汽輪機組潤滑油泵的故障分析

王磊

(大慶油田建設集團油建公司，黑龍江大慶163000)

汽輪機供油系統主要為整個汽輪發電機組的支持軸承、推力軸承和盤車裝置提供潤滑油，同時還為危急保安裝置提供壓力油等，潤滑油泵的安全穩定運行是整個汽輪發電機組安全穩定運行的前提和重要保證。因此，本文針對大連某熱電廠300 MW新建機組在啟動過程中出現的潤滑油泵故障及異常啟動等現象，從汽輪機潤滑油供油系統的結構、工作原理等方面進行了分析，并采取了相應的解決方法。

1 潤滑油系統的結構和工作原理

汽輪機潤滑油供油系統一般由主油泵、冷油器、頂軸裝置、盤車裝置、排煙裝置、主油箱、交流潤滑油泵、直流潤滑油泵、射油器、電加熱器、油位指示器、連接管道、閥門、逆止門、各種監測儀表等構成［1-3］，機組正常運行時，主油泵供給汽輪發電機組全部用油，包括軸承用油、機械超速脫扣和手動脫扣用油等;在機組啟動和停機時，必須向泵提供壓力油;交流潤滑油泵只在啟動和停機階段主油泵排油壓力較低時使用。直流事故油泵屬于交流潤滑油泵的備用泵，只在緊急情況下使用(如交流電斷電、軸承油壓由于某種原因不能維持正常工作等［4］)。

該機組的主油泵是蝸殼型離心泵，安裝在前軸承箱中的機外伸軸上，其進油管和1號射油器出口相連接，排出壓力油管進入油箱和射油器進口管相連接。主油箱安裝在廠房零米地面的汽輪發電機組前端，油箱頂部焊有圓形頂板，交流潤滑油泵、直流事故油泵、氫密封備用油泵、排煙裝置、油位指示器、油位開關等都裝在頂板上，油箱內裝有射油器、電加熱器及連接管道、閥門等，底部有法蘭連接的排油孔。

交流潤滑油泵垂直安裝在主油箱的頂板上，經過油泵底部的濾網吸油，泵排油至主油泵進油管及經冷油器至軸承潤滑油母管，該泵由壓力開關和裝在控制室內的三位開關控制，出口裝有翻板式止逆閥，防止油從系統中倒流;直流事故油泵垂直安裝在油箱頂板上，該泵由電站蓄電池系統供電，并且由壓力開關和裝在控制室內的三位開關控制，出口裝有翻板式止逆閥，防止油從系統中倒流［5-8］;氫密封備用油泵又稱為高備泵，水平安裝在主油箱上，在機組啟動和停機期間提供機械超速脫扣和手動脫扣用油，同時為發電機氫密封系統提供高壓氫密封備用油。

2 直流油泵異常啟動情況和聯啟條件

在汽輪機首次沖轉過程中，轉速在1 350 r/min至1 400 r/min時，總是出現聯啟直流事故油泵的現象，聯啟瞬間各參數的曲線如圖1所示。

圖1 聯啟直流事故油泵曲線

在圖1中，曲線1為直流泵的啟動指令，曲線2為潤滑油壓力低的開關量信號，曲線3為直流泵的電流，曲線4為汽輪機的轉速，曲線5為頂軸油泵的出口母管壓力。由圖1曲線可以看出，當汽輪機的轉速為 1 381 r/min時，潤滑油壓力低于0.076 MPa，于是聯啟直流泵。當直流泵正常運行以后，潤滑油壓力正常，此時，直流事故油泵不能停止，否則因潤滑油壓力低而再次聯啟直流泵。由潤滑油壓力低的開關量信號聯啟是因為潤滑油壓力的模擬量有系統采樣死區的限制。正常情況下，直流泵是不應該運行的，于是對交流油泵和直流油泵的控制邏輯進行分析。

交流油泵的聯啟條件是交流潤滑油泵沒運行且在備用狀態的情況下滿足如下條件的任何一條都可以聯啟:

1)潤滑油壓力低啟交流潤滑油泵、氫密封油泵1的開關量有信號。

2)潤滑油壓力低啟交流潤滑油泵、氫密封油泵2的開關量有信號。

3)汽輪機已跳閘信號發生。

4)汽輪機轉速由高于2 950 r/min時下降到低于2 950 r/min的5 s內。

直流事故油泵聯啟條件為直流泵在備用狀態且滿足以下條件的任何一條即可:

1)潤滑油壓力低啟直流事故油泵1的開關量有信號。

2)潤滑油壓力低啟直流事故油泵2的開關量有信號。

3)潤滑油壓力低于0.076 MPa或者潤滑油過壓調節裝置供油母管壓力低于0.076 MPa。

4)交流油泵不在運行狀態、汽輪機已跳閘，或者交流油泵不在運行狀態、汽輪機已跳閘且交流油泵啟動故障，或者交流油泵不在運行狀態、汽輪機已跳閘且交流油泵掛牌。

5)汽輪機轉速低于2 950 r/min且交流油泵由運行到停止5 s內。

6)汽輪機轉速由高于2 950 r/min時下降到低于2 950 r/min的7 s時間內，交流油泵不在運行狀態，或者汽輪機轉速由高于2 950 r/min時下降到低于2 950 r/min的7 s時間內、交流油泵不在運行狀態且交流油泵啟動故障，或者汽輪機轉速由高于2 950 r/min時下降到低于2 950 r/min的7 s時間內、交流油泵不在運行狀態且交流油泵掛牌。

3 試驗分析

對潤滑油供油系統進行試驗，通過實際油壓聯啟直流油泵、交流油泵，正常情況下各參數的曲線如圖2所示，而發生以上現象系統的各參數曲線如圖3所示。

圖2 正常情況下各參數曲線

由圖2、圖3曲線分析可知:直流油泵聯啟以后，交流油泵的電流下降，主油泵出入口油壓均升高。在事故狀態、聯啟以后，主油泵出入口油壓變化正常，而單獨運行時，各指標也正常，說明直流油泵、交流油泵均沒有問題，所以，必須對射油器進行深入分析。

3.1 射油器工作原理分析

圖3 異常情況下各參數曲線

射油器主要由噴嘴、混合室、喉部和擴散段組成，射油器噴嘴進口和提供壓力油的主油泵出口相連，油通過噴嘴到混合室，然后進入射油器喉部，最后進入擴散段。油通過噴嘴時速度增加，這種高速油通過混合室，在混合室中產生1個低壓區，使油從油箱中吸入混合室，然后被高速油帶入射油器喉部，油通過喉部進入擴散段，在擴散段油的速度能轉換成壓力能，將1號射油器出口油送往主油泵進油口，2號射油器出口油通過冷油器，由管道送入軸承潤滑油母管。擴散段后面各裝有1個翻板式止逆閥，防止油從系統中倒流，同時為了防止異物進入射油器，在射油器的吸油側裝有可拆卸的多孔鋼板濾網［9-11］。

3.2 工作時各參數對比

射油器在汽輪機轉速1 000 r/min時有工作跡象，在入口油壓高于1.96 MPa時才可以正常工作。主油泵在汽輪機轉速700 r/min時出口油壓剛好大于交流潤滑油泵的出口壓力，開始有工作跡象。汽輪機定速以后，交流油泵和直流油泵均停止，主油泵獨自工作。在聯啟直流泵的瞬間，1號射油器入口油壓0.29 MPa，出口油壓0.39 MPa，吸入真空-0.045 MPa;2號射油器入口油壓0.004 MPa，出口油壓0.46MPa，吸入真空-0.02MPa，主油泵入口油壓0.375 MPa，出口油壓0.837 MPa。機組正常運行時，主油泵入口油壓0.2 MPa左右，出口油壓2.1～2.4 MPa，一般為2.28 MPa左右;1號射油器出口油壓0.2 MPa左右，2號射油器出口油壓0.4 MPa左右，潤滑油壓0.11～0.18 MPa，一般在0.12 MPa左右，并且可以通過過壓調節閥進行調整，1號射油器給主油泵供油，2號射油器主要供給潤滑油，因為主油泵出入口油壓均正常，所以1號射油器沒問題。

3.3 試驗及數據分析

為了進一步確定哪個部位發生異常，作如下試驗:

首先，將汽輪機穩定在600 r/min，對1號射油器和2號射油器的出口逆止門進行初步調整，開大2號射油器出口逆止門，關小1號射油器出口逆止門，發現2號射油器的出入口壓力均變為0 MPa，調整后，1號射油器出口逆止門全關，其入口壓力為0.38 MPa，出口壓力為0.48 MPa，真空為-0.02 MPa，2號射油器出口逆止門開度為50%，入口油壓0 MPa，出口油壓0 MPa，真空-0.045 MPa。

其次，在汽輪機提速過程中，1號射油器的入口壓力隨轉速增加而降低，當達到2 400 r/min時，其入口壓力為0.18 MPa，出口壓力為0.48 MPa，真空為-0.02 MPa，2號射油器出口逆止門開度為50%，入口油壓 0 MPa，出口油壓 0 MPa，真空-0.045 MPa。在汽輪機定速后，對1號射油器和2號射油器的出口逆止門進行調整，結果是1號射油器出口逆止門開度為 50%，其入口壓力為0.13 MPa，出口壓力為 0.48 MPa，真 空為-0.02 MPa，2號射油器出口逆止門開度為50%，入口油壓0 MPa，出口油壓 0MPa，真空-0.045 MPa;在此轉速下，對逆止門進行再次調整，結果為1號射油器出口逆止門全關，其入口壓力為0.38 MPa，出口壓力為0.48 MPa，真空為-0.02 MPa，2號射油器出口逆止門全開，入口油壓0 MPa，出口油壓0 MPa，真空-0.045 MPa。

由以上分析可知，2號射油器沒工作，或者逆止門、入口法蘭等存在泄漏點。

4 解決方法

在汽輪機停機且金屬壁溫降下來以后，停盤車倒油，對主油箱進行檢查(根據相關標準，調節級溫度在150℃左右時，才可以停盤車，否則會對汽輪機造成嚴重傷害)。對主油箱進行檢查，發現套裝油管路沒問題，掛閘油壓在套裝油管路測取，約0.7 MPa左右;主油泵出口油壓正常，油壓為2.4 MPa左右;主油泵出口去射油器入口有節流孔和逆止門，高備泵出口在逆止門前連接到主油泵出口，2號射油器擋板卡死，位置與水平面成30°，2號射油器入口法蘭漏泄，5號軸承和6號軸承的油管路沒裝節流孔板，可能會造成潤滑油泄漏現象。對這些故障進行處理后，再次啟機時一切正常，沒出現潤滑油泵故障或異常啟動等現象。

5 結論

1)潤滑油泵的安全穩定運行是汽輪發電機組安全穩定運行的前提和重要保證。

2)在機組運行之前，必須保證整個潤滑油系統的可靠運行，避免對汽輪機的軸承造成傷害，運行中應隨時監測該系統中各個分系統的每個運行參數，發現異常及時處理。

3)從系統的角度去分析，判斷發生異常的故障源，才能夠解決機組啟動和運行過程中發生的任何故障，保證機組的安全。

［1］ 王艷萍，白志剛.淺談發電廠汽輪機潤滑油系統設計［J］.能源與節能，2011(6):60-61.

［2］ 孫衛東，魏萍.300 MW機組給水泵汽輪機潤滑油系統的改造［J］.電力安全技術，2008，10(5):40-41.

［3］ 薛東發，張宗振.1 000 MW超超臨界汽輪機潤滑油系統特點分析［J］.廣東電力，2012(5):3-10.

［4］ 李路江，賈文菊，李暉，等.300 MW汽輪機潤滑油系統問題分析及優化措施［J］.河北電力技術，2006(4):25-27.

［5］ 張瑞山，鄭宗暉，馮志強.330 MW供熱汽輪機組潤滑油泵聯鎖保護試驗所遇問題的對策及改造探討［J］.能源與節能，2012，8(6):94-96.

［6］ 馬建倫，徐小鋒，陳志強.上灣電廠汽輪機潤滑油壓過低的原因及解決措施［J］.黑龍江科技信息，2010(36):9.

［7］ 陳浩.汽輪機潤滑油泵故障的分析和處理［J］.浙江電力，2010(6):37-38.

［8］ 門曉歡，王勤舫.600 MW機組小汽機潤滑油系統故障分析與改造［J］.華北電力技術，2009(8):46-48.

［9］ 王咸洪.汽輪機潤滑油系統異常的原因分析及對策［J］.科技信息，2010(23):497.

［10］王戰會.汽輪機潤滑油系統的常見問題及防范措施［J］.科技風，2010(14):267-268.

［11］何翊皓.4×600 MW汽輪機組潤滑油系統事故分析［J］.發電設備，2006(5):348-350.