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    提高汽轮机润滑油系统可靠性,这几点要把握??!

    2020-09-13
    杜立刚/文
    (东方汽轮机有限公司)
     
    0 引言

    我国出口型135 MW、300 MW等级汽轮发电机组汽轮机润滑油系统通过制造厂不断技术引进、试验及分析消化,在电厂使用过程中对影响系统可靠性的薄弱环节的发现以及在安装、调试、运行过程采取相应的改进措施,其在电厂使用成熟度逐渐增加。通过对系统设计固有可靠性提高的分析,并接合国内试验、使用问题及出口印度使用问题的分析,可以为同类出口汽轮机润滑油系统工程配套、系统设计、设备制造、安装、调试、运行改进及可靠性提高提供参考。
     
    1 系统要求及主要设备情况

    1.1 润滑油系统要求

    我国出口型135 MW、300 MW等级汽轮发电机组主要采用由主油泵与射油器组成的汽轮机润滑油系统向机组供油。主油泵由汽轮机主轴直接驱动,其出口压力油作为射油器的动力油,1#射油器向主油泵提供吸入油源,2#射油器出口油通过冷油器后向汽轮发电机组各轴承提供润滑油。主油泵与射油器供油方式如图1所示。
     
    图1 主油泵-射油器(射油泵)供油方式示意图
     
    在机组启动时由交流润滑油泵向机组各轴承、盘车装置及顶轴装置提供润滑油。当机组转速达到2 850 r/min左右时,随着转速继续增加,主油泵自动切换投入运行,机组到达3 000 r/min定速稳定后即可停运交流润滑油泵。
     
    当机组正?;蚴鹿剩ù蛘⒒蛱ⅲ┩;?,需在汽机转速降到2 850 r/min之前,启动交流润滑油泵,当汽机转速降到1 200 r/min时,启动顶轴装置。如交流润滑油泵一旦失效,应联动直流事故油泵保证安全?;??;榕坛灯诩?,停盘车后方能停顶轴装置和交流润滑油泵。
     
    1.2 射油器设备的基本情况

    供油和供润滑油射油器在结构上基本相似,主要由多孔喷嘴、扩散管、套筒、滤网、止逆板等组成,如图2所示。其工作原理是压力油通过喷嘴高速喷出,在扩散管喉部形成一定的负压,油箱内的透平油在此压差及高速动力油的夹带下流入吸入室进到扩散管,通过在扩散管内动力油与吸入油充分混合,从而达到所要求的压力值及流量值。
     
    图2 多孔射油器结构图
     
    1.3 主油泵设备的基本情况

    泵轴与汽轮机主轴之间采用凹凸榫对中型式的刚性联接方式,主油泵安装在汽轮机的前轴承箱内,在汽轮机组达到额定转速后,正常运行期间,它向整个油系统提供动力油源,主油泵为单级双吸卧式离心泵。
     
    主油泵的静止部分主要由泵壳、端盖、密封环和浮动轴承等零部件组成,主油泵的进、出接口并排设置在主油泵下部,与主油泵底座融合为一体,在泵壳各腔室顶部的带孔螺塞,在机组启动时排出各腔室中的气体。主油泵的转动部分主要由叶轮、泵轴、套筒、键等零部件组成,主油泵转子在厂内组装后进行动平衡试验,保证了主油泵运行的稳定,如图3所示。
    图3 主油泵
     
    2 系统设计固有可靠性的提高

    2.1 射油器可靠性提高

    (1)多孔射油器改善了单孔射油器在运行中噪音大,可靠运行范围和安全裕度小,供油效率低的问题。多孔射油器技术来源于西屋公司及试验研究,图4是试验所得射油器特性曲线,显示了射油器出口压力变化与出口流量的关系,射油器结构特性一定后,随出口压力增加流量减小,多孔射油器进入临界点流量范围比单孔射油器宽,这一点对系统运行时在润滑及其它用油流量发生波动情况下保证射油器可靠运行很重要。
     
    图4 射油器特性曲线
     
    (2)单孔射油器改多孔射油器后,为保证到电厂的射油器性能满足设计要求,对每一台出厂的射油器均要进行厂内性能试验,试验发现同样结构尺寸的射油器试验性能差别较大,分析发现喷嘴喷口的R尺寸易加工错误,该R尺寸影响喷嘴流量特性。通过加工工艺及尺寸记录要求可保证每一台射油器喷嘴R尺寸准确,从而改善了同样结构尺寸的射油器性能差别较大的问题。
     
    2.2 主油泵可靠性提高

    (1)主油泵的泵轴与汽轮机主轴之间采用凹凸榫对中型式的刚性联接方式,其技术来源于日立。通过此技术对原主油泵进行改进,解决了原转子与汽轮机转子采用齿形联轴器联接运行滑移不畅,主油泵正、副推力面磨损问题。主油泵转子以汽轮机推力轴承为定位点随高压转子膨胀和收缩,取消主油泵正、副推力面。
     
    (2)流体数值计算表明主油泵转子最大应力点出现在泵叶轮叶片头部,因此制造应防止叶轮叶片头部裂纹产生,在流体性能满足的前提下,对于离心浇铸的铜叶轮,头部采用缓V结构对防止裂纹产生有很好的效果。
     
    (3)虽然流体数值计算结果表明主油泵轴受流体力不大,但也必需在安装时按照汽轮机证明书要求与高压转子一起调整轴系标高及主油泵浮动轴承螺栓紧力,防止因轴系调整不当而引起主油泵断轴事故发生。
     
    2.3 系统及其它设备可靠性提高

    (1)油箱除用来储存油外,还有从油中分离油烟气体、水分和沉淀过滤杂质的作用。油箱体积一般按照油在流动时的循环倍率来考虑。虽然设计是按照标准偏保守选择,也发现个别电厂由于油箱油面以上的油管道及设备存油量较大,启动时油箱油位会降到最低油位以下。如设计油箱体积不便增加、电力设计院布置时应考虑抬高油箱的安装标高及对冷油器选型时考虑存油量较大管式冷油器并在运行及时补油,防止因油位过低而引起断油事故的发生。
     
    (2)汽轮机液压油系统普遍采用单独的高压抗燃油系统后,机组用油量的变化相对较平稳,这一点使汽轮机启动、?;氨涓汉晒讨腥蠡拖低吃诵形榷ㄐ缘靡蕴岣?。
     
    3 电厂使用问题发现及可靠性持续改善

    润滑油系统其固有的设计可靠性决定了其在汽轮机有效寿命期内系统可靠性不会随使用时间延长而降低,反而通过系统首次使用发现可靠性问题及有效改善对长时间提高系统有效性具有重要意义,要求机组在调试首次启动时应全面检查、分步调试润滑油系统及设备运行正常并通过规程使安装、调试、运行要求固化,电厂启动调试发现的问题有:
     
    (1)多孔射油器内的止逆板是射油器唯一活动部件,对射油器正常运行影响较大,装配及电厂安装检修后应保证其活动自如,电厂调试过程发现个别有卡涩现象。
     
    (2)机组安装启动分步调试阶段还应特别注意检查主油泵泵壳流道是否正确,防止铸造泵壳时芯模放反而使泵壳流道错误及泵壳中分面错位的情况发生,否则会对主油泵流量特性影响,严重时甚至造成起机定速过程中停交流润滑油泵后切换到主油泵、射油器运行不成功的问题。
     
    (3)检查交、直流润滑油泵出口止逆门开启、关闭无卡涩现象发生,以防止切换时系统从此处漏油到油箱,造成主油泵进口及系统流量不足。
     
    (4)油系统的使用仪表及传感器应定期检定;系统压力及联动信号逻辑设置、取样、安装正确,防止系统DCS联锁压力开关因取样安装错误而引起交、直流油泵动作时间延迟,油箱油位低交、直流润滑油泵启动条件不许可错误逻辑的设置,交、直流油泵集控室紧急启动按钮逻辑未设置,直流事故油泵启动未与甩厂用电联锁等错误的热工问题发生。
     
    4 印度某电厂极端使用条件下对系统可靠性验证

    4.1 印度某电厂事故情况

    印度某电厂4台135 MW机组为同一润滑油系统设计,4台机同时甩厂用电事故?;?,各机组直流油泵启动后,其中1#、2#、3#机正常?;?。4#机直流事故油泵启动油压有延迟现象,各瓦不同程度磨损,其中5瓦尤为严重,巴氏合金几乎全部磨掉,根据巴氏合金磨损程度更换2瓦,3瓦和5瓦。
     
    4.2 排除直流事故油泵启动油压有延迟是油泵本身问题的分析、试验

    (1)该电厂电网不稳定频繁甩厂用电,几次甩厂用电1#、2#、3#机均能正常?;?,没有发生烧瓦现象,说明系统设计是可靠的。但检查直流事故油泵控制逻辑也发现其启动未与甩厂用电联动,存在一定安全隐患。
     
    (2)为确?;檎T诵?,防止下一次甩厂用电时断油事故发生,利用4#机在更换轴瓦后机组启动前的时间段进行直流事故油泵开启试验,试验表明直流事故油泵从启动到最高油压建立大约1 min,分析认为直流事故油泵的启动时间能满足紧急?;枳卟欢嫌偷囊?。
     
    4.3 机组再次启动甩厂用电验证

    直流事故油泵控制逻辑与甩厂用电联动,机组正常运行再一次甩厂用电,直流事故油泵1 min正常建立油压。转速497 r/min,5瓦瓦温从65℃突然开始上升,当瓦温达到最高106℃时转速134 r/min,5瓦再一次发生了烧瓦。经分析属低速碾瓦,与直流事故油泵启动因素无关,产生原因为损伤轴颈未恢复,油系统清洁度差,清理油箱发现M14螺母、Φ14垫片各一个,约20颗大小不等的金属、石块等杂物。轴颈修复、清洁度达标后问题消除,系统能满足极端使用条件安全?;?。
     
    5 结论及建议

    (1)我国出口135 MW、300 MW等级汽轮发电机组润滑油系统设计固有可靠性能满足电厂安全运行要求;系统可靠性提高是不断发现问题及改进问题的过程,随使用环境、使用条件变化而变化。
     
    (2)系统工程配套、系统设计、设备制造、安装、调试、运行等阶段应按照科学的程序及规律行事;对分析得到的问题原因应在技术上、组织上采取相应的改进措施并验证其效果。
     
    参考文献
     
    [1]巨春影,蒙俊斌.多孔射油器的全三维数字理论设计[J].汽轮机技术,2007,49(3):195-196.
     
    [2]罗明远,陈赤.多孔射油器的性能试验[J].汽轮机技术,1994,36(2):117-120.
     
    [3]段学友,张秉权,周菁,等.汽轮机主油泵切换试验不成功的原因分析及预防措施 [J].电站系统工程,2009,25(5):43-44,58.
     
    [4]劳权红.汽轮机润滑油压力开关动作滞后原因及处理[J].华电技术,2009,31(4):50-52.
     
    [5]杨佐卫,曾令刚,赵世全.多软件环境下主油泵集成设计系统研究[J].东方汽轮机,2016,(2):1-7.
     
    (来源:汽机监督)

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