汽輪機(jī)組潤滑油泵的故障分析

王磊

(大慶油田建設(shè)集團(tuán)油建公司，黑龍江大慶163000)

汽輪機(jī)供油系統(tǒng)主要為整個(gè)汽輪發(fā)電機(jī)組的支持軸承、推力軸承和盤車裝置提供潤滑油，同時(shí)還為危急保安裝置提供壓力油等，潤滑油泵的安全穩(wěn)定運(yùn)行是整個(gè)汽輪發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提和重要保證。因此，本文針對大連某熱電廠300 MW新建機(jī)組在啟動(dòng)過程中出現(xiàn)的潤滑油泵故障及異常啟動(dòng)等現(xiàn)象，從汽輪機(jī)潤滑油供油系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理等方面進(jìn)行了分析，并采取了相應(yīng)的解決方法。

1 潤滑油系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理

汽輪機(jī)潤滑油供油系統(tǒng)一般由主油泵、冷油器、頂軸裝置、盤車裝置、排煙裝置、主油箱、交流潤滑油泵、直流潤滑油泵、射油器、電加熱器、油位指示器、連接管道、閥門、逆止門、各種監(jiān)測儀表等構(gòu)成［1-3］，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，主油泵供給汽輪發(fā)電機(jī)組全部用油，包括軸承用油、機(jī)械超速脫扣和手動(dòng)脫扣用油等;在機(jī)組啟動(dòng)和停機(jī)時(shí)，必須向泵提供壓力油;交流潤滑油泵只在啟動(dòng)和停機(jī)階段主油泵排油壓力較低時(shí)使用。直流事故油泵屬于交流潤滑油泵的備用泵，只在緊急情況下使用(如交流電斷電、軸承油壓由于某種原因不能維持正常工作等［4］)。

該機(jī)組的主油泵是蝸殼型離心泵，安裝在前軸承箱中的機(jī)外伸軸上，其進(jìn)油管和1號(hào)射油器出口相連接，排出壓力油管進(jìn)入油箱和射油器進(jìn)口管相連接。主油箱安裝在廠房零米地面的汽輪發(fā)電機(jī)組前端，油箱頂部焊有圓形頂板，交流潤滑油泵、直流事故油泵、氫密封備用油泵、排煙裝置、油位指示器、油位開關(guān)等都裝在頂板上，油箱內(nèi)裝有射油器、電加熱器及連接管道、閥門等，底部有法蘭連接的排油孔。

交流潤滑油泵垂直安裝在主油箱的頂板上，經(jīng)過油泵底部的濾網(wǎng)吸油，泵排油至主油泵進(jìn)油管及經(jīng)冷油器至軸承潤滑油母管，該泵由壓力開關(guān)和裝在控制室內(nèi)的三位開關(guān)控制，出口裝有翻板式止逆閥，防止油從系統(tǒng)中倒流;直流事故油泵垂直安裝在油箱頂板上，該泵由電站蓄電池系統(tǒng)供電，并且由壓力開關(guān)和裝在控制室內(nèi)的三位開關(guān)控制，出口裝有翻板式止逆閥，防止油從系統(tǒng)中倒流［5-8］;氫密封備用油泵又稱為高備泵，水平安裝在主油箱上，在機(jī)組啟動(dòng)和停機(jī)期間提供機(jī)械超速脫扣和手動(dòng)脫扣用油，同時(shí)為發(fā)電機(jī)氫密封系統(tǒng)提供高壓氫密封備用油。

2 直流油泵異常啟動(dòng)情況和聯(lián)啟條件

在汽輪機(jī)首次沖轉(zhuǎn)過程中，轉(zhuǎn)速在1 350 r/min至1 400 r/min時(shí)，總是出現(xiàn)聯(lián)啟直流事故油泵的現(xiàn)象，聯(lián)啟瞬間各參數(shù)的曲線如圖1所示。

圖1 聯(lián)啟直流事故油泵曲線

在圖1中，曲線1為直流泵的啟動(dòng)指令，曲線2為潤滑油壓力低的開關(guān)量信號(hào)，曲線3為直流泵的電流，曲線4為汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速，曲線5為頂軸油泵的出口母管壓力。由圖1曲線可以看出，當(dāng)汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速為 1 381 r/min時(shí)，潤滑油壓力低于0.076 MPa，于是聯(lián)啟直流泵。當(dāng)直流泵正常運(yùn)行以后，潤滑油壓力正常，此時(shí)，直流事故油泵不能停止，否則因潤滑油壓力低而再次聯(lián)啟直流泵。由潤滑油壓力低的開關(guān)量信號(hào)聯(lián)啟是因?yàn)闈櫥蛪毫Φ哪M量有系統(tǒng)采樣死區(qū)的限制。正常情況下，直流泵是不應(yīng)該運(yùn)行的，于是對交流油泵和直流油泵的控制邏輯進(jìn)行分析。

交流油泵的聯(lián)啟條件是交流潤滑油泵沒運(yùn)行且在備用狀態(tài)的情況下滿足如下條件的任何一條都可以聯(lián)啟:

1)潤滑油壓力低啟交流潤滑油泵、氫密封油泵1的開關(guān)量有信號(hào)。

2)潤滑油壓力低啟交流潤滑油泵、氫密封油泵2的開關(guān)量有信號(hào)。

3)汽輪機(jī)已跳閘信號(hào)發(fā)生。

4)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速由高于2 950 r/min時(shí)下降到低于2 950 r/min的5 s內(nèi)。

直流事故油泵聯(lián)啟條件為直流泵在備用狀態(tài)且滿足以下條件的任何一條即可:

1)潤滑油壓力低啟直流事故油泵1的開關(guān)量有信號(hào)。

2)潤滑油壓力低啟直流事故油泵2的開關(guān)量有信號(hào)。

3)潤滑油壓力低于0.076 MPa或者潤滑油過壓調(diào)節(jié)裝置供油母管壓力低于0.076 MPa。

4)交流油泵不在運(yùn)行狀態(tài)、汽輪機(jī)已跳閘，或者交流油泵不在運(yùn)行狀態(tài)、汽輪機(jī)已跳閘且交流油泵啟動(dòng)故障，或者交流油泵不在運(yùn)行狀態(tài)、汽輪機(jī)已跳閘且交流油泵掛牌。

5)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速低于2 950 r/min且交流油泵由運(yùn)行到停止5 s內(nèi)。

6)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速由高于2 950 r/min時(shí)下降到低于2 950 r/min的7 s時(shí)間內(nèi)，交流油泵不在運(yùn)行狀態(tài)，或者汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速由高于2 950 r/min時(shí)下降到低于2 950 r/min的7 s時(shí)間內(nèi)、交流油泵不在運(yùn)行狀態(tài)且交流油泵啟動(dòng)故障，或者汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速由高于2 950 r/min時(shí)下降到低于2 950 r/min的7 s時(shí)間內(nèi)、交流油泵不在運(yùn)行狀態(tài)且交流油泵掛牌。

3 試驗(yàn)分析

對潤滑油供油系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)，通過實(shí)際油壓聯(lián)啟直流油泵、交流油泵，正常情況下各參數(shù)的曲線如圖2所示，而發(fā)生以上現(xiàn)象系統(tǒng)的各參數(shù)曲線如圖3所示。

圖2 正常情況下各參數(shù)曲線

由圖2、圖3曲線分析可知:直流油泵聯(lián)啟以后，交流油泵的電流下降，主油泵出入口油壓均升高。在事故狀態(tài)、聯(lián)啟以后，主油泵出入口油壓變化正常，而單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，各指標(biāo)也正常，說明直流油泵、交流油泵均沒有問題，所以，必須對射油器進(jìn)行深入分析。

3.1 射油器工作原理分析

圖3 異常情況下各參數(shù)曲線

射油器主要由噴嘴、混合室、喉部和擴(kuò)散段組成，射油器噴嘴進(jìn)口和提供壓力油的主油泵出口相連，油通過噴嘴到混合室，然后進(jìn)入射油器喉部，最后進(jìn)入擴(kuò)散段。油通過噴嘴時(shí)速度增加，這種高速油通過混合室，在混合室中產(chǎn)生1個(gè)低壓區(qū)，使油從油箱中吸入混合室，然后被高速油帶入射油器喉部，油通過喉部進(jìn)入擴(kuò)散段，在擴(kuò)散段油的速度能轉(zhuǎn)換成壓力能，將1號(hào)射油器出口油送往主油泵進(jìn)油口，2號(hào)射油器出口油通過冷油器，由管道送入軸承潤滑油母管。擴(kuò)散段后面各裝有1個(gè)翻板式止逆閥，防止油從系統(tǒng)中倒流，同時(shí)為了防止異物進(jìn)入射油器，在射油器的吸油側(cè)裝有可拆卸的多孔鋼板濾網(wǎng)［9-11］。

3.2 工作時(shí)各參數(shù)對比

射油器在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速1 000 r/min時(shí)有工作跡象，在入口油壓高于1.96 MPa時(shí)才可以正常工作。主油泵在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速700 r/min時(shí)出口油壓剛好大于交流潤滑油泵的出口壓力，開始有工作跡象。汽輪機(jī)定速以后，交流油泵和直流油泵均停止，主油泵獨(dú)自工作。在聯(lián)啟直流泵的瞬間，1號(hào)射油器入口油壓0.29 MPa，出口油壓0.39 MPa，吸入真空-0.045 MPa;2號(hào)射油器入口油壓0.004 MPa，出口油壓0.46MPa，吸入真空-0.02MPa，主油泵入口油壓0.375 MPa，出口油壓0.837 MPa。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，主油泵入口油壓0.2 MPa左右，出口油壓2.1～2.4 MPa，一般為2.28 MPa左右;1號(hào)射油器出口油壓0.2 MPa左右，2號(hào)射油器出口油壓0.4 MPa左右，潤滑油壓0.11～0.18 MPa，一般在0.12 MPa左右，并且可以通過過壓調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)整，1號(hào)射油器給主油泵供油，2號(hào)射油器主要供給潤滑油，因?yàn)橹饔捅贸鋈肟谟蛪壕＃?號(hào)射油器沒問題。

3.3 試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析

為了進(jìn)一步確定哪個(gè)部位發(fā)生異常，作如下試驗(yàn):

首先，將汽輪機(jī)穩(wěn)定在600 r/min，對1號(hào)射油器和2號(hào)射油器的出口逆止門進(jìn)行初步調(diào)整，開大2號(hào)射油器出口逆止門，關(guān)小1號(hào)射油器出口逆止門，發(fā)現(xiàn)2號(hào)射油器的出入口壓力均變?yōu)? MPa，調(diào)整后，1號(hào)射油器出口逆止門全關(guān)，其入口壓力為0.38 MPa，出口壓力為0.48 MPa，真空為-0.02 MPa，2號(hào)射油器出口逆止門開度為50%，入口油壓0 MPa，出口油壓0 MPa，真空-0.045 MPa。

其次，在汽輪機(jī)提速過程中，1號(hào)射油器的入口壓力隨轉(zhuǎn)速增加而降低，當(dāng)達(dá)到2 400 r/min時(shí)，其入口壓力為0.18 MPa，出口壓力為0.48 MPa，真空為-0.02 MPa，2號(hào)射油器出口逆止門開度為50%，入口油壓 0 MPa，出口油壓 0 MPa，真空-0.045 MPa。在汽輪機(jī)定速后，對1號(hào)射油器和2號(hào)射油器的出口逆止門進(jìn)行調(diào)整，結(jié)果是1號(hào)射油器出口逆止門開度為 50%，其入口壓力為0.13 MPa，出口壓力為 0.48 MPa，真 空為-0.02 MPa，2號(hào)射油器出口逆止門開度為50%，入口油壓0 MPa，出口油壓 0MPa，真空-0.045 MPa;在此轉(zhuǎn)速下，對逆止門進(jìn)行再次調(diào)整，結(jié)果為1號(hào)射油器出口逆止門全關(guān)，其入口壓力為0.38 MPa，出口壓力為0.48 MPa，真空為-0.02 MPa，2號(hào)射油器出口逆止門全開，入口油壓0 MPa，出口油壓0 MPa，真空-0.045 MPa。

由以上分析可知，2號(hào)射油器沒工作，或者逆止門、入口法蘭等存在泄漏點(diǎn)。

4 解決方法

在汽輪機(jī)停機(jī)且金屬壁溫降下來以后，停盤車倒油，對主油箱進(jìn)行檢查(根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)節(jié)級溫度在150℃左右時(shí)，才可以停盤車，否則會(huì)對汽輪機(jī)造成嚴(yán)重傷害)。對主油箱進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)套裝油管路沒問題，掛閘油壓在套裝油管路測取，約0.7 MPa左右;主油泵出口油壓正常，油壓為2.4 MPa左右;主油泵出口去射油器入口有節(jié)流孔和逆止門，高備泵出口在逆止門前連接到主油泵出口，2號(hào)射油器擋板卡死，位置與水平面成30°，2號(hào)射油器入口法蘭漏泄，5號(hào)軸承和6號(hào)軸承的油管路沒裝節(jié)流孔板，可能會(huì)造成潤滑油泄漏現(xiàn)象。對這些故障進(jìn)行處理后，再次啟機(jī)時(shí)一切正常，沒出現(xiàn)潤滑油泵故障或異常啟動(dòng)等現(xiàn)象。

5 結(jié)論

1)潤滑油泵的安全穩(wěn)定運(yùn)行是汽輪發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提和重要保證。

2)在機(jī)組運(yùn)行之前，必須保證整個(gè)潤滑油系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，避免對汽輪機(jī)的軸承造成傷害，運(yùn)行中應(yīng)隨時(shí)監(jiān)測該系統(tǒng)中各個(gè)分系統(tǒng)的每個(gè)運(yùn)行參數(shù)，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理。

3)從系統(tǒng)的角度去分析，判斷發(fā)生異常的故障源，才能夠解決機(jī)組啟動(dòng)和運(yùn)行過程中發(fā)生的任何故障，保證機(jī)組的安全。

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