油泵無(wú)出力故障原因分析

王輝

(廣東大唐國(guó)際潮州發(fā)電有限責(zé)任公司，廣東潮州515723)

1 設(shè)備概況

汽輪機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)為汽輪機(jī)軸承提供潤(rùn)滑油，主要由油箱、油泵系統(tǒng)、冷油器、汽輪機(jī)軸承等組成。油泵系統(tǒng)包括1臺(tái)由汽輪機(jī)主軸驅(qū)動(dòng)的主油泵、3個(gè)電動(dòng)油泵和油渦輪泵。

某電廠為新建1000MW火力發(fā)電機(jī)組，3個(gè)電動(dòng)油泵安裝在主油箱上，分別是主吸油泵、交流潤(rùn)滑油泵和直流事故油泵。主吸油泵為主油泵入口供油;交流潤(rùn)滑油泵在盤(pán)車(chē)裝置運(yùn)行時(shí)，為軸承供油以運(yùn)轉(zhuǎn)汽輪機(jī)并作為主油泵的備用油泵，以防油壓異常降低;直流事故油泵在潤(rùn)滑油壓異常降低時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)。其中主吸油泵出口油壓為0.23MPa，出口管直徑為DN250，流量為8900L/min;交流潤(rùn)滑油泵出口油壓為0.43MPa，出口管直徑為DN200，流量為7850L/min;直流事故油泵出口油壓為0.36MPa，出口管直徑為DN200，流量為7020L/min。油箱內(nèi)部及油泵結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

2 事故經(jīng)過(guò)

該機(jī)組在進(jìn)行168h試運(yùn)行時(shí)，3臺(tái)電動(dòng)油泵時(shí)常有不出力現(xiàn)象，表現(xiàn)為啟動(dòng)后電流偏小，達(dá)不到額定值。168h試驗(yàn)完成停機(jī)時(shí)，油泵聯(lián)啟后不出力，造成了主機(jī)燒瓦的較大事故并因此停機(jī)檢修達(dá)1個(gè)月之久，給企業(yè)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

3 事故處理經(jīng)過(guò)

圖1 油箱內(nèi)部及油泵示意圖

油泵不出力運(yùn)行時(shí)，通過(guò)松開(kāi)油泵出口倒U形彎處法蘭盤(pán)排氣后可恢復(fù)正常出力。因此，在該U形彎處增加了手動(dòng)排氣閥，發(fā)生不出力故障時(shí)可臨時(shí)手動(dòng)排氣。由此可確定，造成油泵無(wú)出力的原因?yàn)橛捅贸隹诘筓形彎處存在氣阻現(xiàn)象。油泵出口逆止門(mén)安裝于油箱內(nèi)部水平管路，油泵停運(yùn)后空氣通過(guò)倒U形彎處法蘭盤(pán)滲入油泵出口管路并積聚于倒U形彎最高處，當(dāng)油泵開(kāi)啟運(yùn)行時(shí)，倒U形彎處空氣無(wú)法排出，減小了油泵出口截面積并吸收油泵出口壓力形成氣阻，造成油泵無(wú)出力。

通過(guò)手動(dòng)排氣可解決該問(wèn)題，當(dāng)機(jī)組發(fā)生事故時(shí)，油泵從啟動(dòng)到正常工作時(shí)間非常短，手動(dòng)排氣不能滿(mǎn)足要求。因此，與汽輪機(jī)廠技術(shù)人員協(xié)商后，決定將該排氣管路改為自動(dòng)排氣，即在主吸油泵、交流油泵、直流事故油泵出口倒U形彎最高點(diǎn)處加裝一排氣管路，排氣管路末端伸至低低油位液面以下0.5m并在末端加裝?3mm節(jié)流孔。伸入液面以下是為了防止停泵時(shí)有大量空氣被吸入U(xiǎn)形彎處;加裝節(jié)流孔是為了不影響油泵出力。

改造后，油泵無(wú)出力的現(xiàn)象未能得到解決，在機(jī)組正常運(yùn)行期間進(jìn)行定期試驗(yàn)時(shí)油泵仍舊存在不出力的現(xiàn)象，氣阻現(xiàn)象仍然存在。

后經(jīng)再次改造，將增加的排氣管路接入油箱，末端位于液面以上，不伸入液面以下。改造完成后經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)未再出現(xiàn)無(wú)出力的現(xiàn)象，氣阻現(xiàn)象消失。

4 原因分析

氣阻的形成是因?yàn)閺濐^處進(jìn)入空氣，當(dāng)泵運(yùn)行時(shí)，在此處形成了氣－液兩相流，氣泡在液體中由于密度小而上浮，同時(shí)會(huì)帶動(dòng)一部分液體上升。在彎管段中，流體轉(zhuǎn)彎時(shí)受到離心力和重力的合成作用，形成各種不對(duì)稱(chēng)的流型:液體流速較低時(shí)，離心力對(duì)液體的作用小于重力的作用，因而氣泡偏向彎頭外側(cè);當(dāng)液體速度增大時(shí)，離心力對(duì)液體的作用大于重力的作用，因而氣泡偏向彎頭內(nèi)側(cè)。因?yàn)殡x心力和重力作用方向相反，因此形成了一個(gè)流動(dòng)不穩(wěn)定區(qū)域，在氣速和液速均較低時(shí)，液體只能間歇性地流過(guò)彎管段。該彎頭處的兩相流狀態(tài)較為復(fù)雜多變，無(wú)法通過(guò)理論精確計(jì)算。彎頭垂直向下的U形管中的氣－液兩相流流型如圖2所示。

對(duì)照西安交通大學(xué)U形管中氣－液兩相流試驗(yàn)的結(jié)果，對(duì)改造原因認(rèn)真分析，得出第1次改造失敗的主要原因是:油泵停運(yùn)后，加裝的排氣管路因伸入了液面以下，排氣管路充滿(mǎn)部分油液;開(kāi)啟油泵后，因油泵流量較大，油液速度較快(約3m/s)，離心力大于重力，倒U形管中的氣體排出時(shí)受到排氣管中充滿(mǎn)部分油液的阻力而造成排氣速度較慢;當(dāng)存在的氣體沒(méi)有全部排出時(shí)，兩相流的狀態(tài)可能已成為波狀分層流或分散泡狀流，此時(shí)排氣管路只能排出油液，而位于彎頭內(nèi)壁的空氣無(wú)法再排出，造成管路內(nèi)徑變小，油泵無(wú)流量。

圖2 彎頭垂直向下的U形管中的氣－液兩相流流型

第2次改造后，排氣管路末端位于液面以上，減小了排氣管路中存在油液對(duì)排氣產(chǎn)生的阻力，增大了排氣速度，相同時(shí)間內(nèi)多排出了彎頭內(nèi)的空氣量，降低了彎頭處的含氣量，改變了兩相流的流型，增大了通流面積，但可能依舊存在部分空氣。

5 結(jié)束語(yǔ)

氣阻現(xiàn)象在日常生活中普遍存在，氣阻現(xiàn)象的產(chǎn)生導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)滯流、管道振顫、管道撕裂、運(yùn)行不穩(wěn)等現(xiàn)象，給系統(tǒng)設(shè)備造成重大安全隱患，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，會(huì)給企業(yè)帶來(lái)重大的經(jīng)濟(jì)損失。氣阻的計(jì)算較為復(fù)雜，存在諸多不確定因素，造成理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)際不符。因此，在條件允許的情況下應(yīng)做相應(yīng)試驗(yàn)，防止造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。設(shè)計(jì)人員在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)給予重視，對(duì)可能產(chǎn)生氣阻的系統(tǒng)設(shè)備采取措施，保證系統(tǒng)設(shè)備正常運(yùn)行。

[1]安金龍.長(zhǎng)輸管道排水過(guò)程中的氣阻現(xiàn)象與氣阻定律[J].石油工程建設(shè)，2010(5):13－16.

[2]孫宏志，韓志山.熱水采暖系統(tǒng)氣阻現(xiàn)象的分析[J].科協(xié)論壇(下半月)，2009(3):85－86.

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