淺談沙角A電廠#4、#5機組頂軸油系統(tǒng)改造

摘要：沙角A電廠#4、#5汽輪發(fā)電機組自投運多年以來，機組在盤車狀態(tài)時轉(zhuǎn)子抬起高度不足，頂軸油系統(tǒng)振動大，對機組的安全運行造成重大隱患，為此對整個頂軸油系統(tǒng)改造前存在問題進行了分析，重點介紹了頂軸油系統(tǒng)改造的具體方法。汽輪機組通過頂軸油系統(tǒng)改造，達到了預期效果，保證了機組的安全運行。

關鍵詞：頂軸油系統(tǒng);振動;轉(zhuǎn)子抬起高度;改造方法

0 引言

沙角A電廠#4、#5汽輪發(fā)電機組是上海汽輪機廠生產(chǎn)的N330-16.7/538/538型汽輪機，為亞臨界、中間一次再熱、單軸雙缸雙排汽、高中壓合缸、凝汽式、給水泵汽輪機，機組排汽到主機冷凝器。

1 汽輪發(fā)電機組盤車裝置及頂軸油系統(tǒng)作用

汽輪機啟動前和停機后，為消除轉(zhuǎn)子的彈性熱彎曲，避免動靜部分摩擦，使用外力連續(xù)轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子稱為盤車裝置，停機后的盤車有助于消除溫度較高的軸頸對軸瓦的損傷，還能減小汽缸等部件的溫差。

為了減小盤車電機的啟動力矩，防止低速和盤車狀態(tài)時轉(zhuǎn)子-葉片系統(tǒng)受到“蠕動”激振，一般都使用頂軸油系統(tǒng)將高壓油由軸瓦的底部送入，形成油膜，依靠油靜壓將轉(zhuǎn)子強制頂起，以防止軸頸和軸瓦干摩擦，損傷軸瓦烏金，同時對轉(zhuǎn)子和軸承起到保護作用;在汽輪發(fā)電機組低轉(zhuǎn)速過程中，還可防止發(fā)生低速碾瓦現(xiàn)象。在大容量汽輪發(fā)電機組中，因為轉(zhuǎn)子比較重，軸頸比較粗，一般都使用低速盤車裝置和頂軸油系統(tǒng)。

2 沙角A電廠#4、#5汽輪發(fā)電機組頂軸油系統(tǒng)改造前概況

2.1 ? ?沙角A電廠頂軸油系統(tǒng)配置

頂軸油由主機潤滑油泵提供，系統(tǒng)采用母管制運行方式布置，配備3臺頂軸油泵，即型號為SCY14-1B的軸向柱塞泵，運行方式為兩臺工作，一臺備用;進口油管處設一個壓力開關，一個濾油器，當進口油壓低于0.021 MPa時，閉鎖啟動頂軸油泵。油泵出口設有壓力開關、壓力表、濾油器、截止閥、單向閥、溢流閥等部件，油泵出口輸出油壓為7.9～11.8 MPa，溢流閥動作值為13.8 MPa。

2.2 ? ?頂軸油系統(tǒng)的使用

在機組啟動過程中，主機潤滑油系統(tǒng)運行正常，啟動兩臺頂軸油泵，頂軸油自母管出來后，分別向汽輪機低壓缸軸瓦（#3、#4瓦）供油，將轉(zhuǎn)子抬起（規(guī)定軸頸頂高0.05～0.08 mm），頂軸油壓>4.13 MPa，投入主機連續(xù)盤車。汽輪機升速至800 r/min，停止頂軸油泵運行。同樣在機組停運過程中，汽輪機惰走轉(zhuǎn)速降至800 r/min，投入頂軸油泵運行。改造前的頂軸油系統(tǒng)如圖1所示。

3 改造原因

（1）由于機組投用時間較早，汽輪機組原配套的頂軸裝置較為落后，采用管式油路，系統(tǒng)復雜，油泵采用國產(chǎn)柱塞泵，分流器和頂軸裝置分開布置，系統(tǒng)內(nèi)的濾油器、溢流閥、單向閥、節(jié)流閥等均分散布置在系統(tǒng)管路中。近年來隨著零部件老化，機組日常缺陷較多，有些備件已經(jīng)難以采購。（2）原配套的頂軸裝置沒有向發(fā)電機的軸瓦（#5、#6瓦）供油。機組盤車狀態(tài)時發(fā)現(xiàn)，#5、#6瓦瓦溫偏高，在大修期間對#5、#6軸瓦進行檢查，發(fā)現(xiàn)軸瓦烏金有明顯刮磨痕跡，與廠家溝通研究后發(fā)現(xiàn)是由于轉(zhuǎn)子在#5、#6軸瓦抬起的高度不夠。在2008年3月機組大修時，增加了頂軸油向發(fā)電機的軸瓦供油，由于系統(tǒng)供油量不足，頂軸壓力偏低，且油壓不穩(wěn)定，影響軸頸的頂起高度。自2008年后的歷次大修過程中都進行了抬軸試驗，#5、#6瓦的軸頸抬起高度為0.01～0.02 mm，遠低于標準規(guī)定的0.05～0.08 mm。（3）原系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性低。由于系統(tǒng)復雜且分散，布置不合理，油管彎道多，柱塞式油泵間斷脈沖式供油等因素，導致頂軸油管道振動大。此外，針對穩(wěn)定油壓、消除油管振動方面的措施不足，只裝設有一個溢流閥（動作值為13.8 MPa）。經(jīng)過多年運行觀察分析，以#5機為例，A、C兩臺泵同時運行時，A泵的出口管道振動幅值高達0.30 mm，相鄰兩臺油泵運行時，管道振動幅值也達到0.12 mm。所以機組運行中，一般采取B、C泵或者A、B泵運行的方式。在系統(tǒng)運行中，如果油泵出力低、軸封漏油或者振動大而造成頂軸油系統(tǒng)各連接元件接口處松脫而泄漏，就會導致供油量更加不足，頂軸壓力更低。如果溢流閥出現(xiàn)故障，油壓高就失去保護，嚴重時甚至引起表計爆裂。#4、#5機頂軸油泵出口壓力表在停機過程中都曾經(jīng)發(fā)生爆裂，造成了大量潤滑油泄漏，給機組的安全運行造成了嚴重威脅，同時大量的高壓油噴射至地面四周和管道上，也造成了嚴重的安全隱患（該系統(tǒng)附近為高溫高壓管道）與環(huán)境污染。（4）運行可靠性低。為了避免頂軸油含有雜質(zhì)磨損軸頸，進口油管處裝設有一個濾油器，當進口濾油器發(fā)生堵塞、泄漏等故障時，頂軸油系統(tǒng)就不能投入正常運行。#4機組曾經(jīng)在汽輪機惰走過程中發(fā)生進口濾油器泄漏事故，導致頂軸油系統(tǒng)退出運行，盤車不能投入，嚴重威脅轉(zhuǎn)子和軸瓦的運行安全。由于頂軸油系統(tǒng)振動大，一般采取相鄰兩臺泵運行方式，如果B泵有故障退出運行狀態(tài)，系統(tǒng)的運行風險非常高，運行可靠性嚴重不足。（5）設備缺陷多，維修工作量大。由于機組在啟停階段頂軸油系統(tǒng)需要連續(xù)運行，原系統(tǒng)管道振動大及零部件制造質(zhì)量差等原因，導致了柱塞零件磨損、密封件泄漏等問題，因此機組日常維修工作量大，維護成本高。

4 頂軸油系統(tǒng)改造方法

結(jié)合#4、#5汽輪發(fā)電機組頂軸油系統(tǒng)運行情況，根據(jù)筆者多年的經(jīng)驗積累和運行分析，綜合同類型機組（云浮電廠、吳涇電廠）的成功經(jīng)驗，頂軸油系統(tǒng)具體改造方法如下：

（1）由于原油泵的供油量偏低，穩(wěn)定性低，缺陷多，油泵采用與主機EH油泵、小機EH油泵同樣的油泵，即型號為PD060PA的美國PARKER DENISION進口恒壓變量柱塞泵，該泵具有高效率、低發(fā)熱、低噪聲、高壓下連續(xù)運轉(zhuǎn)性能可靠、無外漏、容積效率高等諸多優(yōu)點。同時，在電機和泵之間配置了高精度的連接罩及帶補償功能的柔性聯(lián)軸器，降低了整個油泵電機組的振動和噪聲，保證了系統(tǒng)整體性能的安全、可靠。（2）頂軸油系統(tǒng)采用整體集裝式結(jié)構(gòu)，兩組30 kW的頂軸油泵組安裝在金屬底座上，進油經(jīng)過一臺20 μm的雙筒管路過濾器進入頂軸油泵的吸油口，經(jīng)油泵升壓后，油泵出口壓力為16.0 MPa（油泵出口壓力可以根據(jù)不同的機組要求調(diào)整，最高可達21.0 MPa），壓力油經(jīng)截止閥、單向閥進入分流裝置，最后進入#3、#4、#5、#6軸承，其中#3軸瓦有2路供油，通過調(diào)整節(jié)流裝置中各節(jié)流閥可控制各軸承頂軸油的油量及油壓，使軸頸的頂起高度在合理范圍內(nèi)。泵出口油壓由頂軸油泵的調(diào)壓機構(gòu)和系統(tǒng)溢流閥整定，整個系統(tǒng)為雙路換向工作系統(tǒng)，在正常工作狀態(tài)下，一路工作，另一路處于備用狀態(tài)。（3）增加進油口濾網(wǎng)監(jiān)測裝置，在頂軸油泵的進油口母管上裝有一個壓力開關，當泵入口油壓≤0.03 MPa時，油泵進油口處的壓力開關接通（ON），表示進油口濾網(wǎng)堵塞。進油口濾網(wǎng)改為雙筒管路過濾器。（4）保證頂軸油的清潔度。系統(tǒng)油管及連接元件都使用不銹鋼材質(zhì)，亞弧焊焊接，采用了高精度的吸油雙筒管路過濾器及泵出口過濾器，有效保證了頂軸油的清潔度。（5）穩(wěn)定頂軸油壓。機組使用了美國進口恒壓變量柱塞泵，增加兩套獨立的調(diào)壓機構(gòu)，使用型號為RPGC-LAN的美國進口溢流閥，因此，在系統(tǒng)中有3種穩(wěn)壓和保護調(diào)節(jié)手段，加強了頂軸油系統(tǒng)運行時的油壓穩(wěn)定保障。

5 頂軸油系統(tǒng)改造后效果

（1）頂軸油泵組為一個整體裝置，總重約1.5 t，可以整體吊裝在平臺上，安裝簡單、方便。（2）頂軸油系統(tǒng)采用整體集裝式結(jié)構(gòu)，布置合理。采用模塊式通道，從而降低系統(tǒng)振動風險和系統(tǒng)能量損失;使用新的頂軸油泵，電機和泵之間配置了高精度的連接罩及帶補償功能的柔性聯(lián)軸器，降低了整個油泵電機組的振動。油泵出口流量Q>90 L/min，油泵最大工作壓力為21.0 MPa，可以保證軸瓦的頂起工作壓力達到12～13 MPa，解決了原系統(tǒng)供油量不足、頂軸壓力偏低、頂軸高度不足的問題;增加兩套獨立的調(diào)壓機構(gòu)，更換新的溢流閥，使得頂軸油系統(tǒng)運行時油壓平穩(wěn)。綜合以上各方面因素，新方案徹底消除了頂軸油系統(tǒng)振動大的缺陷，低壓缸軸瓦和發(fā)電機軸瓦上的轉(zhuǎn)子抬高高度也達到了標準。改造后，頂軸油系統(tǒng)的缺陷明顯減少，日常維護工作量大幅降低，提高了系統(tǒng)運行的安全性和穩(wěn)定性。（3）提高了系統(tǒng)運行的可靠性。進油口濾網(wǎng)改為雙筒管路過濾器，可以一只濾筒工作，另一只備用，并且裝設一個監(jiān)測過濾器堵塞情況的壓力開關。兩組頂軸油泵組，一組運行，另一組備用，可以在線轉(zhuǎn)換和單獨檢修。改造后的頂軸油系統(tǒng)如圖2所示。

6 經(jīng)濟效益及社會效益

（1）頂軸油系統(tǒng)是近幾年影響沙角A電廠機組安全運行的重大隱患，這次改造保證了低壓缸軸瓦和發(fā)電機軸瓦上的轉(zhuǎn)子抬高高度，降低了低速碾瓦的風險，提高了沙角A電廠機組的運行安全性。

（2）消除了頂軸油系統(tǒng)振動大的缺陷，保證了頂軸油系統(tǒng)設備、零部件的使用壽命，減小了日常維護工作量。頂軸油泵和主機、小機EH油泵通用，減少了零備件采購費用，節(jié)約了成本。

（3）對同類型機組的頂軸油系統(tǒng)改造提供了借鑒和指導。

7 結(jié)語

本次頂軸油系統(tǒng)改造提高了系統(tǒng)運行的可靠性、安全性和穩(wěn)定性，降低了因頂軸油系統(tǒng)缺陷引起的大軸彎曲、低速碾瓦風險，達到了頂軸油系統(tǒng)改造的預期目標。

[參考文獻]

[1] 沈文玲.300 MW機組頂軸油系統(tǒng)改造[J].上海電力，2005（6）：639-640.

收稿日期：2020-04-28

作者簡介：何建鋒（1972—），男，廣東東莞人，助理工程師，高級技師，研究方向：燃煤火力發(fā)電廠機組經(jīng)濟運行。