汽轮发电机组顶轴油系统启动调试要点及常见问题处理

何冬辉，魏长宏，安 凯

（东北电力科学研究院有限公司，沈阳110006）

顶轴油系统的作用是在汽轮机低速阶段提供高压顶轴油。汽轮发电机组的轴承均设有高压顶轴油囊，顶轴装置所提供的高压油在转子和轴承油囊之间形成静压油膜，代替转子高速旋转时产生的油膜将转子顶起（顶起高度约0．05～0．08mm），避免汽轮机低转速过程中轴颈和轴瓦之间的干摩擦，防止低速碾瓦，对转子和轴承起着重要的保护作用［1］。在运行时顶轴油囊的压力代表该点轴承的油膜压力，是监视轴系标高变化、轴承载荷分配的重要手段之一；同时，在机组启动、停机时，盘车装置启动前，启动顶轴油泵有利于减少盘车启动力矩［2］。

在机组运行中常出现油压低、油泵供油能力不足、顶轴机构振动和噪声大等问题，甚至出现油管爆裂及烧瓦等事故［3］。针对以上现象，笔者总结了顶轴油系统调试要点，并举例分析了几个常见问题，提出了解决方法，以供该系统的启动调试过程参考。

1 汽轮发电机组顶轴油系统

1．1 系统设备

某厂新投产的汽轮机型号为N300－16．7／538／538。汽轮机低压缸及发电机两端的轴承，设有顶轴功能，系统见图1。顶轴油系统采用母管制布置，正常运行为一台柱塞泵工作，一台备用。油泵进口处设两个压力开关，一个为进口油压下降报警开关，当油压低于0．02MPa时自动报警；另一个为母管油压低开关，当油压低于4．2MPa时，联启另一台油泵。油泵出口设有滤网、溢流阀和压力开关等，其出口油压调整范围为11．0～13．0MPa，安全阀的设定值为14．0 MPa。因为轴瓦的结构不同，可倾瓦有两根顶轴油管，圆筒和椭圆瓦只有一根。高中压转子的重量轻，不设顶轴油，低压缸3号轴瓦为可倾瓦，有三垫块径向轴承，采用双侧顶轴油管，顶轴油分别通过上下轴承体与垫块中央的通孔进入轴承，这样对转子的托起高度和油膜建立更有效，4、5、6号轴瓦分别为一根顶轴油管。

图1 顶轴油系统流程图

1．2 工作过程

顶轴油泵进油来自润滑油冷油器出口，压力约为0．2MPa，可以有效地防止油泵吸空现象。润滑油进入顶轴油泵的吸油口，经油泵升压后，压力油经过单筒高压过滤器进入集成控制块，经单向阀、节流阀，最后进入各轴承。顶轴油泵出口油压由溢流阀整定，当集箱油压过高时，溢流阀自动打开，以防止顶轴油压过高，溢流阀压力设定为14．0MPa。在每个轴承进口设一个节流阀，通过调整节流阀可控制进入各轴承的油量及油压，使轴颈的顶起高度在合适的范围内，回油随轴瓦润滑油经轴承箱回油管回至油箱。

油泵的输出流量会根据系统的用油量自动调节，由于该泵工作时滑靴将在压力盘上高速摩擦，摩擦面间静压力大小与油泵的输出压力成正比，摩擦面间必须有高压油润滑，泄出的润滑油直接排在油泵的壳体内，所以必须在泵壳上接一根回油管到油箱，即顶轴油泵回油管。在回油管上有个手动回油阀，可以保证顶轴油泵出口阀在关闭状态下也可以启动顶轴油泵，达到试转目的；因此为了确保顶轴油泵的运行安全，防止无流量造成顶轴油泵过热，正常运行中回油阀一般处于常开状态，始终保持有一定小流量的流动，同时避免泵体内长期积油产生杂质。

2 调试要点

2．1 系统检查与注油、排除空气

系统调试前，应对其管路进行检查，包括油泵的出入口、各支路管道、测点安装等。严禁在无油和空吸状况下启泵，首次启泵前应对泵体注油，按泵的旋转方向手动盘动联轴器，排出吸油泵芯内的空气；打开顶轴油泵进油管、出油管的球阀、各支路节流阀和溢流阀，启动润滑油泵，将系统内空气排出。

2．2 溢流阀整定

完全松开（逆时针旋转）油泵上的恒压变量阀，点动电动机，检查电机旋转方向是否正确。启动电动机，检验是否有杂音及泄漏。关闭分流器上的各支路节流阀，顺时针旋转恒压变量阀和溢油阀，使泵出口压力升至14．0MPa，并将溢油阀动作压力整定为14．0MPa。逆时针旋转恒压变量阀，将其压力降至13．0MPa。

2．3 顶起高度调整

确认各支路节流阀已关闭，且支路压力表指示为零。在每个轴瓦上方垂直架起百分表，用于测量顶起高度，且将各百分表归零。启动一台顶轴油泵，逆时针旋转恒压变量阀，将其压力调整为13．0MPa，然后逐个开启单向节流阀，使每个轴径顶起高度在0．05～0．08mm，并记录各支路油压及轴颈的顶起高度。启动另一台油泵，将出口油压调整至13．0MPa即可。该机组转子顶起高度记录见表1。

表1 转子顶起高度

2．4 信号系统的校验和试动作

按照连锁保护试验卡检查各个压力开关动作和仪表盘指示是否正常，相关报警装置及联锁保护装置，如入口油压低的闭锁装置，以及滤网、顶轴油泵与主机之间的联锁功能，顶轴油母管压力低、禁止启动盘车等逻辑功能是否动作正确。

3 调试中常见问题与处理

3．1 顶轴油母管压力偏低

顶轴油母管压力偏低，主要有以下原因：（1）顶轴油泵故障，工作不正常；（2）溢流阀调整不当，泄油量过大；（3）轴承内部有漏油，顶轴油管、油管接头爆裂；（4）转子顶起高度太高，导致泄油量偏大。

某次调试过程中发现：润滑油系统经过检修后，运行人员启动一台顶轴油泵，顶轴油母管压力只有6．0MPa；再启动另一台泵时母管压力也只有11．5MPa，没有达到初始调整的13．0MPa。就地检查并未发现系统和轴承内部存在泄油点，因而进行了针对性检查：（1）将溢流阀重新调整，油压并不上升；（2）重新调整柱塞泵恒压变量阀，油压并无显著变化，说明顶轴油泵出现故障。后经检查核实，运行人员在启泵前并没有注油、排除空气，导致油泵损坏。后对顶轴油管道进行改造，在入口母管上安装一排空管（见图2），能有效地防止油泵损坏。

图2 顶轴油管道改造前后对比图

3．2 顶起高度调整不当

顶轴油压值间接反映该轴瓦油膜压力，即轴瓦载荷。轴瓦的顶起高度可以通过调整轴瓦的顶轴油压力来实现。由于各轴承的载荷不同，或其他因素的影响，所形成的油楔间隙不同，产生的油膜压力也就不同。一般来说，间隙大，油膜压力低；反之则高。在调整过程中，各轴承之间相互影响，容易产生翘翘板效应。有些轴瓦采用可倾瓦，容易出现间断脉冲式供油，使顶轴油压波动。

在调试过程中发现：顶轴油的节流孔径对顶轴油压影响较大，当顶轴油压调整到某一个值后，油压再也无法提高；因为节流孔径较大，泄油量就比较大，轴瓦供油不足，导致顶起高度不够，此时可适当减小节流孔径。如果油压正常，但仍不能将转子顶起至规定高度，需要检查轴瓦的顶轴油囊是否损坏。如果盘车时顶轴油压波动大，很可能是由于抬轴试验时顶起高度太高，轴瓦的顶轴油囊油压很难稳定，这时只要适当降低顶起高度，便能使油压恢复正常。此外，转子在动态与静态时的油压有一定差别，会导致动态泄漏增加和油温的变化。若没有仪表监视轴颈顶起高度的情况下，需要长时间地反复进行调整［4］。

3．3 顶轴油泵自启动转速不当

油膜形成必须具备以下三个条件：（1）两表面之间应构成楔形间隙（油楔）；（2）两表面之间应具有足够的润滑油量，且润滑油应具有合适的黏度；（3）两表面之间应有足够的相对运动速度，以便在油楔中产生所需要的内部压力。

机组在启动、停机阶段，总要经历一个动压润滑油膜没有有效建立的阶段。在这一阶段，由于汽轮机转速低，转子与轴瓦在载荷作用下靠得非常紧，其摩擦类型为边界摩擦或干摩擦，容易引起机组振动，这时应启动顶轴油泵，将转子顶起一定高度，以提高油膜厚度，形成稳定油膜，可以有效防止干摩擦。

图3（a）为机组某次停机的惰走曲线。从曲线可以看出：机组转速降到第一临界转速949～1 011r／min时，发电机5号轴瓦、6号轴瓦振动开始急剧上升；转速降到854r／min时，6号轴瓦X向振动最大为203μm；转速降到844r／min时，5号轴瓦Y向振动最大为318μm；但轴承金属并无显著变化。可认为在转子低速状态下，由于润滑油膜没有自行建立，造成干摩擦引起振动。后来将顶轴油泵自启动转速由600r／min改为1 000r／min，从修改后机组惰走曲线图3（b）可看出：振动明显降低，转速917r／min时，5号轴瓦振动最大为45μm；转速902r／min时，6号轴瓦X向振动最大为117μm，Y向振动最大为73μm。可见，顶轴油泵自启动时间，对油膜形成有重要影响。此外，还可以进行降油温试验，在机组惰走过程中，避开发电机转子共振区后将主机润滑油温度适当调低，以增加润滑油黏性，提高油膜厚度，形成稳定油膜，防止低速碾瓦［5］。

图3 机组惰走曲线

4 结语

顶轴油系统是汽轮机的重要辅助系统，与汽轮机烧瓦事故有密切联系，直接关系到机组的安全运行，应高度重视。在系统的基建调试过程中，应充分暴露系统与设备设计、安装中存在的问题，以便及时分析处理，确保试运机组安全稳定运行；同时，调试前应熟悉整个系统的管道布置和各个部件的作用、工作原理，对照系统认真阅读厂家提供的说明书、图纸和调试方案，这样才能在机组调试过程中采取相应的对策，处理各种异常。

［1］陈胜军，刘金生，高鹏里．1 000MW汽轮机顶轴油系统异常的原因分析与处理［J］．浙江电力，2008，27（5）：48－49，53．

［2］沈文玲．300MW 机组顶轴油系统改造［J］．上海电力，2005，18（6）：639－640．

［3］李汪繁，谢诞梅，阚伟民，等．发电机组顶轴油系统分析及改进［J］．热力发电，2011，40（1）：84－86，92．

［4］刘道远．300MW机组轴瓦温度异常原因分析及对策［J］．上海电力学院学报，2005，21（3）：210－212．

［5］黄传安，程光俊，宁国泉，等．660MW超超临界汽轮机可倾瓦轴承损坏的分析及处理［J］．华中电力，2011，24（1）：58－61．