汽轮机组润滑油泵的故障分析

王磊

(大庆油田建设集团油建公司，黑龙江大庆163000)

汽轮机供油系统主要为整个汽轮发电机组的支持轴承、推力轴承和盘车装置提供润滑油，同时还为危急保安装置提供压力油等，润滑油泵的安全稳定运行是整个汽轮发电机组安全稳定运行的前提和重要保证。因此，本文针对大连某热电厂300 MW新建机组在启动过程中出现的润滑油泵故障及异常启动等现象，从汽轮机润滑油供油系统的结构、工作原理等方面进行了分析，并采取了相应的解决方法。

1 润滑油系统的结构和工作原理

汽轮机润滑油供油系统一般由主油泵、冷油器、顶轴装置、盘车装置、排烟装置、主油箱、交流润滑油泵、直流润滑油泵、射油器、电加热器、油位指示器、连接管道、阀门、逆止门、各种监测仪表等构成［1-3］，机组正常运行时，主油泵供给汽轮发电机组全部用油，包括轴承用油、机械超速脱扣和手动脱扣用油等;在机组启动和停机时，必须向泵提供压力油;交流润滑油泵只在启动和停机阶段主油泵排油压力较低时使用。直流事故油泵属于交流润滑油泵的备用泵，只在紧急情况下使用(如交流电断电、轴承油压由于某种原因不能维持正常工作等［4］)。

该机组的主油泵是蜗壳型离心泵，安装在前轴承箱中的机外伸轴上，其进油管和1号射油器出口相连接，排出压力油管进入油箱和射油器进口管相连接。主油箱安装在厂房零米地面的汽轮发电机组前端，油箱顶部焊有圆形顶板，交流润滑油泵、直流事故油泵、氢密封备用油泵、排烟装置、油位指示器、油位开关等都装在顶板上，油箱内装有射油器、电加热器及连接管道、阀门等，底部有法兰连接的排油孔。

交流润滑油泵垂直安装在主油箱的顶板上，经过油泵底部的滤网吸油，泵排油至主油泵进油管及经冷油器至轴承润滑油母管，该泵由压力开关和装在控制室内的三位开关控制，出口装有翻板式止逆阀，防止油从系统中倒流;直流事故油泵垂直安装在油箱顶板上，该泵由电站蓄电池系统供电，并且由压力开关和装在控制室内的三位开关控制，出口装有翻板式止逆阀，防止油从系统中倒流［5-8］;氢密封备用油泵又称为高备泵，水平安装在主油箱上，在机组启动和停机期间提供机械超速脱扣和手动脱扣用油，同时为发电机氢密封系统提供高压氢密封备用油。

2 直流油泵异常启动情况和联启条件

在汽轮机首次冲转过程中，转速在1 350 r/min至1 400 r/min时，总是出现联启直流事故油泵的现象，联启瞬间各参数的曲线如图1所示。

图1 联启直流事故油泵曲线

在图1中，曲线1为直流泵的启动指令，曲线2为润滑油压力低的开关量信号，曲线3为直流泵的电流，曲线4为汽轮机的转速，曲线5为顶轴油泵的出口母管压力。由图1曲线可以看出，当汽轮机的转速为 1 381 r/min时，润滑油压力低于0.076 MPa，于是联启直流泵。当直流泵正常运行以后，润滑油压力正常，此时，直流事故油泵不能停止，否则因润滑油压力低而再次联启直流泵。由润滑油压力低的开关量信号联启是因为润滑油压力的模拟量有系统采样死区的限制。正常情况下，直流泵是不应该运行的，于是对交流油泵和直流油泵的控制逻辑进行分析。

交流油泵的联启条件是交流润滑油泵没运行且在备用状态的情况下满足如下条件的任何一条都可以联启:

1)润滑油压力低启交流润滑油泵、氢密封油泵1的开关量有信号。

2)润滑油压力低启交流润滑油泵、氢密封油泵2的开关量有信号。

3)汽轮机已跳闸信号发生。

4)汽轮机转速由高于2 950 r/min时下降到低于2 950 r/min的5 s内。

直流事故油泵联启条件为直流泵在备用状态且满足以下条件的任何一条即可:

1)润滑油压力低启直流事故油泵1的开关量有信号。

2)润滑油压力低启直流事故油泵2的开关量有信号。

3)润滑油压力低于0.076 MPa或者润滑油过压调节装置供油母管压力低于0.076 MPa。

4)交流油泵不在运行状态、汽轮机已跳闸，或者交流油泵不在运行状态、汽轮机已跳闸且交流油泵启动故障，或者交流油泵不在运行状态、汽轮机已跳闸且交流油泵挂牌。

5)汽轮机转速低于2 950 r/min且交流油泵由运行到停止5 s内。

6)汽轮机转速由高于2 950 r/min时下降到低于2 950 r/min的7 s时间内，交流油泵不在运行状态，或者汽轮机转速由高于2 950 r/min时下降到低于2 950 r/min的7 s时间内、交流油泵不在运行状态且交流油泵启动故障，或者汽轮机转速由高于2 950 r/min时下降到低于2 950 r/min的7 s时间内、交流油泵不在运行状态且交流油泵挂牌。

3 试验分析

对润滑油供油系统进行试验，通过实际油压联启直流油泵、交流油泵，正常情况下各参数的曲线如图2所示，而发生以上现象系统的各参数曲线如图3所示。

图2 正常情况下各参数曲线

由图2、图3曲线分析可知:直流油泵联启以后，交流油泵的电流下降，主油泵出入口油压均升高。在事故状态、联启以后，主油泵出入口油压变化正常，而单独运行时，各指标也正常，说明直流油泵、交流油泵均没有问题，所以，必须对射油器进行深入分析。

3.1 射油器工作原理分析

图3 异常情况下各参数曲线

射油器主要由喷嘴、混合室、喉部和扩散段组成，射油器喷嘴进口和提供压力油的主油泵出口相连，油通过喷嘴到混合室，然后进入射油器喉部，最后进入扩散段。油通过喷嘴时速度增加，这种高速油通过混合室，在混合室中产生1个低压区，使油从油箱中吸入混合室，然后被高速油带入射油器喉部，油通过喉部进入扩散段，在扩散段油的速度能转换成压力能，将1号射油器出口油送往主油泵进油口，2号射油器出口油通过冷油器，由管道送入轴承润滑油母管。扩散段后面各装有1个翻板式止逆阀，防止油从系统中倒流，同时为了防止异物进入射油器，在射油器的吸油侧装有可拆卸的多孔钢板滤网［9-11］。

3.2 工作时各参数对比

射油器在汽轮机转速1 000 r/min时有工作迹象，在入口油压高于1.96 MPa时才可以正常工作。主油泵在汽轮机转速700 r/min时出口油压刚好大于交流润滑油泵的出口压力，开始有工作迹象。汽轮机定速以后，交流油泵和直流油泵均停止，主油泵独自工作。在联启直流泵的瞬间，1号射油器入口油压0.29 MPa，出口油压0.39 MPa，吸入真空-0.045 MPa;2号射油器入口油压0.004 MPa，出口油压0.46MPa，吸入真空-0.02MPa，主油泵入口油压0.375 MPa，出口油压0.837 MPa。机组正常运行时，主油泵入口油压0.2 MPa左右，出口油压2.1～2.4 MPa，一般为2.28 MPa左右;1号射油器出口油压0.2 MPa左右，2号射油器出口油压0.4 MPa左右，润滑油压0.11～0.18 MPa，一般在0.12 MPa左右，并且可以通过过压调节阀进行调整，1号射油器给主油泵供油，2号射油器主要供给润滑油，因为主油泵出入口油压均正常，所以1号射油器没问题。

3.3 试验及数据分析

为了进一步确定哪个部位发生异常，作如下试验:

首先，将汽轮机稳定在600 r/min，对1号射油器和2号射油器的出口逆止门进行初步调整，开大2号射油器出口逆止门，关小1号射油器出口逆止门，发现2号射油器的出入口压力均变为0 MPa，调整后，1号射油器出口逆止门全关，其入口压力为0.38 MPa，出口压力为0.48 MPa，真空为-0.02 MPa，2号射油器出口逆止门开度为50%，入口油压0 MPa，出口油压0 MPa，真空-0.045 MPa。

其次，在汽轮机提速过程中，1号射油器的入口压力随转速增加而降低，当达到2 400 r/min时，其入口压力为0.18 MPa，出口压力为0.48 MPa，真空为-0.02 MPa，2号射油器出口逆止门开度为50%，入口油压 0 MPa，出口油压 0 MPa，真空-0.045 MPa。在汽轮机定速后，对1号射油器和2号射油器的出口逆止门进行调整，结果是1号射油器出口逆止门开度为 50%，其入口压力为0.13 MPa，出口压力为 0.48 MPa，真 空为-0.02 MPa，2号射油器出口逆止门开度为50%，入口油压0 MPa，出口油压 0MPa，真空-0.045 MPa;在此转速下，对逆止门进行再次调整，结果为1号射油器出口逆止门全关，其入口压力为0.38 MPa，出口压力为0.48 MPa，真空为-0.02 MPa，2号射油器出口逆止门全开，入口油压0 MPa，出口油压0 MPa，真空-0.045 MPa。

由以上分析可知，2号射油器没工作，或者逆止门、入口法兰等存在泄漏点。

4 解决方法

在汽轮机停机且金属壁温降下来以后，停盘车倒油，对主油箱进行检查(根据相关标准，调节级温度在150℃左右时，才可以停盘车，否则会对汽轮机造成严重伤害)。对主油箱进行检查，发现套装油管路没问题，挂闸油压在套装油管路测取，约0.7 MPa左右;主油泵出口油压正常，油压为2.4 MPa左右;主油泵出口去射油器入口有节流孔和逆止门，高备泵出口在逆止门前连接到主油泵出口，2号射油器挡板卡死，位置与水平面成30°，2号射油器入口法兰漏泄，5号轴承和6号轴承的油管路没装节流孔板，可能会造成润滑油泄漏现象。对这些故障进行处理后，再次启机时一切正常，没出现润滑油泵故障或异常启动等现象。

5 结论

1)润滑油泵的安全稳定运行是汽轮发电机组安全稳定运行的前提和重要保证。

2)在机组运行之前，必须保证整个润滑油系统的可靠运行，避免对汽轮机的轴承造成伤害，运行中应随时监测该系统中各个分系统的每个运行参数，发现异常及时处理。

3)从系统的角度去分析，判断发生异常的故障源，才能够解决机组启动和运行过程中发生的任何故障，保证机组的安全。

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