浅谈沙角A电厂#4、#5机组顶轴油系统改造

摘要：沙角A电厂#4、#5汽轮发电机组自投运多年以来，机组在盘车状态时转子抬起高度不足，顶轴油系统振动大，对机组的安全运行造成重大隐患，为此对整个顶轴油系统改造前存在问题进行了分析，重点介绍了顶轴油系统改造的具体方法。汽輪机组通过顶轴油系统改造，达到了预期效果，保证了机组的安全运行。

关键词：顶轴油系统;振动;转子抬起高度;改造方法

0 引言

沙角A电厂#4、#5汽轮发电机组是上海汽轮机厂生产的N330-16.7/538/538型汽轮机，为亚临界、中间一次再热、单轴双缸双排汽、高中压合缸、凝汽式、给水泵汽轮机，机组排汽到主机冷凝器。

1 汽轮发电机组盘车装置及顶轴油系统作用

汽轮机启动前和停机后，为消除转子的弹性热弯曲，避免动静部分摩擦，使用外力连续转动的转子称为盘车装置，停机后的盘车有助于消除温度较高的轴颈对轴瓦的损伤，还能减小汽缸等部件的温差。

为了减小盘车电机的启动力矩，防止低速和盘车状态时转子-叶片系统受到“蠕动”激振，一般都使用顶轴油系统将高压油由轴瓦的底部送入，形成油膜，依靠油静压将转子强制顶起，以防止轴颈和轴瓦干摩擦，损伤轴瓦乌金，同时对转子和轴承起到保护作用;在汽轮发电机组低转速过程中，还可防止发生低速碾瓦现象。在大容量汽轮发电机组中，因为转子比较重，轴颈比较粗，一般都使用低速盘车装置和顶轴油系统。

2 沙角A电厂#4、#5汽轮发电机组顶轴油系统改造前概况

2.1    沙角A电厂顶轴油系统配置

顶轴油由主机润滑油泵提供，系统采用母管制运行方式布置，配备3台顶轴油泵，即型号为SCY14-1B的轴向柱塞泵，运行方式为两台工作，一台备用;进口油管处设一个压力开关，一个滤油器，当进口油压低于0.021 MPa时，闭锁启动顶轴油泵。油泵出口设有压力开关、压力表、滤油器、截止阀、单向阀、溢流阀等部件，油泵出口输出油压为7.9～11.8 MPa，溢流阀动作值为13.8 MPa。

2.2    顶轴油系统的使用

在机组启动过程中，主机润滑油系统运行正常，启动两台顶轴油泵，顶轴油自母管出来后，分别向汽轮机低压缸轴瓦（#3、#4瓦）供油，将转子抬起（规定轴颈顶高0.05～0.08 mm），顶轴油压>4.13 MPa，投入主机连续盘车。汽轮机升速至800 r/min，停止顶轴油泵运行。同样在机组停运过程中，汽轮机惰走转速降至800 r/min，投入顶轴油泵运行。改造前的顶轴油系统如图1所示。

3 改造原因

（1）由于机组投用时间较早，汽轮机组原配套的顶轴装置较为落后，采用管式油路，系统复杂，油泵采用国产柱塞泵，分流器和顶轴装置分开布置，系统内的滤油器、溢流阀、单向阀、节流阀等均分散布置在系统管路中。近年来随着零部件老化，机组日常缺陷较多，有些备件已经难以采购。（2）原配套的顶轴装置没有向发电机的轴瓦（#5、#6瓦）供油。机组盘车状态时发现，#5、#6瓦瓦温偏高，在大修期间对#5、#6轴瓦进行检查，发现轴瓦乌金有明显刮磨痕迹，与厂家沟通研究后发现是由于转子在#5、#6轴瓦抬起的高度不够。在2008年3月机组大修时，增加了顶轴油向发电机的轴瓦供油，由于系统供油量不足，顶轴压力偏低，且油压不稳定，影响轴颈的顶起高度。自2008年后的历次大修过程中都进行了抬轴试验，#5、#6瓦的轴颈抬起高度为0.01～0.02 mm，远低于标准规定的0.05～0.08 mm。（3）原系统的安全性和稳定性低。由于系统复杂且分散，布置不合理，油管弯道多，柱塞式油泵间断脉冲式供油等因素，导致顶轴油管道振动大。此外，针对稳定油压、消除油管振动方面的措施不足，只装设有一个溢流阀（动作值为13.8 MPa）。经过多年运行观察分析，以#5机为例，A、C两台泵同时运行时，A泵的出口管道振动幅值高达0.30 mm，相邻两台油泵运行时，管道振动幅值也达到0.12 mm。所以机组运行中，一般采取B、C泵或者A、B泵运行的方式。在系统运行中，如果油泵出力低、轴封漏油或者振动大而造成顶轴油系统各连接元件接口处松脱而泄漏，就会导致供油量更加不足，顶轴压力更低。如果溢流阀出现故障，油压高就失去保护，严重时甚至引起表计爆裂。#4、#5机顶轴油泵出口压力表在停机过程中都曾经发生爆裂，造成了大量润滑油泄漏，给机组的安全运行造成了严重威胁，同时大量的高压油喷射至地面四周和管道上，也造成了严重的安全隐患（该系统附近为高温高压管道）与环境污染。（4）运行可靠性低。为了避免顶轴油含有杂质磨损轴颈，进口油管处装设有一个滤油器，当进口滤油器发生堵塞、泄漏等故障时，顶轴油系统就不能投入正常运行。#4机组曾经在汽轮机惰走过程中发生进口滤油器泄漏事故，导致顶轴油系统退出运行，盘车不能投入，严重威胁转子和轴瓦的运行安全。由于顶轴油系统振动大，一般采取相邻两台泵运行方式，如果B泵有故障退出运行状态，系统的运行风险非常高，运行可靠性严重不足。（5）设备缺陷多，维修工作量大。由于机组在启停阶段顶轴油系统需要连续运行，原系统管道振动大及零部件制造质量差等原因，导致了柱塞零件磨损、密封件泄漏等问题，因此机组日常维修工作量大，维护成本高。

4 顶轴油系统改造方法

结合#4、#5汽轮发电机组顶轴油系统运行情况，根据笔者多年的经验积累和运行分析，综合同类型机组（云浮电厂、吴泾电厂）的成功经验，顶轴油系统具体改造方法如下：

（1）由于原油泵的供油量偏低，稳定性低，缺陷多，油泵采用与主机EH油泵、小机EH油泵同样的油泵，即型号为PD060PA的美国PARKER DENISION进口恒压变量柱塞泵，该泵具有高效率、低发热、低噪声、高压下连续运转性能可靠、无外漏、容积效率高等诸多优点。同时，在电机和泵之间配置了高精度的连接罩及带补偿功能的柔性联轴器，降低了整个油泵电机组的振动和噪声，保证了系统整体性能的安全、可靠。（2）顶轴油系统采用整体集装式结构，两组30 kW的顶轴油泵组安装在金属底座上，进油经过一台20 μm的双筒管路过滤器进入顶轴油泵的吸油口，经油泵升压后，油泵出口压力为16.0 MPa（油泵出口压力可以根据不同的机组要求调整，最高可达21.0 MPa），压力油经截止阀、单向阀进入分流装置，最后进入#3、#4、#5、#6轴承，其中#3轴瓦有2路供油，通过调整节流装置中各节流阀可控制各轴承顶轴油的油量及油压，使轴颈的顶起高度在合理范围内。泵出口油压由顶轴油泵的调压机构和系统溢流阀整定，整个系统为双路换向工作系统，在正常工作状态下，一路工作，另一路处于备用状态。（3）增加进油口滤网监测装置，在顶轴油泵的进油口母管上装有一个压力开关，当泵入口油压≤0.03 MPa时，油泵进油口处的压力开关接通（ON），表示进油口滤网堵塞。进油口滤网改为双筒管路过滤器。（4）保证顶轴油的清洁度。系统油管及连接元件都使用不锈钢材质，亚弧焊焊接，采用了高精度的吸油双筒管路过滤器及泵出口过滤器，有效保证了顶轴油的清洁度。（5）稳定顶轴油压。机组使用了美国进口恒压变量柱塞泵，增加两套独立的调压机构，使用型号为RPGC-LAN的美国进口溢流阀，因此，在系统中有3种稳压和保护调节手段，加强了顶轴油系统运行时的油压稳定保障。

5 顶轴油系统改造后效果

（1）顶轴油泵组为一个整体装置，总重约1.5 t，可以整體吊装在平台上，安装简单、方便。（2）顶轴油系统采用整体集装式结构，布置合理。采用模块式通道，从而降低系统振动风险和系统能量损失;使用新的顶轴油泵，电机和泵之间配置了高精度的连接罩及带补偿功能的柔性联轴器，降低了整个油泵电机组的振动。油泵出口流量Q>90 L/min，油泵最大工作压力为21.0 MPa，可以保证轴瓦的顶起工作压力达到12～13 MPa，解决了原系统供油量不足、顶轴压力偏低、顶轴高度不足的问题;增加两套独立的调压机构，更换新的溢流阀，使得顶轴油系统运行时油压平稳。综合以上各方面因素，新方案彻底消除了顶轴油系统振动大的缺陷，低压缸轴瓦和发电机轴瓦上的转子抬高高度也达到了标准。改造后，顶轴油系统的缺陷明显减少，日常维护工作量大幅降低，提高了系统运行的安全性和稳定性。（3）提高了系统运行的可靠性。进油口滤网改为双筒管路过滤器，可以一只滤筒工作，另一只备用，并且装设一个监测过滤器堵塞情况的压力开关。两组顶轴油泵组，一组运行，另一组备用，可以在线转换和单独检修。改造后的顶轴油系统如图2所示。

6 经济效益及社会效益

（1）顶轴油系统是近几年影响沙角A电厂机组安全运行的重大隐患，这次改造保证了低压缸轴瓦和发电机轴瓦上的转子抬高高度，降低了低速碾瓦的风险，提高了沙角A电厂机组的运行安全性。

（2）消除了顶轴油系统振动大的缺陷，保证了顶轴油系统设备、零部件的使用寿命，减小了日常维护工作量。顶轴油泵和主机、小机EH油泵通用，减少了零备件采购费用，节约了成本。

（3）对同类型机组的顶轴油系统改造提供了借鉴和指导。

7 结语

本次顶轴油系统改造提高了系统运行的可靠性、安全性和稳定性，降低了因顶轴油系统缺陷引起的大轴弯曲、低速碾瓦风险，达到了顶轴油系统改造的预期目标。

[参考文献]

[1] 沈文玲.300 MW机组顶轴油系统改造[J].上海电力，2005（6）：639-640.

收稿日期：2020-04-28

作者简介：何建锋（1972—），男，广东东莞人，助理工程师，高级技师，研究方向：燃煤火力发电厂机组经济运行。