汽輪機頂軸油系統壓力低故障排查及處理辦法

郭高陽

摘要：本文通過對某電廠30萬機組頂軸油系統出現的實際問題的處理過程及方法進行總結，提出了切實可行的保障機組頂軸油系統安全穩定運行的措施。

關鍵詞：頂軸油 壓力低 處理辦法

1、前言

頂軸油系統的主要功能在于，幫助處于靜止以及低轉速狀態的轉子，可以不受速度的影響，仍能形成潤滑油膜，以此規避低轉速運行時易出現干摩擦狀態。該系統主要的功能表現在于：潤滑油經由高壓頂軸油泵進行增壓后，流經軸承下瓦的油囊，直接與軸徑、軸瓦相接觸，在壓力的作用下，頂起汽輪機的轉子，此時，由于在軸頸與軸承中間形成了潤滑油膜，可以避免二者在干摩擦狀態下產生碾瓦事故。因此，當頂軸油系統出現壓力低甚至不起壓時，轉子就不能頂起，易造成軸頸、軸瓦摩擦，極端狀態下還會造成重大設備事故。所以，頂軸油系統的安全穩定投入，是機組起停機及盤車狀態下的安全保證，十分關鍵。研究頂軸油系統易出現的故障從而進行規避和排除，是保障機組安全的必要性課題。下面將以某電廠實例進行論述。

2、原因分析及處理方法

某廠四臺30萬千瓦機組均采用低速自動盤車裝置，機組停機后盤車使轉子連續轉動，避免因汽缸上下溫差使轉子彎曲;機組沖轉前至少4h投入連續盤車避免因閥門、軸封漏汽造成汽缸上下溫差使轉子彎曲，同時檢查轉子是否已出現彎曲和動靜部分是否有摩擦現象。其中投產較早的兩臺機組整個汽輪發電機組共有10個支持軸承，高中壓轉子和低壓轉子分別由1號、2號和3號、4號軸承支撐，5號、6號軸承支撐發電機轉子;1號、2號軸承無頂軸油，3號～6號軸承下瓦上設有頂軸油孔。因此，每臺機組的頂軸油系統都配備了兩臺頂軸油泵，一運一備用，由于系統投運10多年后油泵多次出現斷軸問題，于2011年把兩臺齒輪油泵更換為了變量柱塞泵。在機組啟、停過程中，按1200r/min轉/分和1500r/min聯鎖停止和聯鎖啟動頂軸油泵。兩臺泵均為柱塞泵，并聯布置在汽機車間6米層，泵進出口管道裝有濾網，出口濾網后裝設逆止門。出口母管引出至12米層，設置了頂軸油分配站，通過各軸承進油單向閥調節油量及壓力。

當機組啟動前，來自潤滑母管的油經濾油器后進入頂軸油柱塞泵，使其壓力增高到12MPa時，再進入母管供至12米層的分配站，通過單向節流閥，最后進入各軸承。通過調節單向節流閥及溢流閥，可控制進入各軸承的油量及其壓力，使軸的頂起高度在合理的范圍內（頂起高度在0.09～0.22mm，頂起油壓力在8～12MPa（80～120kgf/cm2））。當頂起泵已啟動，而軸尚未被頂起瞬間，頂起油的壓力瞬時會升高。但軸被頂起，排油暢通之后，油壓即下降而保持在某一穩定值，這時的壓力是正常頂起壓力。由于之前投產時使用的頂軸油泵是齒輪泵，出口母管分配站處還設置了兩個溢流閥。2019年7月份以來，兩臺機組頂軸油系統運行期間多次出現了系統壓力波動大，持續性壓力低的現象，嚴重的甚至系統壓力低至1 MPa，影響了機組的安全啟動。為了徹底解決該問題，消除風險，檢修人員全力攻關。經過幾次問題處理，摸排出進出口濾網堵塞、逆止閥卡澀、油泵損壞、管道漏油、軸瓦處接口不嚴密等會造成系統壓力降低。11月份，其中一臺機組開機前夕再次出現系統壓力低現象，而且伴隨著壓力波動。首先從現象表征來看，系統壓力低時隨著運行時間延長，伴隨的有油泵聲音較大、振動增大。鑒于此，初步懷疑進油量不足，因此對兩臺泵的進口濾網、進油總門進行了檢查，結果并未發現異常。油泵運行時打開進油濾網排空閥，有壓力油流出，也排除了管道進空氣的原因。進油管路異常排除后，又進一步對出油管路進行排查。首先檢查了出口濾網，然后檢查了出口逆止閥，均無異常。為了排除軸瓦部分管道泄漏，從分配站處逐個關閉頂軸油單向進油閥，結果系統母管壓力仍然較低。這樣一來，結果似乎很明了，就是

兩臺柱塞泵同時出了問題，緊急采購一臺新泵進行更換，但是投運后仍然在1小時后出現振動大、聲音異常并且系統壓力逐漸下降。經過重新系統排查，檢查發現分配站母管上其中一個溢流閥的溢流管溫度高于另一個溢流閥溢流管，判斷出該溢流閥不嚴密。解體檢查該溢流閥，發現其中密封件密封線已經有破損且不能修復。經查，頂軸油母管上的溢流閥是老系統即使用齒輪油泵時設計使用的，更改為柱塞泵后由于變量柱塞泵在泵體上載有溢流閥，所以母管上的溢流閥為冗余配置。經過討論，母管上的溢流閥因長時間不起作用充油定位在一個位置，逐漸卡澀腐蝕密封面，造成其損壞，導致系統一直從此處謝壓。為了徹底解決該問題，且減少油系統動火高危作業，采取了對兩個母管溢流閥進、回油口加銅板封堵的措施。之后，再次恢復系統，通過調整兩個柱塞泵的溢流閥使得母管壓力穩定在9.5Mpa，符合了機組設計要求，運行穩定。

3、結論

通過歷次問題處理可發現，頂軸油裝置雖然每年使用次數及時間不多，但若不加強維護，其可靠性將變低，威脅機組運行安全。因此，為了提高其可靠性，減少故障發生，應從以下幾方面著手：1）油泵設置兩臺，一運一備，且最好選用質量可靠的可變量柱塞泵;2）油泵的出入口設置濾網，一方面防止雜質進入油泵延長油泵使用壽命，另一方面避免支撐瓦處軸頸磨損;3）管道布置盡量簡單，減少接口，減少泄露;4）管道選材要合適，盡量采用耐腐蝕的不銹鋼材質，防止長時間備用管道積油的水分析出造成管道腐蝕。5）如若可能，分配站與頂軸油泵設計成集成式，可以有效減輕系統震動。

參考文獻：

[1] 李新德.液壓系統故障診斷與維修技術手冊-2版.-北京：中國電力出版社，2012.9

[2] 何東輝，魏長安，安凱.汽輪發電機組頂軸油系統啟動調試要點及常見問題處理[J].發電設備，2013，27（6）：414-417.