汽輪機潤滑油系統的問題分析及處理

李旭

摘 要：文章分析了汽輪機組潤滑油系統運行中涉及的常見問題，解讀主機潤滑油溫度對軸瓦影響、潤滑油油質差、潤滑油系統著火、盤車無法投入等問題的原因和預防措施，希望引起業內人士的重視和關注，確保汽輪機組潤滑油系統安全、可靠、經濟運行。

關鍵詞：潤滑油系統;管道及閥門;裝置

中圖分類號：TK263文獻標識碼：A文章編號：1674-1064（2022）03-0-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.03.007

1 主機潤滑油系統介紹

潤滑油系統為汽輪發電機組的支撐軸承、推力軸承和盤車裝置提供必要的潤滑和冷卻油，為發電機的氫密封系統提供密封油，為操作機械超速跳閘裝置提供壓力油。本機組潤滑油牌號為32L-TSA/GB11120-89透平油汽輪機油[1]。

主機潤滑油主要由主油泵、冷卻器、頂軸裝置、盤車裝置、排煙系統、油箱、交流潤滑油泵、DC事故油泵、濾網、加熱器、油位指示器、油管和閥門、各種儀表等組成。

汽輪機潤滑油系統簡圖如圖1所示。

油箱中的油被吸入注油器后分為兩路。一路通向主油泵入口，另一路通向換向閥和油冷卻器，然后通向軸承。主油泵出口的少量壓力油還通過止回閥進入前軸承座中的機械超速跳閘和手動跳閘裝置，作為發電機的氫密封備用油源。主油泵啟動前，驅動高壓泵（齒輪泵）供給壓力油。驅動軸承潤滑油泵供油，通過換向閥和油冷卻器送至各軸承。

主機停機時，主油泵出口壓力逐漸降低，油壓降至一定值時，軸承油泵也可啟動。如果油泵出口油壓達不到規定值，則啟動危急油泵，軸承油泵和危急油泵互相聯鎖。

2 潤滑油系統的運行

主油泵的出口壓力油分成兩部分：一路向汽輪機的機械超速危急遮斷器供油，同時作為發電機的高壓備用氫密封油;另一路作為涂油機的噴射動力油。

來自注油器的油分為三路：主油泵的進油;通過油冷卻器輸送到每個徑向軸承、推力軸承和盤車裝置的潤滑油;發電機低壓備用氫密封油。

主油泵供應給機械超速緊急跳閘裝置的油通過一個固定節流孔在緊急跳閘油路中形成壓力。當危急遮斷裝置動作時，它會立即使危急遮斷油泄壓。因為節流孔，此時流入油路的壓力油不足以影響快排油的壓力損失;流經節流孔的油量很小，主油泵出口油壓和油量不會發生太大的變化。主油泵是離心式的，安裝在前軸承座內。

油泵的葉輪安裝在轉子的延伸軸上。泵的進口為雙吸式，出口為截面為梨形的螺旋蝸殼。入口和出口處有排氣塞。泵的下半部分配有一個機械超速跳閘裝置。油泵的延長軸上裝有止推軸承的止推板，延長軸的左端與高壓轉子連接。延長軸靠近油泵，加工了60個齒用于測速。葉輪由青銅精密鑄造而成。葉片向后彎曲。在主油泵的右側，也就是延長軸的右端，有一個帶內螺紋的短軸，短軸上裝有離心式危急遮斷器和軸向位移測量板，在短軸上有一個相位槽用于動平衡，在葉輪和短軸上有小孔用于通風，以排除葉輪入口處的空氣。短軸上的緊急斷路器旁邊有一個通孔，用于通風。泵殼出口法蘭下有一個密封圈，安裝在前軸承座底部。密封圈的頂部和底部各有一個密封圈，在前軸承座在座架上運動時發揮密封作用。

在機組啟動和停止過程中，當主軸轉速低于2 850轉/分鐘時，主油泵不能提供足夠的油壓和油量，注油器不能正常輸出。必須啟動電動輔助油泵，滿足系統的供油需要。輔助油泵包括交流潤滑油泵和氫密封備用油泵。交流潤滑油泵為軸承潤滑油和低壓備用氫密封油提供全部用油，氫密封備用油泵為高壓備用氫密封油和危急遮斷裝置提供全部用油。

發電機軸承進、出油管不是設置油管，其軸承油通過油氫分離箱排氫后排入主油箱。安裝在油箱管路中的部件有溢流閥、高壓泵出口止回閥、主油泵出口止回閥、孔板、噴油器及其出口可調止回閥、軸承油泵（離心式）及其止回閥、應急油泵（離心式）及其止回閥。過濾器濾網安裝在噴油器、軸承油泵和應急油泵的吸入口。油過濾網也安裝在油箱內的回油箱中。油箱內的回油箱內還安裝有濾油網，油箱內還安裝6個浸入式電加熱器。

3 注油器結構及工作原理

噴油器又稱噴射泵，可以將小流量高壓油轉換為大流量低壓油。但運行時噪音大、效率低。滑油系統通常使用注油器向主油泵入口和滑油主管供油。注油器主要由噴嘴、混合室、喉管和擴散段組成，如圖2所示。

噴嘴的入口與提供動力油的主油泵的出口相連。工作時，高壓動力油從噴嘴高速噴出。這種高速機油流經混合室，在混合室中形成一個低壓區，將油箱中的機油吸入混合室。從油箱吸出的油量基本等于主油泵供給噴嘴入口的動力油量。油流通過喉部進入擴壓器后，速度降低，部分動能轉化為壓力能，使壓力增大。最后會用到有一定壓力的供油系統[2]。國產進口300 MW機組在注油器的擴散器后裝有一個可調止回閥，可以防止注油器不工作時油從系統回流到油箱。在混合室吸油孔的上方，有一個可以自由移動的止回板。主油泵和注油器正常工作時，混合室內有負壓，止回板頂起，油箱內的油可通過8個吸油孔吸入混合室內。

電動輔助油泵在機組啟停過程中，止回板落下，防止系統中的油通過吸油孔回流到油箱中。該止回閥板是裝置注油器的獨特結構，與擴散器后面的止回閥一起將油回流的可能性降至最低。1號、2號機組配有兩個加油器，安裝在油箱油位下的管道上。1號注油器入口接主油泵和氫密封備用油泵出口壓力油管路，出口油送至主油泵進油口。2號注油器的出口油通過油冷卻器送至軸承潤滑油母管。為防止噴嘴被雜質堵塞和異物進入系統，在注油器的吸油側安裝了一個可拆卸的多孔鋼網。這種濾網在一定程度上也發揮了穩定注油器運行的作用。

4 軸瓦結構及工作原理

在汽輪機中，軸瓦作為軸承的一個關鍵部件，是滑動軸承與軸的接觸部位，非常光滑。一般由青銅、減摩合金等耐磨材料制成，也叫“襯套”，為瓦狀發半圓柱面。它的主要作用是承受軸頸給予的作用力，保持油膜穩定，使其運作穩定，減少摩擦造成的損失。297BAD79-41DB-48B2-BC4C-8BE0C80FF675

汽輪機都采用液體摩擦滑動軸承。運行時，軸頸與軸瓦之間形成油膜，建立液體摩擦，保證機組安全穩定運行（即正常運行時，軸頸支撐在油膜上潤滑，發揮冷卻作用，帶走摩擦產生的熱量和轉子傳遞的熱量）。

建立液體摩擦的條件包括：在兩個表面之間形成楔形間隙;在兩個表面之間注入足夠的具有一定壓力和粘度的潤滑油;兩個表面之間要有相對運動，運動方向是使潤滑油從楔形間隙的寬口流向窄口。

影響油膜厚度的因素包括：

單位轉速：轉速高，油膜厚;不然就是薄。

潤滑油溫度：溫度低，油膜厚;不然就是薄。

軸承軸向長度：軸向長度長，油膜厚;不然就是薄。

5 軸承的油膜振蕩

5.1 半速渦動和油膜振蕩

軸頸在軸承中不失去穩定性的運動是單一運動——旋轉;一旦失去穩定，其運動就是渦動（軸頸不僅自身旋轉，而且軸頸也旋轉），而且是半速渦動（即渦動速度是汽輪機轉速的一半）。

失穩轉速：轉子開始渦動的轉速（原因是油膜產生的力和轉子的重量不在一條直線上，合力分解為恢復力和失穩分量，失穩分量大于恢復力就會失穩）。

油膜振蕩：汽輪機啟動過程中，當轉速升至一階臨界轉速的兩倍時，半速渦動的頻率恰好與轉子的一階臨界轉速重合，渦動被放大，振幅急劇增大。一旦發生油膜振蕩，軸頸的渦動頻率和振幅不會隨著轉速的增加而改變。

5.2 半速渦動和油膜振蕩的危害

油膜振蕩的危害：一旦發生油膜振蕩，會引起軸承油膜破裂、軸頸與軸瓦碰撞甚至損壞，還會激發轉子共振，可能導致轉軸損壞。

半速渦動的危害：半速渦動時，雖然振幅不大，不會破壞油膜，但長期工作會引起零件的松動和疲勞破壞。因此，半速渦動和油膜振蕩都應設法消除。

5.3 半速渦動和油膜振蕩的消除

剛性轉子可能出現半速渦動，但不會出現油膜振蕩。然而，在大功率機組的柔性轉子中可能會發生油膜振蕩。因此，只要將轉子的不穩定轉速提高到額定轉速以上，就可以避免油膜振蕩。半速渦動的消除是通過提高轉子的不穩定轉速實現的，即提高軸頸的穩定性（減少軸頸在軸承中的徑向位移會使不穩定分量變小，變得更穩定）。防止和消除油膜振蕩的基本方法是提高轉子的第一臨界轉速和不穩定轉速。

具體措施：增加軸承比壓;增大軸瓦工作弧段的橢圓度;在下瓦的適當位置開一個排油槽，以減小油楔的壓力;提高潤滑油的溫度;減少軸瓦頂部間隙，增加上瓦寬度;使用穩定性好的軸瓦。

6 冷油器

機組投運時，為了維持軸承進油溫度在38 ℃～49 ℃，在潤滑油系統中安裝了兩臺油冷卻器。在正常操作期間，一個被使用，另一個作為備用。兩個油冷卻器之間有一個換向閥（三通閥），使用哪一個油冷卻器由換向閥控制。旁通閥可以通過連接管使備用油冷卻器始終充滿油，避免換向時進入軸承的潤滑油瞬間中斷。一根放油管連接到每個油冷卻器頂部的油箱。油箱附近的這條管路上有一個流量觀測器，可以顯示油冷器是否加滿油。兩個熱電偶（一個在入口，一個在出口）和兩個盤式溫度計（一個在入口，一個在出口）安裝在油箱的進油和出油管路上，用于顯示油冷卻器入口和出口的油溫。兩個盤式溫度計用于本地顯示，兩個熱電偶連接到主控制室以顯示油溫。兩個機油冷卻器具有相同的結構。

油冷卻器的主要部件有殼體、水室、回流室、管束、進水管板和回流管板。管束兩端的管板（進水管板和回流管板）與殼體之間有O形圈密封，回流管板外圓有L形密封墊片，有4個小孔檢測油側或水側泄漏。回流管板是浮動的，允許管束和外殼之間的不同膨脹。水室和回流室由碳鋼制成。回流室有一個排水孔，一般用螺塞堵住，維修時擰出螺塞即可排水。水室內有排水孔、排氣孔和測量水壓、水溫的螺孔，都是標準管螺紋。水室末端有一個吊環，用于拆卸油冷卻器時吊起管束，即先拆下水室，再將螺栓和吊環重新安裝在水室的管板上。這個吊環提升整個油冷卻器。

7 常見問題及解決方法

7.1 為什么主油箱上有排油煙機

在油箱內安裝抽油煙機的作用是去除油箱內的氣體和水蒸氣。一方面，水蒸氣不會在油箱中凝結;另一方面，油箱中的壓力不高于大氣壓力，以便軸承油順利流入油箱。反之，如果油箱是封閉的，油箱內會積聚大量的氣體和水蒸氣產生正壓，影響軸承回油，同時油箱內也容易積水。

7.2 如何檢查機油冷卻器泄漏

如果運行中主油箱油位緩慢持續下降，且系統無明顯外部泄漏，則應考慮油冷卻器泄漏的可能性。打開運行側主機油冷卻器水側放空閥，檢查有無明顯油跡，請化驗人員取樣分析。切換主機油冷卻器，觀察主油箱油位下降速度是否有明顯變化。

7.3 機油凈化器的規格

系統狀態警報內容：當系統壓力>7 bar時，停機壓力報警燈和頂部報警燈點亮。入口壓力<-0.8 bar。停止入口壓力，同時頂部報警燈亮。保護過濾器壓差≥2.4 bar。連續2小時后停止過濾器壓差。

7.4 水進入油的原因

正常情況下，主機機油冷卻器投入使用時，油側壓力高于水側，即使銅管泄漏，機油也會漏入水中。水泄漏到油側的來源主要有以下方式：第一，軸封壓力過高，軸封蒸汽沖入軸承，進入潤滑油;第二，由于操作不當，備用油冷卻器油側先于油側進水，導致冷卻水通過破裂的銅管進入油側。

8 結語

機組軸承為可傾瓦軸承，發電機軸承為橢圓軸承。可傾瓦軸承也叫徑向軸承或自調中心軸承。工作時，扇形段可以在不同的轉速、載荷和軸承溫度下自由擺動，在軸徑周圍形成多個油楔。彈簧分別安裝在軸承中分面的上部和背面，從扇形段的一端壓住扇形段，人為建立油楔。潤滑油從各瓦塊之間的間隙進入軸承，從軸承的兩端油封環開孔處排出。

參考文獻

[1] 張海豐.汽輪機潤滑油系統和盤車問題的分析和處理[J].電站輔機，2014（4）：38-39.

[2] 李正平，周松.汽輪機潤滑油系統壓力異常問題分析[J].河南科技，2016（15）：71-73.297BAD79-41DB-48B2-BC4C-8BE0C80FF675