汽輪機頂軸油系統振動分析及處理

摘要：汽輪機頂軸油系統是汽輪機組的一個重要系統，在汽輪發電機組盤車、啟動、停機過程中起到頂起轉子的作用。汽輪機頂軸油系統的特點是頂軸油壓力高、流量少，管道容易發生振動，當頂軸油系統發生管道振動時的破壞性較強。現主要闡述了某公司汽輪機頂軸油系統發生振動的危害、原因，并提出了相應的處理方法。

關鍵詞：頂軸油系統;振動;危害;處理方法

0 引言

某公司汽輪機頂軸油系統采用開式供油方式，補給油引自汽輪機潤滑油系統，頂軸油回油排入軸承箱。補油壓力與潤滑油壓力相同，當潤滑油泵啟動正常后，頂軸油系統方可投入運行。本系統配備有3臺活塞式頂軸油泵，由德國Bosch Rexroth公司制造，其中2臺型號為28 DFR1/31R-PPA12N00（A、B泵），額定壓力為28 000 kPa，流量為28 mL/s;1臺型號為9DFR1/32R-VPB22U9925183（C泵），額定壓力為28 000/35 000 kPa，流量為79 mL/s。本系統允許最大工作壓力為20.6 MPa，正常運行母管壓力為15～18 MPa。為防止頂軸油泵損壞，本系統不允許超壓運行。3臺頂軸油柱塞泵壓力調整為18 MPa，均設有再循環管道。頂軸油系統還有一套頂軸油分配器，分配器由1個先導式減壓溢流閥、1個手動溢流閥、2路進油管和7路出油管構成，7路出油管向汽輪機7個軸承供油。汽輪機頂軸油系統流程圖如圖1所示。

1 頂軸油系統管道發生振動的過程

該汽輪機組在廠用電保安段切換試驗過程中，C頂軸油泵跳閘，C頂軸油泵跳閘前電流為33.3 A，頂軸油母管壓力為15.4 MPa，A頂軸油泵聯啟成功，頂軸油母管壓力最低降至13.3 MPa，盤車跳閘，A頂軸油泵運行時電流為23.5 A，A頂軸油母管壓力為15.1 MPa。

為了增加#5機組保安段負荷，此時啟動C頂油泵運行，C頂軸油泵啟動運行后電流為51.6 A，A頂軸油泵電流下降至16.4 A，頂軸油母管壓力為15.1 MPa，此時頂軸油管道開始振動并伴有較大的噪聲，頂軸油母管壓力和各分支軸承頂軸油壓有輕微波動。在200 MW機組廠用電保安段切換試驗時，交流潤滑油泵、盤車、A/C頂軸油泵相繼跳閘。

為了繼續完成200 MW機組廠用電保安段切換試驗，再次啟動交流潤滑油泵、A頂軸油泵、C頂軸油泵，繼續進行保安段帶負荷試驗，此時A頂軸油泵電流為19 A，C頂軸油泵電流為51.1 A，頂軸油母管壓力為14.9 MPa，潤滑油壓力和頂軸油系統運行正常后啟動機組盤車運行，盤車電流為39 A，頂軸油管道振動激烈并伴有較大的噪聲，頂軸油母管壓力和各分支軸承頂軸油壓有較大的波動。為了消除頂軸油管道振動情況，將A頂軸油泵停止運行，頂軸油母管壓力為14.8 MPa，C頂軸油泵電流為50.1 A，頂軸油管道的振動和噪聲問題都沒有得到明顯改善，此后啟停C頂軸油泵4次，頂軸油管道振動和噪聲都較大，當時發現頂軸油泵再循環管道的堅固件已脫落，管道振動明顯。頂軸油泵再循環管道同主機冷油器前油壓表距離較近，造成主機冷油器前油壓表脫落，因發現及時沒有造成較大的漏油事故。當時機組高壓內缸壁溫為200 ℃，因此決定停止盤車，處理頂軸油管道振動問題，改為每半小時手動盤車180°。

2 頂軸油系統管道發生振動的危害

（1）頂軸油管道振動會對頂軸油系統和相鄰系統的管道造成金屬疲勞現象，嚴重時會造成管道的焊縫以及管道彎頭處破裂漏油。若在機組正常運行中發生頂軸油管道破裂漏油現象，嚴重時會造成軸瓦燒損事故。

（2）頂軸油管道振動嚴重時引起保護誤動作，甚至損壞設備，也會影響精密儀器和儀表的正常運行，影響儀表刻度閱讀的準確性和閱讀速度，甚至無法讀數，如果振動過大，會直接影響儀表的使用壽命，也會造成相鄰精密儀器的損壞。

（3）頂軸油管道振動會干擾人體的視覺，降低人員工作效率，進而造成人體疲勞，容易對值班人員的身體造成較大傷害。若振動強烈，也會對周圍建筑物的建筑結構造成損害。

（4）頂軸油管道振動嚴重時，會造成頂軸油管道的堅固件松動和脫落，更加容易引起管道振動。

3 頂軸油系統管道振動的原因分析

從圖1的頂軸油系統結構分析，引起頂軸油管道產生振動和噪聲的原因主要有以下幾點：

（1）頂軸油系統管道支架引起頂軸油系統管道振動：1）支吊架長期受外力作用產生疲勞損壞;2）頂軸油管道自身振動，造成管道支架松動或堅固件松動脫落;3）頂軸油管道支架數量不夠，沒有起到固定作用。

（2）頂軸油管道的再循環管道、頂軸油分配器溢流閥后管道積存空氣，引起頂軸油管道振動。

（3）頂軸油分配器溢流閥振動，造成頂軸油分配器溢流閥振動的原因有：

1）先導式溢流閥的先導錐閥表面硬度不夠，使用過程中產生較大磨損，其與閥座的配合被破壞，引起先導閥流量增加，導致控制壓力波動，產生振動和噪聲。

2）先導式溢流閥調壓彈簧設計太軟或使用時間長，造成彈簧緊力減少，當溢流閥動作時，滾動力的變化引起彈簧自振，從而引起溢流閥共振和噪聲。

3）溢流閥閥芯和閥孔配合過緊，使溢流閥移動緩慢，即動作遲緩性大，溢流閥工作時壓力波動大，造成溢流閥產生振動和噪聲。若閥芯和閥孔配合過松，閥芯和閥孔間隙過大泄漏嚴重，造成液體動力、壓力變化大，產生振動和噪聲。

4）溢流閥配置較小，溢流閥工作時開度太大，造成溢流閥的流量特性曲線運行在非線性區域，致使溢流閥工作壓力波動大，引起溢流閥產生振動和噪聲。

（4）頂軸油泵再循環管道積存空氣，當再循環管道有油流動時，會使頂軸油泵再循環管道產生振動和噪聲。

（5）頂軸油泵內壓力調節裝置的彈簧失效、針形閥磨損等，引起頂軸油泵工作壓力波動，致使頂軸油泵產生振動和噪聲。

根據上述A頂軸油泵和C頂軸油泵的電流和頂軸油母管壓力等的變化進行判斷，在A頂軸油泵和C頂軸油泵并列運行前，C頂軸油泵單泵運行時的電流為32 A左右，頂軸油母管壓力為15.4 MPa左右，但在A、C泵并列運行時后，A頂軸油泵電流升至18.2 A左右，C頂軸油泵電流升至50 A左右，頂軸油母管壓力緩慢降至14.3 MPa左右，從此現象分析，頂軸油母管的溢流閥在A、C泵并列運行時已開始動作（C頂軸油泵電流由32 A升至50 A左右，表明C泵的流量比單泵運行時增大了），當頂軸油母管溢流閥開度增大，C頂軸油泵容量是A頂軸油泵的2倍多，因此當A、C泵并列運行時，造成溢流閥流量增大，頂軸油母管溢流閥頻繁啟閉，使溢流閥管道內的液體流動速度變化，產生溢流閥液擊現象，從而導致溢流閥發生共振現象，使頂軸油系統其他連接管道也發生共振現象，且噪聲較大。

頂軸油系統溢流閥產生液擊現象的原因主要是#5機組溢流閥配套設計不合理，因為當初頂軸油系統配備2臺頂軸油泵，后來由于主機軸承磨損，頂軸油泵出力不足，再配備了1臺出力大的頂軸油泵，原設計的溢流閥是針對原小流量的頂軸油泵，頂軸油系統有2種不同出力的頂軸油泵，為了能使大流量頂軸油泵和小流量頂軸油泵都能正常運行，調整頂軸油流溢閥時兼顧了2種泵的特性，使大小頂軸油泵單獨運行時都能保持頂軸油母管壓力穩定，但當A、C泵并列運行時，頂軸油系統流量增大，為了保證頂軸油系統母管壓力穩定，溢流閥的開度會比原來單泵運行時的開度大，溢流閥的彈簧壓縮量也增大，回彈力也增大，另由于溢流閥開度大，其流量特性曲線也不在線性范圍內，因此，極容易因溢流閥頻繁開關，使溢流閥管道內的液體流動速度變化而產生溢流閥的液擊現象，最終引起溢流閥體共振，造成整個頂軸油系統管道振動。

另根據上述現象，溢流閥的彈簧力有減弱現象，回彈力道不足，是造成頂軸油母管壓力偏低的原因，也是導致頂軸油分配器溢流閥產生振動和噪聲的主要原因。

4 頂軸油管道振動和噪聲的處理方法

根據上述分析，檢修人員對頂軸油分配器溢流閥進行解體檢修，并更換了溢流閥的彈簧，對頂軸油泵再循環管道沿程的堅固件進行了修復。

在頂軸油系統檢修后的試驗中，首先啟動最大流量的C頂軸油泵運行，電流為33.3 A，頂軸油母管壓力為15.5 MPa，頂軸油管道未發生異常的振動及噪聲現象，接著相繼單獨啟動A、B頂軸油泵運行，A、B泵電流為17.8 A、18.1 A，頂軸油母管壓力為15.4 MPa、15.4 MPa，均未見振動及噪聲現象的發生。當A、C（或B、C）頂軸油泵并聯運行時，頂軸油管道振動，頂軸油母管壓力波動，但噪聲明顯減少。

從試驗結果可見，當一大一小的頂軸油泵并聯運行時會發生振動，這應該是上述分析中的頂軸油分配器的溢流閥選型較小，當系統出力大（流量大），溢流閥工作的開度大時，其閥門的特性曲線不在線性范圍內造成的。因此，要徹底解決該問題，需更換頂軸油的溢流閥，在未解決該問題前應嚴禁A、C或B、C頂軸油泵并列運行，并盡量避免A、B頂軸油泵并列運行。

5 結語

本文通過對某公司汽輪機頂軸油系統管道振動的原因進行分析，重點處理了可能引起頂軸油系統管道振動的設備缺陷，對系統設備的運行方式進行了優化，頂軸油系統投入運行后沒有再發生管道振動現象，提高了該機組頂軸油系統設備運行的安全性和穩定性。

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收稿日期：2020-07-07

作者簡介：鄭文杰（1992—），男，廣東陽江人，助理工程師，研究方向：電廠集控運行。