汽轮机顶轴油系统振动分析及处理

摘要：汽轮机顶轴油系统是汽轮机组的一个重要系统，在汽轮发电机组盘车、啟动、停机过程中起到顶起转子的作用。汽轮机顶轴油系统的特点是顶轴油压力高、流量少，管道容易发生振动，当顶轴油系统发生管道振动时的破坏性较强。现主要阐述了某公司汽轮机顶轴油系统发生振动的危害、原因，并提出了相应的处理方法。

关键词：顶轴油系统;振动;危害;处理方法

0 引言

某公司汽轮机顶轴油系统采用开式供油方式，补给油引自汽轮机润滑油系统，顶轴油回油排入轴承箱。补油压力与润滑油压力相同，当润滑油泵启动正常后，顶轴油系统方可投入运行。本系统配备有3台活塞式顶轴油泵，由德国Bosch Rexroth公司制造，其中2台型号为28 DFR1/31R-PPA12N00（A、B泵），额定压力为28 000 kPa，流量为28 mL/s;1台型号为9DFR1/32R-VPB22U9925183（C泵），额定压力为28 000/35 000 kPa，流量为79 mL/s。本系统允许最大工作压力为20.6 MPa，正常运行母管压力为15～18 MPa。为防止顶轴油泵损坏，本系统不允许超压运行。3台顶轴油柱塞泵压力调整为18 MPa，均设有再循环管道。顶轴油系统还有一套顶轴油分配器，分配器由1个先导式减压溢流阀、1个手动溢流阀、2路进油管和7路出油管构成，7路出油管向汽轮机7个轴承供油。汽轮机顶轴油系统流程图如图1所示。

1 顶轴油系统管道发生振动的过程

该汽轮机组在厂用电保安段切换试验过程中，C顶轴油泵跳闸，C顶轴油泵跳闸前电流为33.3 A，顶轴油母管压力为15.4 MPa，A顶轴油泵联启成功，顶轴油母管压力最低降至13.3 MPa，盘车跳闸，A顶轴油泵运行时电流为23.5 A，A顶轴油母管压力为15.1 MPa。

为了增加#5机组保安段负荷，此时启动C顶油泵运行，C顶轴油泵启动运行后电流为51.6 A，A顶轴油泵电流下降至16.4 A，顶轴油母管压力为15.1 MPa，此时顶轴油管道开始振动并伴有较大的噪声，顶轴油母管压力和各分支轴承顶轴油压有轻微波动。在200 MW机组厂用电保安段切换试验时，交流润滑油泵、盘车、A/C顶轴油泵相继跳闸。

为了继续完成200 MW机组厂用电保安段切换试验，再次启动交流润滑油泵、A顶轴油泵、C顶轴油泵，继续进行保安段带负荷试验，此时A顶轴油泵电流为19 A，C顶轴油泵电流为51.1 A，顶轴油母管压力为14.9 MPa，润滑油压力和顶轴油系统运行正常后启动机组盘车运行，盘车电流为39 A，顶轴油管道振动激烈并伴有较大的噪声，顶轴油母管压力和各分支轴承顶轴油压有较大的波动。为了消除顶轴油管道振动情况，将A顶轴油泵停止运行，顶轴油母管压力为14.8 MPa，C顶轴油泵电流为50.1 A，顶轴油管道的振动和噪声问题都没有得到明显改善，此后启停C顶轴油泵4次，顶轴油管道振动和噪声都较大，当时发现顶轴油泵再循环管道的坚固件已脱落，管道振动明显。顶轴油泵再循环管道同主机冷油器前油压表距离较近，造成主机冷油器前油压表脱落，因发现及时没有造成较大的漏油事故。当时机组高压内缸壁温为200 ℃，因此决定停止盘车，处理顶轴油管道振动问题，改为每半小时手动盘车180°。

2 顶轴油系统管道发生振动的危害

（1）顶轴油管道振动会对顶轴油系统和相邻系统的管道造成金属疲劳现象，严重时会造成管道的焊缝以及管道弯头处破裂漏油。若在机组正常运行中发生顶轴油管道破裂漏油现象，严重时会造成轴瓦烧损事故。

（2）顶轴油管道振动严重时引起保护误动作，甚至损坏设备，也会影响精密仪器和仪表的正常运行，影响仪表刻度阅读的准确性和阅读速度，甚至无法读数，如果振动过大，会直接影响仪表的使用寿命，也会造成相邻精密仪器的损坏。

（3）顶轴油管道振动会干扰人体的视觉，降低人员工作效率，进而造成人体疲劳，容易对值班人员的身体造成较大伤害。若振动强烈，也会对周围建筑物的建筑结构造成损害。

（4）顶轴油管道振动严重时，会造成顶轴油管道的坚固件松动和脱落，更加容易引起管道振动。

3 顶轴油系统管道振动的原因分析

从图1的顶轴油系统结构分析，引起顶轴油管道产生振动和噪声的原因主要有以下几点：

（1）顶轴油系统管道支架引起顶轴油系统管道振动：1）支吊架长期受外力作用产生疲劳损坏;2）顶轴油管道自身振动，造成管道支架松动或坚固件松动脱落;3）顶轴油管道支架数量不够，没有起到固定作用。

（2）顶轴油管道的再循环管道、顶轴油分配器溢流阀后管道积存空气，引起顶轴油管道振动。

（3）顶轴油分配器溢流阀振动，造成顶轴油分配器溢流阀振动的原因有：

1）先导式溢流阀的先导锥阀表面硬度不够，使用过程中产生较大磨损，其与阀座的配合被破坏，引起先导阀流量增加，导致控制压力波动，产生振动和噪声。

2）先导式溢流阀调压弹簧设计太软或使用时间长，造成弹簧紧力减少，当溢流阀动作时，滚动力的变化引起弹簧自振，从而引起溢流阀共振和噪声。

3）溢流阀阀芯和阀孔配合过紧，使溢流阀移动缓慢，即动作迟缓性大，溢流阀工作时压力波动大，造成溢流阀产生振动和噪声。若阀芯和阀孔配合过松，阀芯和阀孔间隙过大泄漏严重，造成液体动力、压力变化大，产生振动和噪声。

4）溢流阀配置较小，溢流阀工作时开度太大，造成溢流阀的流量特性曲线运行在非线性区域，致使溢流阀工作压力波动大，引起溢流阀产生振动和噪声。

（4）顶轴油泵再循环管道积存空气，当再循环管道有油流动时，会使顶轴油泵再循环管道产生振动和噪声。

（5）顶轴油泵内压力调节装置的弹簧失效、针形阀磨损等，引起顶轴油泵工作压力波动，致使顶轴油泵产生振动和噪声。

根据上述A顶轴油泵和C顶轴油泵的电流和顶轴油母管壓力等的变化进行判断，在A顶轴油泵和C顶轴油泵并列运行前，C顶轴油泵单泵运行时的电流为32 A左右，顶轴油母管压力为15.4 MPa左右，但在A、C泵并列运行时后，A顶轴油泵电流升至18.2 A左右，C顶轴油泵电流升至50 A左右，顶轴油母管压力缓慢降至14.3 MPa左右，从此现象分析，顶轴油母管的溢流阀在A、C泵并列运行时已开始动作（C顶轴油泵电流由32 A升至50 A左右，表明C泵的流量比单泵运行时增大了），当顶轴油母管溢流阀开度增大，C顶轴油泵容量是A顶轴油泵的2倍多，因此当A、C泵并列运行时，造成溢流阀流量增大，顶轴油母管溢流阀频繁启闭，使溢流阀管道内的液体流动速度变化，产生溢流阀液击现象，从而导致溢流阀发生共振现象，使顶轴油系统其他连接管道也发生共振现象，且噪声较大。

顶轴油系统溢流阀产生液击现象的原因主要是#5机组溢流阀配套设计不合理，因为当初顶轴油系统配备2台顶轴油泵，后来由于主机轴承磨损，顶轴油泵出力不足，再配备了1台出力大的顶轴油泵，原设计的溢流阀是针对原小流量的顶轴油泵，顶轴油系统有2种不同出力的顶轴油泵，为了能使大流量顶轴油泵和小流量顶轴油泵都能正常运行，调整顶轴油流溢阀时兼顾了2种泵的特性，使大小顶轴油泵单独运行时都能保持顶轴油母管压力稳定，但当A、C泵并列运行时，顶轴油系统流量增大，为了保证顶轴油系统母管压力稳定，溢流阀的开度会比原来单泵运行时的开度大，溢流阀的弹簧压缩量也增大，回弹力也增大，另由于溢流阀开度大，其流量特性曲线也不在线性范围内，因此，极容易因溢流阀频繁开关，使溢流阀管道内的液体流动速度变化而产生溢流阀的液击现象，最终引起溢流阀体共振，造成整个顶轴油系统管道振动。

另根据上述现象，溢流阀的弹簧力有减弱现象，回弹力道不足，是造成顶轴油母管压力偏低的原因，也是导致顶轴油分配器溢流阀产生振动和噪声的主要原因。

4 顶轴油管道振动和噪声的处理方法

根据上述分析，检修人员对顶轴油分配器溢流阀进行解体检修，并更换了溢流阀的弹簧，对顶轴油泵再循环管道沿程的坚固件进行了修复。

在顶轴油系统检修后的试验中，首先启动最大流量的C顶轴油泵运行，电流为33.3 A，顶轴油母管压力为15.5 MPa，顶轴油管道未发生异常的振动及噪声现象，接着相继单独启动A、B顶轴油泵运行，A、B泵电流为17.8 A、18.1 A，顶轴油母管压力为15.4 MPa、15.4 MPa，均未见振动及噪声现象的发生。当A、C（或B、C）顶轴油泵并联运行时，顶轴油管道振动，顶轴油母管压力波动，但噪声明显减少。

从试验结果可见，当一大一小的顶轴油泵并联运行时会发生振动，这应该是上述分析中的顶轴油分配器的溢流阀选型较小，当系统出力大（流量大），溢流阀工作的开度大时，其阀门的特性曲线不在线性范围内造成的。因此，要彻底解决该问题，需更换顶轴油的溢流阀，在未解决该问题前应严禁A、C或B、C顶轴油泵并列运行，并尽量避免A、B顶轴油泵并列运行。

5 结语

本文通过对某公司汽轮机顶轴油系统管道振动的原因进行分析，重点处理了可能引起顶轴油系统管道振动的设备缺陷，对系统设备的运行方式进行了优化，顶轴油系统投入运行后没有再发生管道振动现象，提高了该机组顶轴油系统设备运行的安全性和稳定性。

[参考文献]

[1] 王广怀.液压技术应用[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2001.

[2] 李壮云.液压元件与系统[M].北京：机械工业出版社，2005.

[3] 林卫武.汽轮机顶轴油系统异常分析及处理[J].设备管理与维修，2014（4）：71-72.

[4] 谢尉扬.汽轮机顶轴油系统及相关问题研究[J].汽轮机技术，2016（3）：223-225.

收稿日期：2020-07-07

作者简介：郑文杰（1992—），男，广东阳江人，助理工程师，研究方向：电厂集控运行。