提高汽輪機潤滑油系統(tǒng)可靠性，這幾點要把握?。?/h1> 2020-09-13
杜立剛/文
（東方汽輪機有限公司）
0 引言
我國出口型135 MW、300 MW等級汽輪發(fā)電機組汽輪機潤滑油系統(tǒng)通過制造廠不斷技術引進、試驗及分析消化，在電廠使用過程中對影響系統(tǒng)可靠性的薄弱環(huán)節(jié)的發(fā)現以及在安裝、調試、運行過程采取相應的改進措施，其在電廠使用成熟度逐漸增加。通過對系統(tǒng)設計固有可靠性提高的分析，并接合國內試驗、使用問題及出口印度使用問題的分析，可以為同類出口汽輪機潤滑油系統(tǒng)工程配套、系統(tǒng)設計、設備制造、安裝、調試、運行改進及可靠性提高提供參考。
1 系統(tǒng)要求及主要設備情況
1.1 潤滑油系統(tǒng)要求
我國出口型135 MW、300 MW等級汽輪發(fā)電機組主要采用由主油泵與射油器組成的汽輪機潤滑油系統(tǒng)向機組供油。主油泵由汽輪機主軸直接驅動，其出口壓力油作為射油器的動力油，1#射油器向主油泵提供吸入油源，2#射油器出口油通過冷油器后向汽輪發(fā)電機組各軸承提供潤滑油。主油泵與射油器供油方式如圖1所示。
圖1 主油泵-射油器（射油泵）供油方式示意圖
在機組啟動時由交流潤滑油泵向機組各軸承、盤車裝置及頂軸裝置提供潤滑油。當機組轉速達到2 850 r/min左右時，隨著轉速繼續(xù)增加，主油泵自動切換投入運行，機組到達3 000 r/min定速穩(wěn)定后即可停運交流潤滑油泵。
當機組正?；蚴鹿剩ù蜷l或跳閘）停機時，需在汽機轉速降到2 850 r/min之前，啟動交流潤滑油泵，當汽機轉速降到1 200 r/min時，啟動頂軸裝置。如交流潤滑油泵一旦失效，應聯(lián)動直流事故油泵保證安全停機。機組盤車期間，停盤車后方能停頂軸裝置和交流潤滑油泵。
1.2 射油器設備的基本情況
供油和供潤滑油射油器在結構上基本相似，主要由多孔噴嘴、擴散管、套筒、濾網、止逆板等組成，如圖2所示。其工作原理是壓力油通過噴嘴高速噴出，在擴散管喉部形成一定的負壓，油箱內的透平油在此壓差及高速動力油的夾帶下流入吸入室進到擴散管，通過在擴散管內動力油與吸入油充分混合，從而達到所要求的壓力值及流量值。
圖2 多孔射油器結構圖
1.3 主油泵設備的基本情況
泵軸與汽輪機主軸之間采用凹凸榫對中型式的剛性聯(lián)接方式，主油泵安裝在汽輪機的前軸承箱內，在汽輪機組達到額定轉速后，正常運行期間，它向整個油系統(tǒng)提供動力油源，主油泵為單級雙吸臥式離心泵。
主油泵的靜止部分主要由泵殼、端蓋、密封環(huán)和浮動軸承等零部件組成，主油泵的進、出接口并排設置在主油泵下部，與主油泵底座融合為一體，在泵殼各腔室頂部的帶孔螺塞，在機組啟動時排出各腔室中的氣體。主油泵的轉動部分主要由葉輪、泵軸、套筒、鍵等零部件組成，主油泵轉子在廠內組裝后進行動平衡試驗，保證了主油泵運行的穩(wěn)定，如圖3所示。
圖3 主油泵
2 系統(tǒng)設計固有可靠性的提高
2.1 射油器可靠性提高
（1）多孔射油器改善了單孔射油器在運行中噪音大，可靠運行范圍和安全裕度小，供油效率低的問題。多孔射油器技術來源于西屋公司及試驗研究，圖4是試驗所得射油器特性曲線，顯示了射油器出口壓力變化與出口流量的關系，射油器結構特性一定后，隨出口壓力增加流量減小，多孔射油器進入臨界點流量范圍比單孔射油器寬，這一點對系統(tǒng)運行時在潤滑及其它用油流量發(fā)生波動情況下保證射油器可靠運行很重要。
圖4 射油器特性曲線
（2）單孔射油器改多孔射油器后，為保證到電廠的射油器性能滿足設計要求，對每一臺出廠的射油器均要進行廠內性能試驗，試驗發(fā)現同樣結構尺寸的射油器試驗性能差別較大，分析發(fā)現噴嘴噴口的R尺寸易加工錯誤，該R尺寸影響噴嘴流量特性。通過加工工藝及尺寸記錄要求可保證每一臺射油器噴嘴R尺寸準確，從而改善了同樣結構尺寸的射油器性能差別較大的問題。
2.2 主油泵可靠性提高
（1）主油泵的泵軸與汽輪機主軸之間采用凹凸榫對中型式的剛性聯(lián)接方式，其技術來源于日立。通過此技術對原主油泵進行改進，解決了原轉子與汽輪機轉子采用齒形聯(lián)軸器聯(lián)接運行滑移不暢，主油泵正、副推力面磨損問題。主油泵轉子以汽輪機推力軸承為定位點隨高壓轉子膨脹和收縮，取消主油泵正、副推力面。
（2）流體數值計算表明主油泵轉子應力點出現在泵葉輪葉片頭部，因此制造應防止葉輪葉片頭部裂紋產生，在流體性能滿足的前提下，對于離心澆鑄的銅葉輪，頭部采用緩V結構對防止裂紋產生有很好的效果。
（3）雖然流體數值計算結果表明主油泵軸受流體力不大，但也必需在安裝時按照汽輪機證明書要求與高壓轉子一起調整軸系標高及主油泵浮動軸承螺栓緊力，防止因軸系調整不當而引起主油泵斷軸事故發(fā)生。
2.3 系統(tǒng)及其它設備可靠性提高
（1）油箱除用來儲存油外，還有從油中分離油煙氣體、水分和沉淀過濾雜質的作用。油箱體積一般按照油在流動時的循環(huán)倍率來考慮。雖然設計是按照標準偏保守選擇，也發(fā)現個別電廠由于油箱油面以上的油管道及設備存油量較大，啟動時油箱油位會降到油位以下。如設計油箱體積不便增加、電力設計院布置時應考慮抬高油箱的安裝標高及對冷油器選型時考慮存油量較大管式冷油器并在運行及時補油，防止因油位過低而引起斷油事故的發(fā)生。
（2）汽輪機液壓油系統(tǒng)普遍采用單獨的高壓抗燃油系統(tǒng)后，機組用油量的變化相對較平穩(wěn)，這一點使汽輪機啟動、停機及變負荷過程中潤滑油系統(tǒng)運行穩(wěn)定性得以提高。
3 電廠使用問題發(fā)現及可靠性持續(xù)改善
潤滑油系統(tǒng)其固有的設計可靠性決定了其在汽輪機有效壽命期內系統(tǒng)可靠性不會隨使用時間延長而降低，反而通過系統(tǒng)使用發(fā)現可靠性問題及有效改善對長時間提高系統(tǒng)有效性具有重要意義，要求機組在調試啟動時應全面檢查、分步調試潤滑油系統(tǒng)及設備運行正常并通過規(guī)程使安裝、調試、運行要求固化，電廠啟動調試發(fā)現的問題有：
（1）多孔射油器內的止逆板是射油器活動部件，對射油器正常運行影響較大，裝配及電廠安裝檢修后應保證其活動自如，電廠調試過程發(fā)現個別有卡澀現象。
（2）機組安裝啟動分步調試階段還應特別注意檢查主油泵泵殼流道是否正確，防止鑄造泵殼時芯模放反而使泵殼流道錯誤及泵殼中分面錯位的情況發(fā)生，否則會對主油泵流量特性影響，嚴重時甚至造成起機定速過程中停交流潤滑油泵后切換到主油泵、射油器運行不成功的問題。
（3）檢查交、直流潤滑油泵出口止逆門開啟、關閉無卡澀現象發(fā)生，以防止切換時系統(tǒng)從此處漏油到油箱，造成主油泵進口及系統(tǒng)流量不足。
（4）油系統(tǒng)的使用儀表及傳感器應定期檢定；系統(tǒng)壓力及聯(lián)動信號邏輯設置、取樣、安裝正確，防止系統(tǒng)DCS聯(lián)鎖壓力開關因取樣安裝錯誤而引起交、直流油泵動作時間延遲，油箱油位低交、直流潤滑油泵啟動條件不許可錯誤邏輯的設置，交、直流油泵集控室緊急啟動按鈕邏輯未設置，直流事故油泵啟動未與甩廠用電聯(lián)鎖等錯誤的熱工問題發(fā)生。
4 印度某電廠使用條件下對系統(tǒng)可靠性驗證
4.1 印度某電廠事故情況
印度某電廠4臺135 MW機組為同一潤滑油系統(tǒng)設計，4臺機同時甩廠用電事故停機，各機組直流油泵啟動后，其中1#、2#、3#機正常停機。4#機直流事故油泵啟動油壓有延遲現象，各瓦不同程度磨損，其中5瓦尤為嚴重，巴氏合金幾乎全部磨掉，根據巴氏合金磨損程度更換2瓦，3瓦和5瓦。
4.2 排除直流事故油泵啟動油壓有延遲是油泵本身問題的分析、試驗
（1）該電廠電網不穩(wěn)定頻繁甩廠用電，幾次甩廠用電1#、2#、3#機均能正常停機，沒有發(fā)生燒瓦現象，說明系統(tǒng)設計是可靠的。但檢查直流事故油泵控制邏輯也發(fā)現其啟動未與甩廠用電聯(lián)動，存在一定安全隱患。
（2）為確保機組正常運行，防止下一次甩廠用電時斷油事故發(fā)生，利用4#機在更換軸瓦后機組啟動前的時間段進行直流事故油泵開啟試驗，試驗表明直流事故油泵從啟動到油壓建立大約1 min，分析認為直流事故油泵的啟動時間能滿足緊急停機惰走不斷油的要求。
4.3 機組再次啟動甩廠用電驗證
直流事故油泵控制邏輯與甩廠用電聯(lián)動，機組正常運行再一次甩廠用電，直流事故油泵1 min正常建立油壓。轉速497 r/min，5瓦瓦溫從65℃突然開始上升，當瓦溫達到106℃時轉速134 r/min，5瓦再一次發(fā)生了燒瓦。經分析屬低速碾瓦，與直流事故油泵啟動因素無關，產生原因為損傷軸頸未恢復，油系統(tǒng)清潔度差，清理油箱發(fā)現M14螺母、Φ14墊片各一個，約20顆大小不等的金屬、石塊等雜物。軸頸修復、清潔度達標后問題消除，系統(tǒng)能滿足使用條件安全停機要求。
5 結論及建議
（1）我國出口135 MW、300 MW等級汽輪發(fā)電機組潤滑油系統(tǒng)設計固有可靠性能滿足電廠安全運行要求；系統(tǒng)可靠性提高是不斷發(fā)現問題及改進問題的過程，隨使用環(huán)境、使用條件變化而變化。
（2）系統(tǒng)工程配套、系統(tǒng)設計、設備制造、安裝、調試、運行等階段應按照科學的程序及規(guī)律行事；對分析得到的問題原因應在技術上、組織上采取相應的改進措施并驗證其效果。
參考文獻
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(來源：汽機監(jiān)督)
