汽輪機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中潤(rùn)滑油壓變化趨勢(shì)及成因分析

孫克克

【摘 要】本文簡(jiǎn)要介紹了汽輪機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)的主要功能、風(fēng)險(xiǎn)，并以秦山核電300MW機(jī)組潤(rùn)滑油系統(tǒng)為列，詳細(xì)介紹了潤(rùn)滑油系統(tǒng)的主要設(shè)備及其功能、系統(tǒng)工作原理等。同時(shí)對(duì)汽機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中潤(rùn)滑油壓的變化趨勢(shì)予以分析，為電廠運(yùn)行人員在執(zhí)行汽輪機(jī)啟動(dòng)操作時(shí)給與參考，出現(xiàn)異常及早干預(yù)，避免事故發(fā)生。

【關(guān)鍵詞】汽輪機(jī);潤(rùn)滑油;沖轉(zhuǎn);油壓

中圖分類號(hào)： U672 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）06-0270-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.06.105

【Abstract】This paper introduces the function and risk of Turbine lube oil system，and takes the lube oil system of qinshan nuclear power unit of 300MW as an example，introduces the main equipment、function and working principle of the lube oil system.At the same time，analyzed the change trend of lube oil pressure in order to provide reference for power plant operator in the operation of turbine start-up，abnormal early intervention to avoid accidents.

【Key words】Turbine;Lube oil;Roll;Oil pressure

1 汽機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)功能簡(jiǎn)介

潤(rùn)滑油系統(tǒng)主要在機(jī)組啟動(dòng)、停止、正常運(yùn)行和事故工況下，為汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的徑向軸承、推力軸承，提供符合設(shè)計(jì)要求（油溫、油壓、油質(zhì)等）的潤(rùn)滑油，以減少軸承接觸表面的摩擦損失并帶走因摩擦產(chǎn)生的熱量以及由轉(zhuǎn)子傳來(lái)的熱量。潤(rùn)滑油系統(tǒng)在汽輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，是機(jī)組安全運(yùn)行的重要保障，如果潤(rùn)滑油系統(tǒng)工作異常，極易導(dǎo)致機(jī)組定轉(zhuǎn)子動(dòng)靜摩擦、大軸彎曲、軸瓦燒毀，甚至發(fā)生整機(jī)損壞的惡性事故，給電廠帶來(lái)重大的安全事故和不可估量的經(jīng)濟(jì)損失。

2 秦山核電300MW機(jī)組潤(rùn)滑油系統(tǒng)設(shè)備組成

秦山核電300MW機(jī)組潤(rùn)滑油系統(tǒng)主要由主油泵、交流潤(rùn)滑油泵、直流潤(rùn)滑油泵、注油器、油冷卻器、潤(rùn)滑油箱、排煙風(fēng)機(jī)、油過(guò)濾器以及連接管道、閥門(mén)及各種監(jiān)測(cè)儀表等構(gòu)成（由于在2018年的常規(guī)島設(shè)備更新改造中，采用電超速保護(hù)取代了原設(shè)計(jì)的機(jī)械超速保護(hù)，所以原潤(rùn)滑油系統(tǒng)中的高壓油泵及其管路也隨之取消）。

3 潤(rùn)滑油系統(tǒng)主要部件的功能簡(jiǎn)述

主油泵：雙吸式離心泵，裝在前軸承座內(nèi)的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的接長(zhǎng)軸上，無(wú)自吸能力，需依靠交流油泵或注油器建立吸入壓力。汽輪機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，為注油器提供高壓工作油，使注油器正常工作，從而為徑向軸承、推力軸承及主油泵入口供油。

交、直流潤(rùn)滑油泵：均為立式離心泵，電機(jī)裝在油箱頂部的圓板上，通過(guò)固定式聯(lián)軸器與泵相連接，油泵浸沒(méi)在油箱潤(rùn)滑油中。交流油泵在機(jī)組啟動(dòng)、停止過(guò)程中，主油泵還不能正常工作時(shí)，為汽輪發(fā)電機(jī)組軸承、盤(pán)車齒輪及頂軸油泵提供潤(rùn)滑油。直流油泵在機(jī)組停機(jī)或事故工況，交流油泵故障時(shí)，為軸承緊急供油。

注油器（1臺(tái)）：安裝在油箱內(nèi)部，主要由噴嘴、擴(kuò)散管、逆止閥和濾網(wǎng)等組成，其利用主油泵的高速油流作為動(dòng)力將動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?shì)能，將油箱內(nèi)的的油吸上，通過(guò)擴(kuò)散管排出，為軸承提供潤(rùn)滑油，為主油泵提供油源。

4 潤(rùn)滑油系統(tǒng)的工作原理

汽機(jī)啟動(dòng)前，輔助油泵（即交流潤(rùn)滑油泵）先啟動(dòng)，從潤(rùn)滑油箱吸油，分成兩路，一路經(jīng)冷油器冷卻后送至汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)軸承、盤(pán)車齒輪和頂軸油泵等用戶，最終返回潤(rùn)滑油箱;另一路為主油泵供油。由于注油器出口逆止閥001V閥前壓力不足以將其頂開(kāi)，所以潤(rùn)滑油流經(jīng)注油器時(shí)，從注油器的吸油孔排至潤(rùn)滑油箱。

汽機(jī)在啟動(dòng)沖轉(zhuǎn)過(guò)程中，當(dāng)轉(zhuǎn)速升至約2800rpm以上時(shí)，主油泵已能正常工作，為注油器提供高壓工作油。此時(shí)注油器出口逆止閥001V閥前壓力大于閥后壓力，001V被打開(kāi)，使注油器正常工作，向主油泵入口供油。同時(shí)注油器和輔助油泵聯(lián)合向汽輪發(fā)電機(jī)組的徑向軸承、推力軸承供油。如果此時(shí)停運(yùn)輔助油泵，注油器將單獨(dú)完成向機(jī)組徑向軸承、推力軸承供油。

機(jī)組停運(yùn)時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速下降，潤(rùn)滑油壓降低。當(dāng)轉(zhuǎn)速降至約2400rpm時(shí)，低油壓信號(hào)聯(lián)鎖啟交流潤(rùn)滑油泵，完成注油器供油向輔助油泵供油地切換。

5 汽機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中潤(rùn)滑油壓變化趨勢(shì)及原因分析

秦山核電300MW汽輪發(fā)電機(jī)組采用上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的額定轉(zhuǎn)速為3000rpm的全轉(zhuǎn)速機(jī)組，其在沖轉(zhuǎn)時(shí)（盤(pán)車轉(zhuǎn)速→3000rpm）的潤(rùn)滑油壓變化趨勢(shì)如圖2所示。

根據(jù)圖2可觀察出潤(rùn)滑油壓隨轉(zhuǎn)速的變化情況如下：

1）沖轉(zhuǎn)前，油壓相對(duì)穩(wěn)定（a前盤(pán)車轉(zhuǎn)速區(qū)）;

2）沖轉(zhuǎn)初期，油壓有輕微變化，但變化不大（a-b轉(zhuǎn)速區(qū)）;

3）隨著轉(zhuǎn)速升高，油壓緩慢下降，（b-c轉(zhuǎn)速區(qū)）;

4）在c點(diǎn)轉(zhuǎn)速時(shí)，油壓降至最低值;

5）隨著轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高，油壓從最低值又緩慢上升（c-d轉(zhuǎn)速區(qū)）;

6）油壓突降（d點(diǎn)轉(zhuǎn)速）;

7）油壓突降后，又緩慢回升，直至穩(wěn)定（d后轉(zhuǎn)速區(qū)）。

6 油壓變化原因分析

P2為流經(jīng)用戶后的壓力，也即是潤(rùn)滑油箱的壓力。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，油箱始終保持一定的負(fù)壓，且變化不大，所以可知：Q2與P1正相關(guān)，即Q2∝P1，P1增大（減小），Q2亦增大（減小）。

針對(duì)上述在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中潤(rùn)滑油壓變化的原因分析如下：

1）在盤(pán)車轉(zhuǎn)速區(qū)，輔助油泵從潤(rùn)滑油箱吸油，向汽輪發(fā)電機(jī)組軸承、盤(pán)車齒輪、頂軸油泵等用戶和主油泵供油，前者通過(guò)用戶后返回油箱，后者由于001V未打開(kāi)，注油器功能未建立，故回油通過(guò)注油器吸油孔排至油箱，轉(zhuǎn)速由盤(pán)車裝置維持在0～3rpm，整個(gè)過(guò)程流量穩(wěn)定（Q1=Q2+Q3，Q3=Q4，Q5=0），故潤(rùn)滑油壓P1也穩(wěn)定;

2）在啟動(dòng)沖轉(zhuǎn)的開(kāi)始階段a-b轉(zhuǎn)速區(qū)，由于主油泵轉(zhuǎn)速不高，其流量效應(yīng)仍不明顯，故各管路流量變化不大，潤(rùn)滑油壓亦變化不大;

3）在b-c轉(zhuǎn)速區(qū)，隨著主油泵流量效應(yīng)加強(qiáng)，Q4流量增大。由于輔助油泵出口流量Q1不變（圖中電流穩(wěn)定），故通過(guò)軸承的流量Q2減小，P1也隨之降低。注油器出口壓力，即001V閥前壓力雖然升高，但仍不足以將001V頂開(kāi)，故Q5=0，Q3=Q4;

4）隨著主油泵轉(zhuǎn)速的不斷升高，注油器出口油壓也持續(xù)升高。在c點(diǎn)轉(zhuǎn)速時(shí)，注油器出口油壓升至與輔助油泵出口油壓相同，即001V閥前、閥后壓力相等。此時(shí)輔助油泵向主油泵的供油量Q3達(dá)到最大值，因?yàn)镼1不變，相應(yīng)地供用戶的流量Q2就達(dá)到最小值，所以P1也達(dá)到最低值0.221MPa;

5）繼續(xù)升速，當(dāng)注油器出口壓力大于輔助油泵出口壓力時(shí)，001V被打開(kāi)。注油器功能建立，注油器利用從主油泵來(lái)的高壓工作油，開(kāi)始從油箱吸油Q6，Q5開(kāi)始有流量，此時(shí)注油器供油分兩路，一路至主油泵Q4，一路經(jīng)冷油器至用戶Q3，即Q5=Q4+Q3，軸承供油量Q2=Q1+Q3。隨著轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高，雖然輔助油泵的供油量Q1有所減少（輔助油泵電流減小），但注油器的供油量Q3持續(xù)加大，所以Q2總體是增大的，潤(rùn)滑油壓P1也隨之增大;

6）在d點(diǎn)轉(zhuǎn)速時(shí)，停運(yùn)輔助油泵，Q1為零，Q3=Q2，Q2流量突降，P1亦突降;

7）在后續(xù)繼續(xù)升速至額定轉(zhuǎn)速的過(guò)程中，Q2增大直至穩(wěn)定，P1亦增大直至穩(wěn)定。

7 結(jié)束語(yǔ)

潤(rùn)滑油系統(tǒng)是汽輪發(fā)電機(jī)組的重要輔助系統(tǒng)，其工作正常與否，直接影響到發(fā)電機(jī)、汽輪機(jī)等發(fā)電關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行。本文通過(guò)對(duì)汽機(jī)啟動(dòng)階段潤(rùn)滑油壓力變化進(jìn)行分析，特別是沖轉(zhuǎn)過(guò)程中潤(rùn)滑油壓出現(xiàn)的兩次低值的討論分析，初步了解了潤(rùn)滑油系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)律，為電廠運(yùn)行人員在執(zhí)行汽機(jī)沖轉(zhuǎn)操作中，關(guān)于潤(rùn)滑油系統(tǒng)的操作和監(jiān)視具有一定地參考意義。

【參考文獻(xiàn)】

[1]秦山核電一廠30萬(wàn)機(jī)組，潤(rùn)滑油系統(tǒng)流程圖，2018年.

[2]秦山核電一廠30萬(wàn)機(jī)組，潤(rùn)滑油系統(tǒng)培訓(xùn)教材，2009年.

[3]秦一廠常規(guī)島設(shè)備更新（汽輪機(jī)本體及附屬系統(tǒng)部分）永久變更詳細(xì)設(shè)計(jì)，2017年.