超臨界600MW 火電機組頂軸油系統優化改造

段國武

（大唐國際發電股份有限公司浙江分公司，浙江 杭州 310016）

0 引言

汽輪發電機盤車時，為減少轉子轉動力矩和避免軸瓦的磨損，采用液壓頂軸裝置將高壓油從軸瓦泵入，靠油壓將軸頸頂起，強制形成油膜，承受轉子的重量，避免軸頸和軸瓦的干摩擦。由于汽輪機和發電機每個軸承對應的轉子重量，軸頸和寬徑比不同，各軸承壓比不同，需要不同的油壓才能形成基本相同厚度的油膜。頂軸油壓偏低或各軸承壓力分布不均，將會造成盤車失穩以及盤車電流擺動，導致支持軸承與轉子磨損，嚴重時會由于汽輪機軸瓦損害導致大軸彎曲的重大設備事故。

1 頂軸系統存在的主要問題

目前，我公司600MW 超臨界機組配套的頂軸油泵為630CY14-1B型柱塞泵，機組頂軸油系統油壓波動較大，易引起轉子頂起高度變化，系統閥門配套截止閥及濾網等安全可靠性較差，機組啟停過程中危及機組軸瓦安全。另外，原設計的頂軸油控制集塊裝置調整門采用的是國產普通針型閥，閥門存在門軸漏油，調整精度差，壓力不穩定等問題。主要缺陷詳細介紹如下：

1.1 頂軸壓力不穩定，影響軸瓦的頂起高度

原系統設計中未能充分考慮頂軸油壓的穩定性，頂起壓力靠定量泵加溢流閥來調節，而且液壓泵選型不合理，管路設計不科學。因此，一旦該溢流閥或液壓泵工作失常，就會造成母管油壓不穩定，進而直接影響到軸瓦的頂起高度。頂軸油泵的轉速低，設計功率小，使頂軸油泵的出口壓力偏低，單臺泵運行時泵出口壓力小于7.0MPa，低于頂軸油系統運行時的最小油壓，轉子頂起高度明顯不足，在盤車狀態下存在碾瓦的風險。因此，在汽輪機盤車時基本都兩臺頂軸油泵運行，將泵出口壓力提高到9.0MPa，方可正常盤車，但頂軸油泵缺少備用，安全性差。

1.2 頂軸壓力重復精度差

要求在頂軸油停車后，下一次啟動時頂軸的油壓與上一次調定的頂軸的油壓相比不能相差很大，且幾路支路的油壓應能獨立設定互不干擾。由于原系統中各個支路一般采用節流閥或是截止閥，不能保證所需的重復精度，每次啟動頂軸油系統后都需要根據需要的頂起高度重新設定閥的開度，操作復雜，不便管理，且各支路閥門沒有鎖定功能，容易引起松動和誤操作。

1.3 液壓元件故障多，更換頻率高

由于機組在啟、停階段頂軸油系統長期處于連續工作，原系統內的液壓元件因制造質量等原因，故障發生的頻率較高，比如油泵軸向漏油，有時壓力、流量急驟下降，導致支持軸承與轉子磨損的事件時有發生，設備的維修、更換頻率高。

1.4 頂軸油供油油質問題

由于原頂軸油系統的供油裝置未采用油路過濾器，造成管路內雜質很多，因此軸頸時常被雜質磨損，發電機軸頸磨損更為嚴重，形成深約1mm、寬約10mm～20mm 的溝槽，修復費用昂貴。

1.5 系統管路復雜，泄漏點多

原系統采用兩個分油器加管式油路，連接處多，結構復雜，日常滲漏也較多，致使整個系統工作的穩定性下降。

2 頂軸油系統優化

2.1 頂軸油系統油站優化

為保證機組的安全、穩定、可靠運行，對頂軸油系統進行優化改進，將原油泵更換為進口可變量柱塞泵，即可使系統油流量隨需求而變化，整定好的油壓可維持不變。油站增設蓄能器，從而更加保證系統油壓及流量的穩定性和可靠性。采用操縱屏式的油路板和板式球閥，操縱省力快速且占平面面積少，將管式連接減至最低限度，漏點少、維護方便。

頂軸油系統采用德國力士樂A10 型恒壓變量泵，泵的入口油通過入口濾網將透平油吸入，高壓油經泵單向閥進入高壓油母管，蓄能器與高壓油母管并聯。頂軸油供油系統的輸出壓力調定為17±0.2MPa。頂軸油供油系統安全閥整定值20±0.2MPa。油泵啟動后，油泵以全流量約751/min 向系統供油，同時也給蓄能器充油，當泵輸出壓力到達泵內調壓閥調定壓力時，高壓油推動恒壓泵上的控制閥，控制閥操作泵的變量機構，使泵的輸出流量減少，當泵的輸出流量和系統用油流量相等時，泵的變量機構維持在某一位置，當系統需要增加或減少用油量時，泵會自動改變輸出流量，維護系統油壓在17MPa。當系統瞬間用油量大于泵輸出流量時蓄能器將參與供油。頂軸油系統出口部分設置了兩個單觸點壓力開關和一個壓力變送器，一只壓力開關是系統油壓下降到14MPa 時報警并啟動備用泵，另一只是系統油壓下降到8MPa 時報警并禁開盤車。而選用的一個壓力變送器可將壓力信號送至DCS，以便監控系統壓力。

圖1 油站系統布置圖

2.2 頂軸油控制集塊優化

使用供油控制集成塊和壓力輸出集成塊將原來雜亂的管路布置進行集成化，連接的主供油回路和備用供油回路的輸出端和安全閥的輸入端。每根出油管上分別設有調節閥，它們是系統的核心元件，對輸出壓力油的調節品質起到關鍵作用。調節閥用于對供油母管輸出的壓力油壓力流量進行獨立調節，選用美國“Parker”公司或Vickers 調節閥代替原有技術的節流閥或截止閥。該調節閥具有帶壓力補償的特點，當進油壓力變化時，調定的流量值會穩定在±5%的公差范圍內，且調節閥的設計已考慮了油液黏度的影響，并帶有手動鎖緊功能，最大程度上避免了松動和誤操作。根據試驗測試得到數據，多次起停后，單個調節閥后壓力變化＜0.5MPa；各支路之間的油壓影響＜0.2MPa，重復精度和抗干擾性能夠滿足技術要求。

圖2 控制集塊圖

3 頂軸油系統優化安全性分析

3.1 頂軸油系統油站優化后安全性分析

1）采用恒壓變量泵后，頂軸油供油系統工作在調定的恒定壓力下，流量依據外負載的變化而變化，改造后只需一臺頂軸油泵就可達到現在兩臺泵的效果，保證有一臺泵在備用，不會出現盤車時頂軸油斷油的現象。

2）主油泵電機組和備用油泵電機組的油泵入口處的磁性過濾器和吸油濾油器是保護油泵和閥類正常工作的重要元件，可以吸附油液中的鐵質雜質和大量污染物。磁性濾油器內有一根永久磁棒，以吸附透平油中的金屬垃圾，它選用黎明公司"ISV"型大流量吸油過濾器和磁性過濾器。當濾芯被污染物堵塞到泵入口真空度為-0.018MPa 時，發訊器內的微動開關動作，發出開關信號指示應清洗或更換濾芯，若不能更換，當真空度達到-0.02MPa 時，旁通閥自動開啟，保護油泵。有效得保護了油泵等液壓元件以及油液經過的汽輪機和發電機軸頸等。

3）主油泵電機組和備用油泵電機組分別由交流電動機及恒壓變量柱塞泵構成。恒壓變量柱塞泵能產生高壓大流量液壓油，油泵的特性曲線能保證系統輸出總流量的變化，并能確保供油母管壓力波動范圍維持在一定數值(1MPa)內。交流電動機選用著名ABB 公司的QA 系列三相異步電動機，既提高了頂軸性能和使用壽命及安全性，又減少了系統能量損失，降低了備品配件的費用。

4）油站增設兩個蓄能器，從而增加了系統油壓及流量的穩定性和可靠性。二個高壓蓄能器用來吸收脈動壓力，在系統正常運行或切換油泵時，很大程度上減小了壓力波動。此蓄能器通過一個蓄能器塊與油系統相連，每個蓄能器的通路上有二個截止閥，此兩閥組合使用，能將蓄能器與系統隔絕并放掉蓄能器中的高壓油，以進行試驗與在線維修。

3.2 頂軸油系統控制集塊優化后安全性分析

頂軸油系統控制塊采用集中布置，結構緊湊。而且控制精度高、各軸瓦間的壓力波動干擾小、漏點少、堅固耐用、調試方便，減輕了操作人員的工作強度。在系統的壓力油輸出口使用了進口的調節閥，在系統運行時，它可以按照系統的壓力要求，可以比較準確的調節流量，壓力調節平穩，互相干擾小，當完全關閉時，它又是一個截止閥。

4 結論

頂軸油系統油壓波動，易引起轉子頂起高度變化，機組啟停過程中危及機組軸瓦安全。另外原設計頂軸油控制集裝置分散式布置，管路接頭多易發生滲油現象，調整門為國產普通針型閥，閥門存在門軸漏油，調整精度差，壓不穩定等問題。頂軸油系統經優化改造，采用恒壓變量柱塞泵，并且油站增設蓄能器，從而保證系統油壓及流量的穩定性和可靠性。頂軸油系統控制塊采用集中布置、結構緊湊，控制精度高，各軸瓦間的壓力波動干擾小。

［1］沈文玲.300MW 機組頂軸油系統改造[J].上海電力，2005，06:639-640.

［2］萬家昭.汽輪發電機組頂軸油系統改進的探討[J].江西電力，2006，02：47-49.