汽輪機頂軸油系統(tǒng)振動分析及處理

摘要：汽輪機頂軸油系統(tǒng)是汽輪機組的一個重要系統(tǒng)，在汽輪發(fā)電機組盤車、啟動、停機過程中起到頂起轉(zhuǎn)子的作用。汽輪機頂軸油系統(tǒng)的特點是頂軸油壓力高、流量少，管道容易發(fā)生振動，當頂軸油系統(tǒng)發(fā)生管道振動時的破壞性較強?，F(xiàn)主要闡述了某公司汽輪機頂軸油系統(tǒng)發(fā)生振動的危害、原因，并提出了相應(yīng)的處理方法。

關(guān)鍵詞：頂軸油系統(tǒng);振動;危害;處理方法

0 引言

某公司汽輪機頂軸油系統(tǒng)采用開式供油方式，補給油引自汽輪機潤滑油系統(tǒng)，頂軸油回油排入軸承箱。補油壓力與潤滑油壓力相同，當潤滑油泵啟動正常后，頂軸油系統(tǒng)方可投入運行。本系統(tǒng)配備有3臺活塞式頂軸油泵，由德國Bosch Rexroth公司制造，其中2臺型號為28 DFR1/31R-PPA12N00（A、B泵），額定壓力為28 000 kPa，流量為28 mL/s;1臺型號為9DFR1/32R-VPB22U9925183（C泵），額定壓力為28 000/35 000 kPa，流量為79 mL/s。本系統(tǒng)允許最大工作壓力為20.6 MPa，正常運行母管壓力為15～18 MPa。為防止頂軸油泵損壞，本系統(tǒng)不允許超壓運行。3臺頂軸油柱塞泵壓力調(diào)整為18 MPa，均設(shè)有再循環(huán)管道。頂軸油系統(tǒng)還有一套頂軸油分配器，分配器由1個先導(dǎo)式減壓溢流閥、1個手動溢流閥、2路進油管和7路出油管構(gòu)成，7路出油管向汽輪機7個軸承供油。汽輪機頂軸油系統(tǒng)流程圖如圖1所示。

1 頂軸油系統(tǒng)管道發(fā)生振動的過程

該汽輪機組在廠用電保安段切換試驗過程中，C頂軸油泵跳閘，C頂軸油泵跳閘前電流為33.3 A，頂軸油母管壓力為15.4 MPa，A頂軸油泵聯(lián)啟成功，頂軸油母管壓力最低降至13.3 MPa，盤車跳閘，A頂軸油泵運行時電流為23.5 A，A頂軸油母管壓力為15.1 MPa。

為了增加#5機組保安段負荷，此時啟動C頂油泵運行，C頂軸油泵啟動運行后電流為51.6 A，A頂軸油泵電流下降至16.4 A，頂軸油母管壓力為15.1 MPa，此時頂軸油管道開始振動并伴有較大的噪聲，頂軸油母管壓力和各分支軸承頂軸油壓有輕微波動。在200 MW機組廠用電保安段切換試驗時，交流潤滑油泵、盤車、A/C頂軸油泵相繼跳閘。

為了繼續(xù)完成200 MW機組廠用電保安段切換試驗，再次啟動交流潤滑油泵、A頂軸油泵、C頂軸油泵，繼續(xù)進行保安段帶負荷試驗，此時A頂軸油泵電流為19 A，C頂軸油泵電流為51.1 A，頂軸油母管壓力為14.9 MPa，潤滑油壓力和頂軸油系統(tǒng)運行正常后啟動機組盤車運行，盤車電流為39 A，頂軸油管道振動激烈并伴有較大的噪聲，頂軸油母管壓力和各分支軸承頂軸油壓有較大的波動。為了消除頂軸油管道振動情況，將A頂軸油泵停止運行，頂軸油母管壓力為14.8 MPa，C頂軸油泵電流為50.1 A，頂軸油管道的振動和噪聲問題都沒有得到明顯改善，此后啟停C頂軸油泵4次，頂軸油管道振動和噪聲都較大，當時發(fā)現(xiàn)頂軸油泵再循環(huán)管道的堅固件已脫落，管道振動明顯。頂軸油泵再循環(huán)管道同主機冷油器前油壓表距離較近，造成主機冷油器前油壓表脫落，因發(fā)現(xiàn)及時沒有造成較大的漏油事故。當時機組高壓內(nèi)缸壁溫為200 ℃，因此決定停止盤車，處理頂軸油管道振動問題，改為每半小時手動盤車180°。

2 頂軸油系統(tǒng)管道發(fā)生振動的危害

（1）頂軸油管道振動會對頂軸油系統(tǒng)和相鄰系統(tǒng)的管道造成金屬疲勞現(xiàn)象，嚴重時會造成管道的焊縫以及管道彎頭處破裂漏油。若在機組正常運行中發(fā)生頂軸油管道破裂漏油現(xiàn)象，嚴重時會造成軸瓦燒損事故。

（2）頂軸油管道振動嚴重時引起保護誤動作，甚至損壞設(shè)備，也會影響精密儀器和儀表的正常運行，影響儀表刻度閱讀的準確性和閱讀速度，甚至無法讀數(shù)，如果振動過大，會直接影響儀表的使用壽命，也會造成相鄰精密儀器的損壞。

（3）頂軸油管道振動會干擾人體的視覺，降低人員工作效率，進而造成人體疲勞，容易對值班人員的身體造成較大傷害。若振動強烈，也會對周圍建筑物的建筑結(jié)構(gòu)造成損害。

（4）頂軸油管道振動嚴重時，會造成頂軸油管道的堅固件松動和脫落，更加容易引起管道振動。

3 頂軸油系統(tǒng)管道振動的原因分析

從圖1的頂軸油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析，引起頂軸油管道產(chǎn)生振動和噪聲的原因主要有以下幾點：

（1）頂軸油系統(tǒng)管道支架引起頂軸油系統(tǒng)管道振動：1）支吊架長期受外力作用產(chǎn)生疲勞損壞;2）頂軸油管道自身振動，造成管道支架松動或堅固件松動脫落;3）頂軸油管道支架數(shù)量不夠，沒有起到固定作用。

（2）頂軸油管道的再循環(huán)管道、頂軸油分配器溢流閥后管道積存空氣，引起頂軸油管道振動。

（3）頂軸油分配器溢流閥振動，造成頂軸油分配器溢流閥振動的原因有：

1）先導(dǎo)式溢流閥的先導(dǎo)錐閥表面硬度不夠，使用過程中產(chǎn)生較大磨損，其與閥座的配合被破壞，引起先導(dǎo)閥流量增加，導(dǎo)致控制壓力波動，產(chǎn)生振動和噪聲。

2）先導(dǎo)式溢流閥調(diào)壓彈簧設(shè)計太軟或使用時間長，造成彈簧緊力減少，當溢流閥動作時，滾動力的變化引起彈簧自振，從而引起溢流閥共振和噪聲。

3）溢流閥閥芯和閥孔配合過緊，使溢流閥移動緩慢，即動作遲緩性大，溢流閥工作時壓力波動大，造成溢流閥產(chǎn)生振動和噪聲。若閥芯和閥孔配合過松，閥芯和閥孔間隙過大泄漏嚴重，造成液體動力、壓力變化大，產(chǎn)生振動和噪聲。

4）溢流閥配置較小，溢流閥工作時開度太大，造成溢流閥的流量特性曲線運行在非線性區(qū)域，致使溢流閥工作壓力波動大，引起溢流閥產(chǎn)生振動和噪聲。

（4）頂軸油泵再循環(huán)管道積存空氣，當再循環(huán)管道有油流動時，會使頂軸油泵再循環(huán)管道產(chǎn)生振動和噪聲。

（5）頂軸油泵內(nèi)壓力調(diào)節(jié)裝置的彈簧失效、針形閥磨損等，引起頂軸油泵工作壓力波動，致使頂軸油泵產(chǎn)生振動和噪聲。

根據(jù)上述A頂軸油泵和C頂軸油泵的電流和頂軸油母管壓力等的變化進行判斷，在A頂軸油泵和C頂軸油泵并列運行前，C頂軸油泵單泵運行時的電流為32 A左右，頂軸油母管壓力為15.4 MPa左右，但在A、C泵并列運行時后，A頂軸油泵電流升至18.2 A左右，C頂軸油泵電流升至50 A左右，頂軸油母管壓力緩慢降至14.3 MPa左右，從此現(xiàn)象分析，頂軸油母管的溢流閥在A、C泵并列運行時已開始動作（C頂軸油泵電流由32 A升至50 A左右，表明C泵的流量比單泵運行時增大了），當頂軸油母管溢流閥開度增大，C頂軸油泵容量是A頂軸油泵的2倍多，因此當A、C泵并列運行時，造成溢流閥流量增大，頂軸油母管溢流閥頻繁啟閉，使溢流閥管道內(nèi)的液體流動速度變化，產(chǎn)生溢流閥液擊現(xiàn)象，從而導(dǎo)致溢流閥發(fā)生共振現(xiàn)象，使頂軸油系統(tǒng)其他連接管道也發(fā)生共振現(xiàn)象，且噪聲較大。

頂軸油系統(tǒng)溢流閥產(chǎn)生液擊現(xiàn)象的原因主要是#5機組溢流閥配套設(shè)計不合理，因為當初頂軸油系統(tǒng)配備2臺頂軸油泵，后來由于主機軸承磨損，頂軸油泵出力不足，再配備了1臺出力大的頂軸油泵，原設(shè)計的溢流閥是針對原小流量的頂軸油泵，頂軸油系統(tǒng)有2種不同出力的頂軸油泵，為了能使大流量頂軸油泵和小流量頂軸油泵都能正常運行，調(diào)整頂軸油流溢閥時兼顧了2種泵的特性，使大小頂軸油泵單獨運行時都能保持頂軸油母管壓力穩(wěn)定，但當A、C泵并列運行時，頂軸油系統(tǒng)流量增大，為了保證頂軸油系統(tǒng)母管壓力穩(wěn)定，溢流閥的開度會比原來單泵運行時的開度大，溢流閥的彈簧壓縮量也增大，回彈力也增大，另由于溢流閥開度大，其流量特性曲線也不在線性范圍內(nèi)，因此，極容易因溢流閥頻繁開關(guān)，使溢流閥管道內(nèi)的液體流動速度變化而產(chǎn)生溢流閥的液擊現(xiàn)象，最終引起溢流閥體共振，造成整個頂軸油系統(tǒng)管道振動。

另根據(jù)上述現(xiàn)象，溢流閥的彈簧力有減弱現(xiàn)象，回彈力道不足，是造成頂軸油母管壓力偏低的原因，也是導(dǎo)致頂軸油分配器溢流閥產(chǎn)生振動和噪聲的主要原因。

4 頂軸油管道振動和噪聲的處理方法

根據(jù)上述分析，檢修人員對頂軸油分配器溢流閥進行解體檢修，并更換了溢流閥的彈簧，對頂軸油泵再循環(huán)管道沿程的堅固件進行了修復(fù)。

在頂軸油系統(tǒng)檢修后的試驗中，首先啟動最大流量的C頂軸油泵運行，電流為33.3 A，頂軸油母管壓力為15.5 MPa，頂軸油管道未發(fā)生異常的振動及噪聲現(xiàn)象，接著相繼單獨啟動A、B頂軸油泵運行，A、B泵電流為17.8 A、18.1 A，頂軸油母管壓力為15.4 MPa、15.4 MPa，均未見振動及噪聲現(xiàn)象的發(fā)生。當A、C（或B、C）頂軸油泵并聯(lián)運行時，頂軸油管道振動，頂軸油母管壓力波動，但噪聲明顯減少。

從試驗結(jié)果可見，當一大一小的頂軸油泵并聯(lián)運行時會發(fā)生振動，這應(yīng)該是上述分析中的頂軸油分配器的溢流閥選型較小，當系統(tǒng)出力大（流量大），溢流閥工作的開度大時，其閥門的特性曲線不在線性范圍內(nèi)造成的。因此，要徹底解決該問題，需更換頂軸油的溢流閥，在未解決該問題前應(yīng)嚴禁A、C或B、C頂軸油泵并列運行，并盡量避免A、B頂軸油泵并列運行。

5 結(jié)語

本文通過對某公司汽輪機頂軸油系統(tǒng)管道振動的原因進行分析，重點處理了可能引起頂軸油系統(tǒng)管道振動的設(shè)備缺陷，對系統(tǒng)設(shè)備的運行方式進行了優(yōu)化，頂軸油系統(tǒng)投入運行后沒有再發(fā)生管道振動現(xiàn)象，提高了該機組頂軸油系統(tǒng)設(shè)備運行的安全性和穩(wěn)定性。

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收稿日期：2020-07-07

作者簡介：鄭文杰（1992—），男，廣東陽江人，助理工程師，研究方向：電廠集控運行。