油泵无出力故障原因分析

王辉

(广东大唐国际潮州发电有限责任公司，广东潮州515723)

1 设备概况

汽轮机润滑油系统为汽轮机轴承提供润滑油，主要由油箱、油泵系统、冷油器、汽轮机轴承等组成。油泵系统包括1台由汽轮机主轴驱动的主油泵、3个电动油泵和油涡轮泵。

某电厂为新建1000MW火力发电机组，3个电动油泵安装在主油箱上，分别是主吸油泵、交流润滑油泵和直流事故油泵。主吸油泵为主油泵入口供油;交流润滑油泵在盘车装置运行时，为轴承供油以运转汽轮机并作为主油泵的备用油泵，以防油压异常降低;直流事故油泵在润滑油压异常降低时自动启动。其中主吸油泵出口油压为0.23MPa，出口管直径为DN250，流量为8900L/min;交流润滑油泵出口油压为0.43MPa，出口管直径为DN200，流量为7850L/min;直流事故油泵出口油压为0.36MPa，出口管直径为DN200，流量为7020L/min。油箱内部及油泵结构示意图如图1所示。

2 事故经过

该机组在进行168h试运行时，3台电动油泵时常有不出力现象，表现为启动后电流偏小，达不到额定值。168h试验完成停机时，油泵联启后不出力，造成了主机烧瓦的较大事故并因此停机检修达1个月之久，给企业造成了巨大的经济损失。

3 事故处理经过

图1 油箱内部及油泵示意图

油泵不出力运行时，通过松开油泵出口倒U形弯处法兰盘排气后可恢复正常出力。因此，在该U形弯处增加了手动排气阀，发生不出力故障时可临时手动排气。由此可确定，造成油泵无出力的原因为油泵出口倒U形弯处存在气阻现象。油泵出口逆止门安装于油箱内部水平管路，油泵停运后空气通过倒U形弯处法兰盘渗入油泵出口管路并积聚于倒U形弯最高处，当油泵开启运行时，倒U形弯处空气无法排出，减小了油泵出口截面积并吸收油泵出口压力形成气阻，造成油泵无出力。

通过手动排气可解决该问题，当机组发生事故时，油泵从启动到正常工作时间非常短，手动排气不能满足要求。因此，与汽轮机厂技术人员协商后，决定将该排气管路改为自动排气，即在主吸油泵、交流油泵、直流事故油泵出口倒U形弯最高点处加装一排气管路，排气管路末端伸至低低油位液面以下0.5m并在末端加装ø3mm节流孔。伸入液面以下是为了防止停泵时有大量空气被吸入U形弯处;加装节流孔是为了不影响油泵出力。

改造后，油泵无出力的现象未能得到解决，在机组正常运行期间进行定期试验时油泵仍旧存在不出力的现象，气阻现象仍然存在。

后经再次改造，将增加的排气管路接入油箱，末端位于液面以上，不伸入液面以下。改造完成后经反复试验未再出现无出力的现象，气阻现象消失。

4 原因分析

气阻的形成是因为弯头处进入空气，当泵运行时，在此处形成了气－液两相流，气泡在液体中由于密度小而上浮，同时会带动一部分液体上升。在弯管段中，流体转弯时受到离心力和重力的合成作用，形成各种不对称的流型:液体流速较低时，离心力对液体的作用小于重力的作用，因而气泡偏向弯头外侧;当液体速度增大时，离心力对液体的作用大于重力的作用，因而气泡偏向弯头内侧。因为离心力和重力作用方向相反，因此形成了一个流动不稳定区域，在气速和液速均较低时，液体只能间歇性地流过弯管段。该弯头处的两相流状态较为复杂多变，无法通过理论精确计算。弯头垂直向下的U形管中的气－液两相流流型如图2所示。

对照西安交通大学U形管中气－液两相流试验的结果，对改造原因认真分析，得出第1次改造失败的主要原因是:油泵停运后，加装的排气管路因伸入了液面以下，排气管路充满部分油液;开启油泵后，因油泵流量较大，油液速度较快(约3m/s)，离心力大于重力，倒U形管中的气体排出时受到排气管中充满部分油液的阻力而造成排气速度较慢;当存在的气体没有全部排出时，两相流的状态可能已成为波状分层流或分散泡状流，此时排气管路只能排出油液，而位于弯头内壁的空气无法再排出，造成管路内径变小，油泵无流量。

图2 弯头垂直向下的U形管中的气－液两相流流型

第2次改造后，排气管路末端位于液面以上，减小了排气管路中存在油液对排气产生的阻力，增大了排气速度，相同时间内多排出了弯头内的空气量，降低了弯头处的含气量，改变了两相流的流型，增大了通流面积，但可能依旧存在部分空气。

5 结束语

气阻现象在日常生活中普遍存在，气阻现象的产生导致系统出现滞流、管道振颤、管道撕裂、运行不稳等现象，给系统设备造成重大安全隐患，严重影响系统的正常运行，会给企业带来重大的经济损失。气阻的计算较为复杂，存在诸多不确定因素，造成理论计算结果与实际不符。因此，在条件允许的情况下应做相应试验，防止造成不必要的经济损失。设计人员在系统设计时应给予重视，对可能产生气阻的系统设备采取措施，保证系统设备正常运行。

[1]安金龙.长输管道排水过程中的气阻现象与气阻定律[J].石油工程建设，2010(5):13－16.

[2]孙宏志，韩志山.热水采暖系统气阻现象的分析[J].科协论坛(下半月)，2009(3):85－86.

[3]阎昌琪.气－液两相流[M].哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社，2007.