防止因密封瓦间隙过小而产生的密封瓦温高、密封瓦磨损甚至发电机转轴振动过大等缺陷。
2）采用高精度密封油滤网。
防止发生由于密封油流中的微小颗粒与密封瓦及轴颈的相对流动产生的研磨，加剧密封瓦与轴颈的磨损，导致了密封瓦间隙的增大。
3）提高平衡阀的调节精度和运行可靠性。
提高平衡阀调节精度可有效减少空、氢侧密封油的窜动量，防止氢气污染。可从以下两个方面进行：
a）防止平衡阀卡涩，调节失灵。
检修后密封油系统运行初期，可采取用平衡阀旁路阀手动调节，防止检修后因系统不清洁造成的平衡阀部件卡涩。
b）采用新型平衡阀。
据悉国内某单位研制成功了阀芯连续旋转的平衡阀，这种平衡阀采用密封油做为动力油推动阀芯以一定速度旋转，可防止密封油中杂质造成阀芯卡涩。检修后进行平衡阀调节试验，保证空、氢侧密封油压力平衡。
4）控制密封油的温度。
可进行密封油温在标准要求范围内上下限之间变动的试验，在发电机转轴振动不增大的情况下，尽量保持密封油温在标准的低限运行，从而达到减少密封油流量减少发电机进油和降低氢气污染的目的。
5）提高排烟风机的风压。
提高氢油分离器排烟风机的风压可提高氢油分离器的负压，减少空侧密封油中的空气量和水量，从而减少因空、氢侧密封油交换对氢气的污染。
4.3 密封瓦轴径磨损、划伤问题。
密封瓦轴径磨损主要原因就是密封油油脂不好，油脂中存在颗粒状杂质，杂质在密封瓦与轴径之间的间隙中，随着轴径的高速旋转，对轴径产生车削式磨损，最终造成密封瓦间隙超标，丧失密封效果，导致密封瓦漏氢。
处理方法，针对磨损、划伤部位采用微弧焊接方法修复，将进口Ni-Cr合金（Inconel-82）焊丝（φ1.2mm）微弧熔覆在拉伤沟槽部位，堆焊至适当高度后，利用刀口尺采用基准面机械靠模的方法修磨，使修复后的部位尺寸与邻近基准面尺寸相比较，偏差在0～-0.02mm以内。
4.4 密封瓦壳、中间环、发电机大盖各密封面漏氢问题。
主要原因是部件变形、密封胶涂抹不均、螺栓紧力不足、绝缘套长度超标等。
采取措施主要有，针对变形部件进行机加工。密封胶涂抹过程中要细致、均匀。螺栓接力达到标准要求。绝缘套长度要进行测量，达到质量标准、
5、结论
针对发电机密封瓦检修和存在的补氢量大、氢气污染、发电机进油、轴径磨损划伤等漏氢问题，根据双流环密封油系统的特点，采取相应的防范对策，可有效减少发电机氢气污染、进油、漏氢问题，提高发电机运行的安全可靠性。
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论文作者:安洪坤
论文发表刊物:《电力设备》2018年第17期
论文发表时间:2018/10/17
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