汽輪發電機組頂軸油系統啟動調試要點及常見問題處理

何冬輝，魏長宏，安 凱

（東北電力科學研究院有限公司，沈陽110006）

頂軸油系統的作用是在汽輪機低速階段提供高壓頂軸油。汽輪發電機組的軸承均設有高壓頂軸油囊，頂軸裝置所提供的高壓油在轉子和軸承油囊之間形成靜壓油膜，代替轉子高速旋轉時產生的油膜將轉子頂起（頂起高度約0．05～0．08mm），避免汽輪機低轉速過程中軸頸和軸瓦之間的干摩擦，防止低速碾瓦，對轉子和軸承起著重要的保護作用［1］。在運行時頂軸油囊的壓力代表該點軸承的油膜壓力，是監視軸系標高變化、軸承載荷分配的重要手段之一；同時，在機組啟動、停機時，盤車裝置啟動前，啟動頂軸油泵有利于減少盤車啟動力矩［2］。

在機組運行中常出現油壓低、油泵供油能力不足、頂軸機構振動和噪聲大等問題，甚至出現油管爆裂及燒瓦等事故［3］。針對以上現象，筆者總結了頂軸油系統調試要點，并舉例分析了幾個常見問題，提出了解決方法，以供該系統的啟動調試過程參考。

1 汽輪發電機組頂軸油系統

1．1 系統設備

某廠新投產的汽輪機型號為N300－16．7／538／538。汽輪機低壓缸及發電機兩端的軸承，設有頂軸功能，系統見圖1。頂軸油系統采用母管制布置，正常運行為一臺柱塞泵工作，一臺備用。油泵進口處設兩個壓力開關，一個為進口油壓下降報警開關，當油壓低于0．02MPa時自動報警；另一個為母管油壓低開關，當油壓低于4．2MPa時，聯啟另一臺油泵。油泵出口設有濾網、溢流閥和壓力開關等，其出口油壓調整范圍為11．0～13．0MPa，安全閥的設定值為14．0 MPa。因為軸瓦的結構不同，可傾瓦有兩根頂軸油管，圓筒和橢圓瓦只有一根。高中壓轉子的重量輕，不設頂軸油，低壓缸3號軸瓦為可傾瓦，有三墊塊徑向軸承，采用雙側頂軸油管，頂軸油分別通過上下軸承體與墊塊中央的通孔進入軸承，這樣對轉子的托起高度和油膜建立更有效，4、5、6號軸瓦分別為一根頂軸油管。

圖1 頂軸油系統流程圖

1．2 工作過程

頂軸油泵進油來自潤滑油冷油器出口，壓力約為0．2MPa，可以有效地防止油泵吸空現象。潤滑油進入頂軸油泵的吸油口，經油泵升壓后，壓力油經過單筒高壓過濾器進入集成控制塊，經單向閥、節流閥，最后進入各軸承。頂軸油泵出口油壓由溢流閥整定，當集箱油壓過高時，溢流閥自動打開，以防止頂軸油壓過高，溢流閥壓力設定為14．0MPa。在每個軸承進口設一個節流閥，通過調整節流閥可控制進入各軸承的油量及油壓，使軸頸的頂起高度在合適的范圍內，回油隨軸瓦潤滑油經軸承箱回油管回至油箱。

油泵的輸出流量會根據系統的用油量自動調節，由于該泵工作時滑靴將在壓力盤上高速摩擦，摩擦面間靜壓力大小與油泵的輸出壓力成正比，摩擦面間必須有高壓油潤滑，泄出的潤滑油直接排在油泵的殼體內，所以必須在泵殼上接一根回油管到油箱，即頂軸油泵回油管。在回油管上有個手動回油閥，可以保證頂軸油泵出口閥在關閉狀態下也可以啟動頂軸油泵，達到試轉目的；因此為了確保頂軸油泵的運行安全，防止無流量造成頂軸油泵過熱，正常運行中回油閥一般處于常開狀態，始終保持有一定小流量的流動，同時避免泵體內長期積油產生雜質。

2 調試要點

2．1 系統檢查與注油、排除空氣

系統調試前，應對其管路進行檢查，包括油泵的出入口、各支路管道、測點安裝等。嚴禁在無油和空吸狀況下啟泵，首次啟泵前應對泵體注油，按泵的旋轉方向手動盤動聯軸器，排出吸油泵芯內的空氣；打開頂軸油泵進油管、出油管的球閥、各支路節流閥和溢流閥，啟動潤滑油泵，將系統內空氣排出。

2．2 溢流閥整定

完全松開（逆時針旋轉）油泵上的恒壓變量閥，點動電動機，檢查電機旋轉方向是否正確。啟動電動機，檢驗是否有雜音及泄漏。關閉分流器上的各支路節流閥，順時針旋轉恒壓變量閥和溢油閥，使泵出口壓力升至14．0MPa，并將溢油閥動作壓力整定為14．0MPa。逆時針旋轉恒壓變量閥，將其壓力降至13．0MPa。

2．3 頂起高度調整

確認各支路節流閥已關閉，且支路壓力表指示為零。在每個軸瓦上方垂直架起百分表，用于測量頂起高度，且將各百分表歸零。啟動一臺頂軸油泵，逆時針旋轉恒壓變量閥，將其壓力調整為13．0MPa，然后逐個開啟單向節流閥，使每個軸徑頂起高度在0．05～0．08mm，并記錄各支路油壓及軸頸的頂起高度。啟動另一臺油泵，將出口油壓調整至13．0MPa即可。該機組轉子頂起高度記錄見表1。

表1 轉子頂起高度

2．4 信號系統的校驗和試動作

按照連鎖保護試驗卡檢查各個壓力開關動作和儀表盤指示是否正常，相關報警裝置及聯鎖保護裝置，如入口油壓低的閉鎖裝置，以及濾網、頂軸油泵與主機之間的聯鎖功能，頂軸油母管壓力低、禁止啟動盤車等邏輯功能是否動作正確。

3 調試中常見問題與處理

3．1 頂軸油母管壓力偏低

頂軸油母管壓力偏低，主要有以下原因：（1）頂軸油泵故障，工作不正常；（2）溢流閥調整不當，泄油量過大；（3）軸承內部有漏油，頂軸油管、油管接頭爆裂；（4）轉子頂起高度太高，導致泄油量偏大。

某次調試過程中發現：潤滑油系統經過檢修后，運行人員啟動一臺頂軸油泵，頂軸油母管壓力只有6．0MPa；再啟動另一臺泵時母管壓力也只有11．5MPa，沒有達到初始調整的13．0MPa。就地檢查并未發現系統和軸承內部存在泄油點，因而進行了針對性檢查：（1）將溢流閥重新調整，油壓并不上升；（2）重新調整柱塞泵恒壓變量閥，油壓并無顯著變化，說明頂軸油泵出現故障。后經檢查核實，運行人員在啟泵前并沒有注油、排除空氣，導致油泵損壞。后對頂軸油管道進行改造，在入口母管上安裝一排空管（見圖2），能有效地防止油泵損壞。

圖2 頂軸油管道改造前后對比圖

3．2 頂起高度調整不當

頂軸油壓值間接反映該軸瓦油膜壓力，即軸瓦載荷。軸瓦的頂起高度可以通過調整軸瓦的頂軸油壓力來實現。由于各軸承的載荷不同，或其他因素的影響，所形成的油楔間隙不同，產生的油膜壓力也就不同。一般來說，間隙大，油膜壓力低；反之則高。在調整過程中，各軸承之間相互影響，容易產生翹翹板效應。有些軸瓦采用可傾瓦，容易出現間斷脈沖式供油，使頂軸油壓波動。

在調試過程中發現：頂軸油的節流孔徑對頂軸油壓影響較大，當頂軸油壓調整到某一個值后，油壓再也無法提高；因為節流孔徑較大，泄油量就比較大，軸瓦供油不足，導致頂起高度不夠，此時可適當減小節流孔徑。如果油壓正常，但仍不能將轉子頂起至規定高度，需要檢查軸瓦的頂軸油囊是否損壞。如果盤車時頂軸油壓波動大，很可能是由于抬軸試驗時頂起高度太高，軸瓦的頂軸油囊油壓很難穩定，這時只要適當降低頂起高度，便能使油壓恢復正常。此外，轉子在動態與靜態時的油壓有一定差別，會導致動態泄漏增加和油溫的變化。若沒有儀表監視軸頸頂起高度的情況下，需要長時間地反復進行調整［4］。

3．3 頂軸油泵自啟動轉速不當

油膜形成必須具備以下三個條件：（1）兩表面之間應構成楔形間隙（油楔）；（2）兩表面之間應具有足夠的潤滑油量，且潤滑油應具有合適的黏度；（3）兩表面之間應有足夠的相對運動速度，以便在油楔中產生所需要的內部壓力。

機組在啟動、停機階段，總要經歷一個動壓潤滑油膜沒有有效建立的階段。在這一階段，由于汽輪機轉速低，轉子與軸瓦在載荷作用下靠得非常緊，其摩擦類型為邊界摩擦或干摩擦，容易引起機組振動，這時應啟動頂軸油泵，將轉子頂起一定高度，以提高油膜厚度，形成穩定油膜，可以有效防止干摩擦。

圖3（a）為機組某次停機的惰走曲線。從曲線可以看出：機組轉速降到第一臨界轉速949～1 011r／min時，發電機5號軸瓦、6號軸瓦振動開始急劇上升；轉速降到854r／min時，6號軸瓦X向振動最大為203μm；轉速降到844r／min時，5號軸瓦Y向振動最大為318μm；但軸承金屬并無顯著變化。可認為在轉子低速狀態下，由于潤滑油膜沒有自行建立，造成干摩擦引起振動。后來將頂軸油泵自啟動轉速由600r／min改為1 000r／min，從修改后機組惰走曲線圖3（b）可看出：振動明顯降低，轉速917r／min時，5號軸瓦振動最大為45μm；轉速902r／min時，6號軸瓦X向振動最大為117μm，Y向振動最大為73μm。可見，頂軸油泵自啟動時間，對油膜形成有重要影響。此外，還可以進行降油溫試驗，在機組惰走過程中，避開發電機轉子共振區后將主機潤滑油溫度適當調低，以增加潤滑油黏性，提高油膜厚度，形成穩定油膜，防止低速碾瓦［5］。

圖3 機組惰走曲線

4 結語

頂軸油系統是汽輪機的重要輔助系統，與汽輪機燒瓦事故有密切聯系，直接關系到機組的安全運行，應高度重視。在系統的基建調試過程中，應充分暴露系統與設備設計、安裝中存在的問題，以便及時分析處理，確保試運機組安全穩定運行；同時，調試前應熟悉整個系統的管道布置和各個部件的作用、工作原理，對照系統認真閱讀廠家提供的說明書、圖紙和調試方案，這樣才能在機組調試過程中采取相應的對策，處理各種異常。

［1］陳勝軍，劉金生，高鵬里．1 000MW汽輪機頂軸油系統異常的原因分析與處理［J］．浙江電力，2008，27（5）：48－49，53．

［2］沈文玲．300MW 機組頂軸油系統改造［J］．上海電力，2005，18（6）：639－640．

［3］李汪繁，謝誕梅，闞偉民，等．發電機組頂軸油系統分析及改進［J］．熱力發電，2011，40（1）：84－86，92．

［4］劉道遠．300MW機組軸瓦溫度異常原因分析及對策［J］．上海電力學院學報，2005，21（3）：210－212．

［5］黃傳安，程光俊，寧國泉，等．660MW超超臨界汽輪機可傾瓦軸承損壞的分析及處理［J］．華中電力，2011，24（1）：58－61．