汽輪機(jī)頂軸油系統(tǒng)振動(dòng)分析及處理

摘

要：汽輪機(jī)頂軸油系統(tǒng)是汽輪機(jī)組的一個(gè)重要系統(tǒng)，在汽輪發(fā)電機(jī)組盤車、啟動(dòng)、停機(jī)過程中起到頂起轉(zhuǎn)子的作用。汽輪機(jī)頂軸油系統(tǒng)的特點(diǎn)是頂軸油壓力高、流量少，管道容易發(fā)生振動(dòng)，當(dāng)頂軸油系統(tǒng)發(fā)生管道振動(dòng)時(shí)的破壞性較強(qiáng)?，F(xiàn)主要闡述了某公司汽輪機(jī)頂軸油系統(tǒng)發(fā)生振動(dòng)的危害、原因，并提出了相應(yīng)的處理方法，對(duì)可能遇到類似問題的同類型機(jī)組具有指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：頂軸油系統(tǒng)；振動(dòng)；危害；處理方法1概述某公司汽輪機(jī)頂軸油系統(tǒng)采用開式供油方式，補(bǔ)給油引自汽輪機(jī)潤滑油系統(tǒng)，頂軸油回油排入軸承箱。補(bǔ)油壓力與潤滑油壓力相同，當(dāng)潤滑油泵啟動(dòng)正常后，頂軸油系統(tǒng)方可投入運(yùn)行。本系統(tǒng)配備有3臺(tái)活塞式頂軸油泵，由德國公司制造，其中2臺(tái)型號(hào)為28DFR1/31R-PPA12N00（A、B泵），額定壓力為28000kPa，流量為28mL/s；1臺(tái)型號(hào)為9DFR1/32R-VPB22U9925183（C泵），額定壓力為28000/35000kPa，流量為79mL/s。本系統(tǒng)允許最大工作壓力為20.6MPa，正常運(yùn)行母管壓力為15～18MPa。為防止頂軸油泵損壞，本系統(tǒng)不允許超壓運(yùn)行。3臺(tái)頂軸油柱塞泵壓力調(diào)整為18MPa，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(gè)先導(dǎo)式減壓溢流閥、1個(gè)手動(dòng)溢流閥、2路進(jìn)油管和7路出油管構(gòu)成，7路出油管向汽輪機(jī)7個(gè)軸承供油。汽輪機(jī)頂軸油系統(tǒng)流程圖如圖1所示。2頂軸油系統(tǒng)管道發(fā)生振動(dòng)的過程該汽輪機(jī)組在廠用電保安段切換試驗(yàn)過程中，C頂軸油泵跳閘，C頂軸油泵跳閘前電流為33.3A，頂軸油母管壓力為15.4MPa，A頂軸油泵聯(lián)啟成功，頂軸油母管壓力最低降至13.3MPa，盤車跳閘，A頂軸油泵運(yùn)行時(shí)電流為23.5A，A頂軸油母管壓力為15.1MPa。為了增加#5機(jī)組保安段負(fù)荷，此時(shí)啟動(dòng)C頂油泵運(yùn)行，C頂軸油泵啟動(dòng)運(yùn)行后電流為51.6A，A頂軸油泵電流下降至16.4A，頂軸油母管壓力為15.1MPa，此時(shí)頂軸油管道開始振動(dòng)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(dòng)。在200MW機(jī)組廠用電保安段切換試驗(yàn)時(shí)，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200MW機(jī)組廠用電保安段切換試驗(yàn)，再次啟動(dòng)交流潤滑油泵、A頂軸油泵、C頂軸油泵，繼續(xù)進(jìn)行保安段帶負(fù)荷試驗(yàn)，此時(shí)A頂軸油泵電流為19A，C頂軸油泵電流為51.1A，頂軸油母管壓力為14.9MPa，潤滑油壓力和頂軸油系統(tǒng)運(yùn)行正常后啟動(dòng)機(jī)組盤車運(yùn)行，盤車電流為39A，頂軸油管道振動(dòng)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(dòng)。為了消除頂軸油管道振動(dòng)情況，將A頂軸油泵停止運(yùn)行，頂軸油母管壓力為14.8MPa，C頂軸油泵電流為50.1A，頂軸油管道的振動(dòng)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(dòng)和噪聲都較大，當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)頂軸油泵再循環(huán)管道的堅(jiān)固件已脫落，管道振動(dòng)明顯。頂軸油泵再循環(huán)管道同主機(jī)冷油器前油壓表距離較近，造成主機(jī)冷油器前油壓表脫落，因發(fā)現(xiàn)及時(shí)沒有造成較大的漏油事故。當(dāng)時(shí)機(jī)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(dòng)問題，改為每半小時(shí)手動(dòng)盤車180°。3頂軸油系統(tǒng)管道發(fā)生振動(dòng)的危害（1）頂軸油管道振動(dòng)會(huì)對(duì)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(yán)重時(shí)會(huì)造成管道的焊縫以及管道彎頭處破裂漏油。若在機(jī)組正常運(yùn)行中發(fā)生頂軸油管道破裂漏油現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成軸瓦燒損事故。（2）頂軸油管道振動(dòng)嚴(yán)重時(shí)引起保護(hù)誤動(dòng)作，甚至損壞設(shè)備，也會(huì)影響精密儀器和儀表的正常運(yùn)行，影響儀表刻度閱讀的準(zhǔn)確性和閱讀速度，甚至無法讀數(shù)，如果振動(dòng)過大，會(huì)直接影響儀表的使用壽命，也會(huì)造成相鄰精密儀器的損壞。（3）頂軸油管道振動(dòng)會(huì)干擾人體的視覺，降低人員工作效率，進(jìn)而造成人體疲勞，容易對(duì)值班人員的身體造成較大傷害。若振動(dòng)強(qiáng)烈，也會(huì)對(duì)周圍建筑物的建筑結(jié)構(gòu)造成損害。（4）頂軸油管道振動(dòng)嚴(yán)重時(shí)，會(huì)造成頂軸油管道的堅(jiān)固件松動(dòng)和脫落，更加容易引起管道振動(dòng)。4頂軸油系統(tǒng)管道發(fā)生振動(dòng)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(dòng)和噪聲的原因主要有以下幾點(diǎn)：（1）頂軸油系統(tǒng)管道支架引起頂軸油系統(tǒng)管道振動(dòng)：支吊架長期受外力作用產(chǎn)生疲勞損壞；頂軸油管道自身振動(dòng)，造成管道支架松動(dòng)或堅(jiān)固件松動(dòng)脫落；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(dòng)。（3）頂軸油分配器溢流閥振動(dòng)，造成頂軸油分配器溢流閥振動(dòng)的原因有：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(dòng)，產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。先導(dǎo)式溢流閥調(diào)壓彈簧設(shè)計(jì)太軟或使用時(shí)間長，造成彈簧緊力減少，當(dāng)溢流閥動(dòng)作時(shí)，滾動(dòng)力的變化引起彈簧自振，從而引起溢流閥共振和噪聲。溢流閥閥芯和閥孔配合過緊，使溢流閥移動(dòng)緩慢，即動(dòng)作遲緩性大，溢流閥工作時(shí)壓力波動(dòng)大，造成溢流閥產(chǎn)生振動(dòng)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(yán)重，造成液體動(dòng)力、壓力變化大，產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。溢流閥配置較小，溢流閥工作時(shí)開度太大，造成溢流閥的流量特性曲線運(yùn)行在非線性區(qū)域，致使溢流閥工作壓力波動(dòng)大，引起溢流閥產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。（4）頂軸油泵再循環(huán)管道積存空氣，當(dāng)再循環(huán)管道有油流動(dòng)時(shí)，會(huì)使頂軸油泵再循環(huán)管道產(chǎn)生振動(dòng)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(dòng)，致使頂軸油泵產(chǎn)生振動(dòng)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(jìn)行判斷，在A頂軸油泵和C頂軸油泵并列運(yùn)行前，C頂軸油泵單泵運(yùn)行時(shí)的電流為32A左右，頂軸油母管壓力為15.4MPa左右，但在A、C泵并列運(yùn)行時(shí)后，A頂軸油泵電流升至18.2A左右，C頂軸油泵電流升至50A左右，頂軸油母管壓力緩慢降至14.3MPa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(yùn)行時(shí)已開始動(dòng)作（C頂軸油泵電流由32A升至50A左右，表明C泵的流量比單泵運(yùn)行時(shí)增大了），當(dāng)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(dāng)A、C泵并列運(yùn)行時(shí)，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(dòng)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(jī)組溢流閥配套設(shè)計(jì)不合理，因?yàn)楫?dāng)初頂軸油系統(tǒng)配備2臺(tái)頂軸油泵，后來由于主機(jī)軸承磨損，頂軸油泵出力不足，再配備了1臺(tái)出力大的頂軸油泵，原設(shè)計(jì)的溢流閥是針對(duì)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(yùn)行，調(diào)整頂軸油流溢閥時(shí)兼顧了2種泵的特性，使大小頂軸油泵單獨(dú)運(yùn)行時(shí)都能保持頂軸油母管壓力穩(wěn)定，但當(dāng)A、C泵并列運(yùn)行時(shí)，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(huì)比原來單泵運(yùn)行時(shí)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(dòng)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(gè)頂軸油系統(tǒng)管道振動(dòng)。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(dòng)和噪聲的主要原因。5頂軸油管道振動(dòng)和噪聲的處理方法根據(jù)上述分析，檢修人員對(duì)頂軸油分配器溢流閥進(jìn)行解體檢修，并更換了溢流閥的彈簧，對(duì)頂軸油泵再循環(huán)管道沿程的堅(jiān)固件進(jìn)行了修復(fù)。在頂軸油系統(tǒng)檢修后的試驗(yàn)中，首先啟動(dòng)最大流量的C頂軸油泵運(yùn)行，電流為33.3A，頂軸油母管壓力為15.5MPa，頂軸油管道未發(fā)生異常的振動(dòng)及噪聲現(xiàn)象，接著相繼單獨(dú)啟動(dòng)A、B頂軸油泵運(yùn)行，A、B泵電流為17.8A、18.1A，頂軸油母管壓力為15.4MPa、15.4MPa，均未見振動(dòng)及噪聲現(xiàn)象的發(fā)生。當(dāng)A、C（或B、C）頂軸油泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，頂軸油管道振動(dòng)，頂軸油母管壓力波動(dòng)，但噪聲明顯減少。從試驗(yàn)結(jié)果可見，當(dāng)一大一小的頂軸油泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)會(huì)發(fā)生振動(dòng)，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(dāng)系統(tǒng)出力大（流量大），溢流閥工作的開度大時(shí)，其閥門的特性曲線不在線性范圍內(nèi)造成的。因