9F级燃机发电机氢气及密封油系统
陈 昱
(上海漕泾热电有限责任公司，上海 200031)
摘 要：氢冷发电机的氢系统和氢密封系统对机组安全可靠运行具有重要作用 详细介绍了GE 9FA燃机300 Mw 氢冷发电机的氢气和密封油系统，以及氢气系统辅助设备；对氢气和二氧化碳的置换和若干运行操作问题进行了探讨
关键词：燃气轮机；氢冷发电机；密封油系统
中图分类号：TK74；TM3l1 文献标识码：B
l 引言
上海漕泾热电有限责任公司现有2套单元制的9FA燃机(GE制造)的燃气一蒸汽联合循环多轴机组。300 Mw 燃机氢冷发电机尺寸为8．1 m×5．3 m×4．4 m，而100 MW 汽机空冷发电机为7．6 m×3．6 m×5．4 m，可见利用氢冷技术，发电机可以实现小尺寸大功率。
发电机的内部冷却是靠内部气体的对流将热量带走，而氢气的热传导系数和对流系数都比空气高，因此能更有效地冷却发电机的转子和定子。
而且氢气分子质量较小，在高速旋转时摩擦阻力较小，机械功损耗小，产生的热量也较少。同时氢冷发电机的密封系统既保持了发电机内气体压力的稳定，也提供了一个清洁干燥的隔绝环境，提高了发电机的运行寿命。
当然，氢冷技术也并非毫无缺点，氢气是活泼的气体，当空气中的氢气含量达到4．1 ～74．2％时，可能造成爆炸。另外由于氢气分子质量小，更容易穿过微小的细缝，造成泄漏。为了充分利用氢冷技术的优点，同时解决诸多的不利，需要配套安装一些辅助设备系统。现对GE公司300 Mw 氢冷发电机(9H2型)的氢气及密封油系统的相关设备进行介绍。
2 氢气系统的密封
2．1 发电机氢气系统密封的机械结构
发电机氢气密封结构如图1所示，由图1可

以看出，机械密封采用的是双层密封环。密封环与轴之间的间隙只有0．076～0．381 mm。密封油从两层密封环的中间进入，从两端流出。
一端与发电机内的高压氢气接触，此处回油间隙较小，外加一个油挡也可减小油流量。而且密封油压与氢气压力的压差基本恒定(一般在38．5～49．0 kPa)，因此保持了稳定的流场，也就保持了密封的稳定性。
另一端与外界空气接触，回油间隙较大，因此大量的密封油从空气侧回油。同时由于大气压力基本恒定，而密封油压随发电机内氢气压力进行调节，因此发电机内气体压力越高，空气侧回油的压差越大，也就意味着空气侧的回油量增大，导致密封油整体流量增大。
2．2 发电机氢气密封油供应与回油
燃机发电机密封油与润滑油为同种油，因此共用一个油箱。燃机有2台交流润滑油泵、1台直流润滑油泵、1台交流密封油泵和1台直流密封油泵。因为润滑油泵出口压力高于密封油系统的需求压力(49～49O kPa)，因此一般正常运行时只要一台交流润滑油泵就能保证润滑油和密封油的供应。
从润滑油母管上引出一路通过调压阀就能供应密封油系统。当润滑油系统有低油压信号时，将会启动备用状态的交流润滑油泵，如果低油压信号继续存在则启动直流润滑油泵。润滑油的低油压信号仍比密封油的需求压力高，因此一般低油压信号只会启动备用的润滑油泵。但如果油压持续降低到密封油压力低信号产生时，交流密封油泵将启动。若仍无法满足密封油压需求则会启动直流密封油泵。在多台交直流油泵逻辑上多层次保护下，燃机发电机的密封油供应将得到最大限度的保证。
与密封油的供应来自于润滑油一样，密封油的回油也与润滑油的回油有关。空气侧的密封油直接回油到润滑油的回油消泡箱，而氢气侧的密封油回油要通过一个特殊的密封油浮球回油阀(float trap)再回到润滑油的回油消泡箱，如图2所示。
图2 发电机氢气密封油供应和回油过程不意图
2．3 发电机密封油辅助设备
(1)密封油调压闽模块
氢冷发电机在正常运行时，内部的氢气温度和压力随发电机负荷而变化，且由于氢气必须保持一定的代谢率而非100 的密封循环，所以发电机内的气体压力只是相对稳定。在进行发电机内部气体置换时，内部气体的性质和压力会有较大幅度的变化。因此，要将压力动态变化的氢气安全稳定地密封在发电机内，就必须使密封油压力随氢气压力的变化而变化，保持恒定的压差。GE燃机发电机的密封油压力是由隔膜式调压模块来完成，通过纯机械式的无差调节来达到目的。
密封油压通过发电机的密封油回油压力以及密封油调压阀后压力送到调压隔膜阀来综合调节。密封油的回油压力与发电机内的气体压力相同，而调压阀后压力就是密封环的进油压力，两者通过调压阀调节而保持一个稳定的压差，也就意味着在发电机密封环处也保持稳定的压差。此压差的设定值通过调节隔膜调压阀弹簧的紧固螺栓来修正。多次气体置换以及长时间的运行经验表明，调压阀的调压性能迅速而准确。
(2)密封油浮球回油阀


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