超臨界600MW 火電機組頂軸油系統(tǒng)優(yōu)化改造

段國武

（大唐國際發(fā)電股份有限公司浙江分公司，浙江 杭州 310016）

0 引言

汽輪發(fā)電機盤車時，為減少轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動力矩和避免軸瓦的磨損，采用液壓頂軸裝置將高壓油從軸瓦泵入，靠油壓將軸頸頂起，強制形成油膜，承受轉(zhuǎn)子的重量，避免軸頸和軸瓦的干摩擦。由于汽輪機和發(fā)電機每個軸承對應的轉(zhuǎn)子重量，軸頸和寬徑比不同，各軸承壓比不同，需要不同的油壓才能形成基本相同厚度的油膜。頂軸油壓偏低或各軸承壓力分布不均，將會造成盤車失穩(wěn)以及盤車電流擺動，導致支持軸承與轉(zhuǎn)子磨損，嚴重時會由于汽輪機軸瓦損害導致大軸彎曲的重大設備事故。

1 頂軸系統(tǒng)存在的主要問題

目前，我公司600MW 超臨界機組配套的頂軸油泵為630CY14-1B型柱塞泵，機組頂軸油系統(tǒng)油壓波動較大，易引起轉(zhuǎn)子頂起高度變化，系統(tǒng)閥門配套截止閥及濾網(wǎng)等安全可靠性較差，機組啟停過程中危及機組軸瓦安全。另外，原設計的頂軸油控制集塊裝置調(diào)整門采用的是國產(chǎn)普通針型閥，閥門存在門軸漏油，調(diào)整精度差，壓力不穩(wěn)定等問題。主要缺陷詳細介紹如下：

1.1 頂軸壓力不穩(wěn)定，影響軸瓦的頂起高度

原系統(tǒng)設計中未能充分考慮頂軸油壓的穩(wěn)定性，頂起壓力靠定量泵加溢流閥來調(diào)節(jié)，而且液壓泵選型不合理，管路設計不科學。因此，一旦該溢流閥或液壓泵工作失常，就會造成母管油壓不穩(wěn)定，進而直接影響到軸瓦的頂起高度。頂軸油泵的轉(zhuǎn)速低，設計功率小，使頂軸油泵的出口壓力偏低，單臺泵運行時泵出口壓力小于7.0MPa，低于頂軸油系統(tǒng)運行時的最小油壓，轉(zhuǎn)子頂起高度明顯不足，在盤車狀態(tài)下存在碾瓦的風險。因此，在汽輪機盤車時基本都兩臺頂軸油泵運行，將泵出口壓力提高到9.0MPa，方可正常盤車，但頂軸油泵缺少備用，安全性差。

1.2 頂軸壓力重復精度差

要求在頂軸油停車后，下一次啟動時頂軸的油壓與上一次調(diào)定的頂軸的油壓相比不能相差很大，且?guī)茁分返挠蛪簯塥毩⒃O定互不干擾。由于原系統(tǒng)中各個支路一般采用節(jié)流閥或是截止閥，不能保證所需的重復精度，每次啟動頂軸油系統(tǒng)后都需要根據(jù)需要的頂起高度重新設定閥的開度，操作復雜，不便管理，且各支路閥門沒有鎖定功能，容易引起松動和誤操作。

1.3 液壓元件故障多，更換頻率高

由于機組在啟、停階段頂軸油系統(tǒng)長期處于連續(xù)工作，原系統(tǒng)內(nèi)的液壓元件因制造質(zhì)量等原因，故障發(fā)生的頻率較高，比如油泵軸向漏油，有時壓力、流量急驟下降，導致支持軸承與轉(zhuǎn)子磨損的事件時有發(fā)生，設備的維修、更換頻率高。

1.4 頂軸油供油油質(zhì)問題

由于原頂軸油系統(tǒng)的供油裝置未采用油路過濾器，造成管路內(nèi)雜質(zhì)很多，因此軸頸時常被雜質(zhì)磨損，發(fā)電機軸頸磨損更為嚴重，形成深約1mm、寬約10mm～20mm 的溝槽，修復費用昂貴。

1.5 系統(tǒng)管路復雜，泄漏點多

原系統(tǒng)采用兩個分油器加管式油路，連接處多，結(jié)構(gòu)復雜，日常滲漏也較多，致使整個系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性下降。

2 頂軸油系統(tǒng)優(yōu)化

2.1 頂軸油系統(tǒng)油站優(yōu)化

為保證機組的安全、穩(wěn)定、可靠運行，對頂軸油系統(tǒng)進行優(yōu)化改進，將原油泵更換為進口可變量柱塞泵，即可使系統(tǒng)油流量隨需求而變化，整定好的油壓可維持不變。油站增設蓄能器，從而更加保證系統(tǒng)油壓及流量的穩(wěn)定性和可靠性。采用操縱屏式的油路板和板式球閥，操縱省力快速且占平面面積少，將管式連接減至最低限度，漏點少、維護方便。

頂軸油系統(tǒng)采用德國力士樂A10 型恒壓變量泵，泵的入口油通過入口濾網(wǎng)將透平油吸入，高壓油經(jīng)泵單向閥進入高壓油母管，蓄能器與高壓油母管并聯(lián)。頂軸油供油系統(tǒng)的輸出壓力調(diào)定為17±0.2MPa。頂軸油供油系統(tǒng)安全閥整定值20±0.2MPa。油泵啟動后，油泵以全流量約751/min 向系統(tǒng)供油，同時也給蓄能器充油，當泵輸出壓力到達泵內(nèi)調(diào)壓閥調(diào)定壓力時，高壓油推動恒壓泵上的控制閥，控制閥操作泵的變量機構(gòu)，使泵的輸出流量減少，當泵的輸出流量和系統(tǒng)用油流量相等時，泵的變量機構(gòu)維持在某一位置，當系統(tǒng)需要增加或減少用油量時，泵會自動改變輸出流量，維護系統(tǒng)油壓在17MPa。當系統(tǒng)瞬間用油量大于泵輸出流量時蓄能器將參與供油。頂軸油系統(tǒng)出口部分設置了兩個單觸點壓力開關(guān)和一個壓力變送器，一只壓力開關(guān)是系統(tǒng)油壓下降到14MPa 時報警并啟動備用泵，另一只是系統(tǒng)油壓下降到8MPa 時報警并禁開盤車。而選用的一個壓力變送器可將壓力信號送至DCS，以便監(jiān)控系統(tǒng)壓力。

圖1 油站系統(tǒng)布置圖

2.2 頂軸油控制集塊優(yōu)化

使用供油控制集成塊和壓力輸出集成塊將原來雜亂的管路布置進行集成化，連接的主供油回路和備用供油回路的輸出端和安全閥的輸入端。每根出油管上分別設有調(diào)節(jié)閥，它們是系統(tǒng)的核心元件，對輸出壓力油的調(diào)節(jié)品質(zhì)起到關(guān)鍵作用。調(diào)節(jié)閥用于對供油母管輸出的壓力油壓力流量進行獨立調(diào)節(jié)，選用美國“Parker”公司或Vickers 調(diào)節(jié)閥代替原有技術(shù)的節(jié)流閥或截止閥。該調(diào)節(jié)閥具有帶壓力補償?shù)奶攸c，當進油壓力變化時，調(diào)定的流量值會穩(wěn)定在±5%的公差范圍內(nèi)，且調(diào)節(jié)閥的設計已考慮了油液黏度的影響，并帶有手動鎖緊功能，最大程度上避免了松動和誤操作。根據(jù)試驗測試得到數(shù)據(jù)，多次起停后，單個調(diào)節(jié)閥后壓力變化＜0.5MPa；各支路之間的油壓影響＜0.2MPa，重復精度和抗干擾性能夠滿足技術(shù)要求。

圖2 控制集塊圖

3 頂軸油系統(tǒng)優(yōu)化安全性分析

3.1 頂軸油系統(tǒng)油站優(yōu)化后安全性分析

1）采用恒壓變量泵后，頂軸油供油系統(tǒng)工作在調(diào)定的恒定壓力下，流量依據(jù)外負載的變化而變化，改造后只需一臺頂軸油泵就可達到現(xiàn)在兩臺泵的效果，保證有一臺泵在備用，不會出現(xiàn)盤車時頂軸油斷油的現(xiàn)象。

2）主油泵電機組和備用油泵電機組的油泵入口處的磁性過濾器和吸油濾油器是保護油泵和閥類正常工作的重要元件，可以吸附油液中的鐵質(zhì)雜質(zhì)和大量污染物。磁性濾油器內(nèi)有一根永久磁棒，以吸附透平油中的金屬垃圾，它選用黎明公司"ISV"型大流量吸油過濾器和磁性過濾器。當濾芯被污染物堵塞到泵入口真空度為-0.018MPa 時，發(fā)訊器內(nèi)的微動開關(guān)動作，發(fā)出開關(guān)信號指示應清洗或更換濾芯，若不能更換，當真空度達到-0.02MPa 時，旁通閥自動開啟，保護油泵。有效得保護了油泵等液壓元件以及油液經(jīng)過的汽輪機和發(fā)電機軸頸等。

3）主油泵電機組和備用油泵電機組分別由交流電動機及恒壓變量柱塞泵構(gòu)成。恒壓變量柱塞泵能產(chǎn)生高壓大流量液壓油，油泵的特性曲線能保證系統(tǒng)輸出總流量的變化，并能確保供油母管壓力波動范圍維持在一定數(shù)值(1MPa)內(nèi)。交流電動機選用著名ABB 公司的QA 系列三相異步電動機，既提高了頂軸性能和使用壽命及安全性，又減少了系統(tǒng)能量損失，降低了備品配件的費用。

4）油站增設兩個蓄能器，從而增加了系統(tǒng)油壓及流量的穩(wěn)定性和可靠性。二個高壓蓄能器用來吸收脈動壓力，在系統(tǒng)正常運行或切換油泵時，很大程度上減小了壓力波動。此蓄能器通過一個蓄能器塊與油系統(tǒng)相連，每個蓄能器的通路上有二個截止閥，此兩閥組合使用，能將蓄能器與系統(tǒng)隔絕并放掉蓄能器中的高壓油，以進行試驗與在線維修。

3.2 頂軸油系統(tǒng)控制集塊優(yōu)化后安全性分析

頂軸油系統(tǒng)控制塊采用集中布置，結(jié)構(gòu)緊湊。而且控制精度高、各軸瓦間的壓力波動干擾小、漏點少、堅固耐用、調(diào)試方便，減輕了操作人員的工作強度。在系統(tǒng)的壓力油輸出口使用了進口的調(diào)節(jié)閥，在系統(tǒng)運行時，它可以按照系統(tǒng)的壓力要求，可以比較準確的調(diào)節(jié)流量，壓力調(diào)節(jié)平穩(wěn)，互相干擾小，當完全關(guān)閉時，它又是一個截止閥。

4 結(jié)論

頂軸油系統(tǒng)油壓波動，易引起轉(zhuǎn)子頂起高度變化，機組啟停過程中危及機組軸瓦安全。另外原設計頂軸油控制集裝置分散式布置，管路接頭多易發(fā)生滲油現(xiàn)象，調(diào)整門為國產(chǎn)普通針型閥，閥門存在門軸漏油，調(diào)整精度差，壓不穩(wěn)定等問題。頂軸油系統(tǒng)經(jīng)優(yōu)化改造，采用恒壓變量柱塞泵，并且油站增設蓄能器，從而保證系統(tǒng)油壓及流量的穩(wěn)定性和可靠性。頂軸油系統(tǒng)控制塊采用集中布置、結(jié)構(gòu)緊湊，控制精度高，各軸瓦間的壓力波動干擾小。

［1］沈文玲.300MW 機組頂軸油系統(tǒng)改造[J].上海電力，2005，06:639-640.

［2］萬家昭.汽輪發(fā)電機組頂軸油系統(tǒng)改進的探討[J].江西電力，2006，02：47-49.