消除汽轮发电机转冷水出水支座甩水

消除汽轮发电机转冷水出水支座甩水

郭龙飞

（内蒙古京宁热电有限责任公司）

摘要：我公司汽轮发电机采用上海发电机厂生产的QFS2-350-2型双水内冷发电机，机组运行期间发现转冷水出水支座励侧甩水较大，而甩水严重会造成较大危害。（1）甩水容易沿发电机端盖结合面进入发电机内部，设备受潮。（2）轴承座对地绝缘垫片受潮，易使轴电流形成回路。（3）严重甩水会使转子水箱液位不能正常保持，若补水不及时容易造成机组停运。（4）汽侧吸入大量空气易引起水质超标，对发电机转子产生腐蚀。而且水质不易调节，树脂更换周期较短。（5）每天需要补充除盐水大约5吨，且流水易对6.3米电子设备造成极大安全隐患。发电机出水支座甩水不仅严重的破坏了文明生产，造成经济损失，同时还威胁着发电机的安全运行。本文主要针对以上问题分析了此类问题产生的原因，及其后期处理措施。

关键词：转子冷却水；出水支座；甩水；

引言

我公司一期2x350MW汽轮机组是上海汽轮机厂生产的超临界蒸汽参数、一次中间再热、单轴双缸双排汽采暖抽汽凝汽式汽轮机。发电机为上海发电机厂生产的QFS2-350-2型双水内冷发电机。发电机采用水、水、空的冷却方式，即发电机的定子绕组和转子绕组采用水内冷，定子铁心及端部结构件采用空气冷却。我公司1、2号机组投产后不久，发电机转子冷却水出水支座励侧均出现甩水现象，并不断有扩大趋势。上海发电机厂出水支座两侧设计为梳齿型密封铜齿，最内侧靠聚四氟乙烯垫做为挡水板，随着机组运行垫片不断磨损，且密封水挡间隙逐渐增大，而且经过分析转冷水回水不畅引起回水槽盒水位较大，一系列问题导致转冷水随着发电机大轴转动而甩出。其中在1、2号机组检修时分别对聚四氟垫片进行更换并重新调整水挡间隙，但机组检修完毕启动后不久，出水支座励侧便又出现甩水现象，并逐渐增大。

1原因分析

1.1出水支座（积水箱）内部排水不畅，积水过高。冲转之前，转子处于低速旋转，通过转子水流量不多，不会引起出水支座排水不畅，积水过高的现象；冲高转速或额定转速后，旋转的转子相当于一台离心泵的作用，在强大的离心力的作用下，冷却水增加到额定流量（由10t/h涨到28t/h），大量的水高速甩到出水支座内，由于回水管道设计不合理，出水支座回水不畅，水位升高。由于出水支座内的积水在转子水流冲击下处于翻滚状态，而且励端的轴径大，水位上升必然导致部分水流率先从励端溢出，沿着水封外漏。而汽端由于轴径小，水封位置高，因此不易溢漏。导致回水不畅的几个原因：（1）支座的出水口未选择顺着转子旋转的方向，也就是水流势的方向，导致排水不顺畅。（2）回水管未合理布置，回水管应有一定倾斜度，保证回水流畅。（3）回水管在靠近水箱处管径由DN200变径为DN125，且回水管插入水箱底部，造成回水不畅。

1.2出水支座内部风压过大，排气不畅，造成鼓风现象。由于出水支座结构的不对称，随着转轴的高速旋转并向四周甩水，其内部产生了射水泵的抽气效应。在出水支座的内圈，空气被高速水流带着甩到外圈，形成了一个负压的区域。汽端的水封正处于负压区，外界的空气通过汽端水封间隙被吸入出水支座内部。而在出水支座外圈，则形成正压区域。支座的回水管、励端的水封都处于这一正压区域，因此空气不断地从回水管道和励端水封处排出。根据厂家的设计，回水管道应是支座内部的主要的排气渠道，转冷水箱是与大气相通的。如果回水管的排气通畅，支座内部的气压将会维持低水平，励端水封处的气压值较低，不会产生严重的鼓风漏气现象。有两种情况影响支座排气：（1）回水不畅水位拥高，排水口被水淹没，回水管道不能连续排气；（2）回水管进入转冷水箱后插入水面下部，使得气压至少要克服这一水头才能够排出，加剧了排气的困难。（2）水箱属于封闭容器，没有排气口，回水中携带的气体无法及时排除，水面上部分气体压力增大，也加剧了排气的困难。在回水管排气不畅的情况下，励端水封处成了出水支座内部气压的主要泄放通道，导致了严重的鼓风漏气现象。

1.3安装工艺方面的原因：（1）齿形水封与轴的间隙调整过大或不当，导致水封间隙过大。（2）为考虑机组轴系热胀造成转子卸水槽位移或错位。出水支座内部的水首先被紧贴着转轴的四氟乙烯挡水板挡住，少量漏过的水沿着轴表面进入内侧齿形密封体，流量进一步受限。通过内侧齿形密封的微量水沿轴表面进一步运动，进入内外道齿形密封之间的回水腔，在这里转子轴表面刚好有一环形卸水槽。水在通过环槽时，在巨大离心力的作用下将突然落空，无法再附着在轴表面，从而被甩出轴表面，回到内外侧齿形密封之间的回水腔室内，通过泄流孔回到出水支座。回水腔内的水气则通过外侧齿形密封阻止外漏。导致此现象的原因冷态安装时保持了转子回水环槽与回水腔的对应，而没有考虑到汽轮机组运行时的热膨胀影响，导致机组运行时转子回水环槽外移了膨胀量，位于外齿封上。这样，回水槽内的水无法甩回到支座内部，而是沿着外齿封继续外漏。

1.4结构材质方面原因：（1）由于转子卸水槽与出水支座内外侧齿形密封之间的回水腔室对应间隙太小，不同施工单位安装与发电机转子热膨胀量不同可能导致泄水槽对应到外齿上。（2）挡水板材质为聚四氟乙烯垫，与大轴接触极容易磨损，导致间隙增大。

2改造方案

通过确定原因后，确定方案可行，在机组检修过程中正式实施。

（1）首先主要对发电机转冷水出水支座装置进行改造。本次采用牡丹江龙电电力技术研究所研制生产的发电机出水支座组合式密封装置，其一、是在外环各相应部分加上具有特殊吸附水动能的不锈钢丝网特殊结构来实现减弱水的动能，冷却水的大部分动能将被吸附网吸收，从而缓冲了冷却水的喷射速度，使之而无法在水箱内形成往复喷溅的情况，被网吸收下来的水只能沿水挡外壁顺疏水孔流走而不会再次对水挡进行冲击。其二、密封结构类似于油挡的密封，密封的材料采用高分子复合材料，具有良好的耐温性、自润滑性和水润滑性能，不会对磨件损伤。为了确保密封效果还有另外的两道密封结构，前面是缩径式密封结构，后面为浮动式内环密封结构；前面的缩径式结构，是由六瓣或八瓣组合起来，靠特殊装置始终保持与转子无间隙运行；后面浮动式结构，因其在转子上是相对活动的，因此可以随转子一起做椭圆运动，故活动式内环与转子之间能够做的很小（0.10-0.15mm），从而更加增大冷却水顺活动式内环与转子间隙向外泄漏的阻力，能够达到根治水冷机组冷却水泄漏的问题。其三、此装置回水腔室与转子卸水槽对应间隙很大，不会因为转子膨胀而出现卸水槽甩出的水进入外齿封上。改造后，在和机体的连接部位，不做任何改动，只是改变原来梳齿密封结构处，因此不需要对设备做其他任何改动。

（2）对转子冷却水箱内的回水管切割至液面以上，为避免水流飞溅产生气泡进入水泵，在背向转子冷却水泵入口方向，将回水管切口割成45°切口。

（3）将回水管在靠近水箱处管径为DN125管道更换为DN200管道，并加装DN200法兰，以便检修时可以将管道与水箱分离。

（4）在转冷水箱顶部人孔门处加一DN80的不锈钢阀门，正常运行时可以排除水箱内的空气。

3结语

通过机组检修期间按以上制定措施实施后，检修完毕机组启动后，发电机转冷水出水支座甩水问题彻底消除。通过这一技术改造，不仅节省了成本，提高了文明生产，而且保证机组安全稳定运行。

参考文献

［1］程青春，闫建军，郭文兵.汽轮机调速系统检修［M］.北京：中国电力出版社.2013.

［2］孙为民.汽轮机运行与检修技术［M］.北京：中国电力出版社.2012.

［3］李宝玉.汽轮机调节系统疑难问题解析［M］北京.化学工业出版社.2006.