1000MW机组润滑油系统问题探讨

1000MW机组润滑油系统问题探讨

朱雅

江苏新海发电有限公司 江苏连云港 222023

摘要：汽轮机润滑油系统的作用是向汽轮发电机组的各轴承（包括支承轴承和推力轴承）、顶轴油系统、密封油系统及盘车装置提供合格参数（油温、油压、油质）的润滑油。汽轮机润滑油系统直接影响主机的安全稳定运行。通过对典型问题分析，提出分析问题的思路、解决问题的方法及预防对策，为解决类似问题积累经验。

关键词：润滑油；各部油压；原因分析；应对措施

1、机组概况

1.1上海1000MW超超临界机组汽轮机为引进德国西门子技术生产的一次中间再热、单轴、四缸四排汽、双背压、凝汽式汽轮机，型号N1030-27/600/600。汽轮机采用HMN积木块组合串联布置：1个单流圆筒型高压缸，1个中压缸和2个低压缸都采用双流程，且四缸均采用双层缸设计。汽轮机采用全周进汽滑压运行模式，单支撑结构，汽轮机四缸5个支承轴承。汽机润滑油贮存在油箱内形成一个相对封闭的系统，主要由油箱模块、主油泵(2×100%交流离心泵)、危急直流油泵(1×100%直流离心泵)、各泵出口逆止阀、各泵出口球阀、冷油器(2×100%)、切换阀、润滑油过滤器、各轴承进油调节阀、油烟净化排放装置等设备及其控制装置、连接管道、附件等组成，如图1所示。

图1  1000MW机组润滑油系统图

根据图1，润滑油系统存在5处压力变送器或压力开关测点，即#1、#2交流润滑油泵及直流润滑油泵出口压力开关（A处、B处、C处各1个）；#1#2交流润滑油泵出口母管（冷油器前）压力开关1个（D处）和温度测点；主机各轴承进油母管（冷油器及滤网后）3个压力变送器、2个试验压力开关（E处）。

A处、B处压力开关热控定值为0.46MPa； C处压力开关热控定值为0.2MPa；D热控定值为0.5MPa；E热控定值为0.26MPa。（上述定值以主机转子中心线为基准修正值）。

1.2板式冷却器的特点：传热效率高，结构紧凑，占地少，是其优点，但其缺点是板换变形量较大即工作介质通流量受冷却介质压力波动影响较大。

1.3温控阀工作原理

温控阀利用感温包热胀冷缩的原理，集感温检测、控制、调节功能于一体，无需外加驱动和控制装置的情况下，全机械式地自动控制调节流体温度和流量。

图2  温控阀工作原理图

温控阀工作原理如图2所示，此阀为“两进一出”的三通式设计。初始阶段，温控阀冷端处于关闭状态，被调介质热流体经温控阀热端进入。随着被调介质温度上升，感温包感应被调介质热流体温度超过温控阀设定值时，感温包内感温材料受热熔化后，体积膨胀产生膨胀力通过导杆使调节套筒发生位移(阀芯移动)，此时温控阀冷端通道逐渐打开，同时热端通道按一定比例随之关小，冷、热流体混合热交换后，经过一段空腔室从温控阀中部流出。反之，当混合流体温度下降后，感温包冷凝收缩，热端通道在弹簧力的作用下逐渐开大，随之冷端通道关小，使混合流体的温度始终维持在温控阀设定值。调节套筒随着温度的不断变化在冷、热流体的持续作用下来回移动，不断调节冷、热端通道开度，保持温控阀出口温度和流量稳定。

2、润滑油系统问题

1000MW机组投产以来，主机润滑油系统在投运、切换操作过程中存在一些异常问题，现汇总如下：

2.1机组冲转升速过程中交、直流润滑油泵联启；

2.1.1过程及现象

机组启动时由于油压低导致交、直流润滑油泵联启。过程如下:4∶10汽轮机冲转至360rpm暖机。暖机阶段，主机润滑油系统#1交流油泵运行，其出口母管压力为0.37 MPa，润滑油温度45℃；5∶18转速3000 rpm时，润滑油温度50℃，主油泵出口母管压力开始快速下降至0．26 MPa时，#2交流油泵和直流油泵联锁启动，此时母管滑油压力0.41 MPa。主机润滑油母管温度达到53℃之前停运，备用油泵出现频繁自启情况。

2.1.2原因分析

1000MW机组有2台交流润滑油泵和1台直流润滑油泵，机组正常运行中交流润滑油泵1运1备、直流油泵紧急备用。根据系统图，主机润滑油温度调整由冷油器和机械温控阀共同控制，冷油器闭冷水回路调整根据进入主机轴瓦润滑油温度进行调节。经调研，较多机组在汽轮机冲转至3000r/min的过程中出现交流润滑油泵出口母管油压（D处）明显下降，也有在D处E处油压低开关均动作情况，联启备用交、直流油泵的情况。

在机组启动低速暖机阶段，润滑油在转速低摩擦产生的热量低，润滑油温度如不人为加以控制，一般都小于50℃，而温控阀设定动作值为50℃，可见在此阶段温控阀处于冷油端完全关闭、热油端完全开启状态。由于冷却器的润滑油温度接近冷却水温度(25℃左右)。由润滑油的粘温特性可知，润滑油的粘度随着温度的升高而降低，随着温度的降低而增大。随着转速提升，温控阀热端油温逐渐上升达到50℃时，温控阀冷端逐渐打开，热端逐渐关闭，但此时由于冷端润滑油温度较低在25℃左右，在此温度下润滑油粘度极大，流动特性较差，流经温控阀的润滑油量逐渐减小，油压便随之下降。温控阀就地安装冷端入口朝下、热端朝上，冷油自下而上流进温控阀。还有当温控阀冷端处于长时间关闭状态时，空气容易积聚在该入口处。随着油温的上升，温控阀动作后，积聚的空气随冷油进入润滑油系统，加速润滑油油压波动式下降。

该润滑油系统在轴承进油管安装有节流阀，厂家提供的“节流阀特性曲线”作为润滑油量分配调整的参考依据。在机组投运初期，由于对节流阀的调整不精细，为了使汽轮机各轴瓦温度保持在较低水平，各瓦润滑油进油节流阀开度偏大，当机组启动升速过程中，随着轴瓦进油量的快速增大，润滑油泵出口压力迅速下降，导致润滑油备用泵和事故直流油泵联启，但此时E处的模拟量压力低Ⅰ值并未发出。据了解，在多台西门子百万千瓦机组存在润滑油节流阀调整不当问题，开度过大，易引起机组启动升速过程中润滑油泵出口母管D处压力开关动作（现场观察D处压力表由0.55MPa降至0.45MPa），备用交流润滑油泵联启。因此，润滑油节流阀开度过大也是引起机组启动过程中润滑油母管压力突降的原因之一。

根据检定交流润滑油泵流量压力特性曲线，交流润滑油泵工作点在驼峰曲线顶点附近或在靠近顶点的右侧，在交流润滑油泵出口流量增加时压力大幅下降。因此，润滑油泵出力裕量不足也应是润滑油母管压力突降的原因之一。

综上所述，温控阀冷油端入口油温低及温控阀冷油端入口处积聚的空气，导致润滑油流动性较差是润滑油母管油压下降的原因之一；因各瓦进油量整定问题，机组冲转过程中各瓦进油量大是润滑油油压下降的原因之一；交流润滑油泵工作点在驼峰曲线近顶点或顶点的右侧。

2.1.3处理措施

一是利用机组检修时机，重新整定各瓦进油量。

二是开机过程中，冲转前尽量提高主油箱温度，可采取投入油箱电加热、关闭冷油器闭冷水阀门开度等方法。如冲转过程中若出现备用泵自启，应待主机润滑油母管温度达到53℃左右再停运联启油泵（再此之前停运可能导致备用泵的频繁自启）。

三是润滑油泵增容。

2.2闭式水泵切换过程中交流润滑油泵联启；

2.2.1过程及现象

润滑油系统#1交流润滑油泵运行，#1交流润滑油泵及直流油泵备用，润滑油母管油压3.75bar（系统图中E处），主油温50℃。甲闭式泵运行，闭式水母管压力0.645MPa。乙闭式泵开启后，闭式水母管压力0.932MPa，润滑油母管油压3.21 bar。甲闭式泵停运后，闭式水母管压力0.635MPa，润滑油母管油压3.71 bar，此时系统图中D处压力开关动作，备用#2交流油泵联启。

2.2.2原因分析

乙闭式泵启动后，冷油器进口冷却水压力升高，使得板式冷油器进油通流面积相对减小，使得系统图中E处润滑油母管压力由下降；甲闭式泵停运后，闭式水母管压力下降，使得板式冷油器进油通流面积相对增加，板式冷油器前油压下降使得此处压力开关动作（系统图中D处），备用#2交流油泵联启，此时冷油器后润滑油母管油压上升（系统图中E处）。另外，当两台闭冷泵并列运行时间偏长时会导致主机润滑油冷油器冷却水量大幅度上升，可能导致机械温控阀过度调节，从而引起交流润滑油泵出口母管压力（系统图中D处）突降。

图3   启停闭式泵期间油压变化

2.2.3处理措施

闭式泵切换过程中，一是通过关闭待停泵出口门再停泵，减缓闭式水压力波动对板式冷油器通流面积变化影响油泵出口母管油压（系统图中D处）的幅度；二是通过主冷油器控制主机润滑油温，并将主油温调节定值设定在53℃（大于温控阀机械控制温度50℃），同时闭冷泵定期切换时尽量减少双泵并列时间。

2.3定期工作交流油泵切换时交流油泵无法停运。

2.3.1过程及现象

#1机组主机润滑油泵定期切换工作，润滑油系统#1主交流润滑油泵运行(#2主交流油泵和危急直流油泵备用)，#2主交流润滑油泵联启后停运时，DEH发“#1、#2交流油泵出口压力低”报警信号，系统图E处压力开关未动作，该处压力变送器模拟量数值4.45bar降至3.79bar。随后检查发现#2主交流润滑油泵联锁启动，油压迅速恢复正常，润滑油母管油压稳定在0.44 MPa左右，手动停止#2主交流润滑油泵，#2交流油泵瞬时又联启。经3次停止#2交流油泵后，油压无法维持稳定，#2交流润滑油泵均联锁启动。后停止#1交流油泵，系统油压稳定。主机润滑油泵切换时润滑油压曲线如图5所示。

图4 润滑油压动态变化曲线

2.3.2原因分析

根据上述现象，初步判断：主机#2润滑油泵出口逆止阀存在损坏、卡涩或回位迟缓，导致油泵润滑出口油压突降，运行中进行油泵切换时切换失败。

经关闭#2润滑油泵出口球阀，解体发现该逆止阀存在卡涩没能回位情况。如图6。

图5   #2交流润滑油泵出口逆止阀解体图片

利用#2机组调停停机时机，对定期切换正常的#2机组主机润滑油泵出口逆止门进行试验检查，解体检查该润滑油泵出口逆止阀回位正常。如图7。

图6   正常交流润滑油泵出口逆止阀解体图片

2.3.3处理措施

汽轮机润滑油泵出口逆止阀运行时间较长，存在易损坏、卡涩的问题，可能导致运行中进行油泵切换时切换失败、润滑油压突降的问题，存在较大风险。建议：一是利用检修机会对润滑油泵出口逆止阀进行整治；二是改型为更可靠有业绩口碑较好的逆止阀。

结语：①机组检修调试及设备可靠性是润滑油系统可靠运行的基础，是防止汽轮机轴瓦磨损和烧瓦的重要保障。如各轴承进油量的调整、油泵出口逆止阀的可靠性等。②根据1000 MW上汽机组超超临界机组润滑油系统中设置特点：温控阀和冷油器共同调节油温、滤网以及各轴承进油调节阀。在各瓦流量分配调整过程中，需要综合考虑润滑油泵所工作特性曲线的所处位置（应控制出力在驼峰曲线工作点的左侧），以及温控阀工作特点（应控制出油温度在温控阀机械调节温度之上2℃左右），同时合理调整其出口压力、润滑油母管油压及各轴瓦温度，确保系统可靠稳定运行。必要时应对润滑油系统中润滑油泵进行增容，以保证其有足够的流量富裕。③通过对上述问题的分析，分析问题的思路、解决问题的方法及采取的措施，对同类汽轮机解决类似故障具有积极的借鉴。

参考文献：

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[2]李庆伟,廖明华.超临界机组小机润滑油系统故障分析[J].电世界,2020,61(5):4.

[3]王辉.1000MW机组汽轮机油系统故障分析[J].华东科技:学术版,2018(6): 314-315.

[4]常春广.浅谈汽轮机润滑油系统主要问题分析及处理[J].中国设备工程,2021(9):2.

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