汽轮机组润滑油压力偏低原因分析

  润滑油压力是润滑系统工作状况好坏的最主要的指标，润滑系统是内燃机的重要组成部分之一，内燃机若长期处在润滑油压力过低条件下工作，则会加速机件的磨损速度，使内燃机寿命下降，甚至发生事故。润滑油系统采用汽轮机主轴驱动的主油泵－油涡轮系统，在正常运行中主油泵出口的高压排油流至主油箱驱动油箱内的油涡轮增压泵，增压泵从油箱中吸取透平油升压后供至主油泵入口。主油泵高压排油在油涡轮做功后压力降低，作为润滑油进入冷油器，换热后以一定的油温供给汽轮机组各轴承、盘车装置、顶轴油系统、密封油系统等。

  1.故障经过

  2010年4月26日晚，1号机组正常运行，负荷582MW，主油泵进、出口油压分别为0.346MPa、1.624MPa，润滑油母管压力为0.311MPa，润滑油压力为0.287MPa。在21∶38∶28时，机组跳闸，负荷降至0。

  交流辅助油泵（主油泵出口压力低于1.205MPa或润滑油压低于0.115MPa联起）、交流起动油泵（主油泵入口油压低于0.07MPa联起）、直流事故油泵（润滑油压低于0.105MPa联起）同时联锁起动。汽轮机紧急跳闸系统（ETS）记录的跳闸首出原因为润滑油压力低（润滑油压低保护跳闸定值为0.07MPa）。交流辅助油泵（BOP）、交流起动油泵（SOP）、直流事故油泵（EOP）同时自起成功，但是润滑油母管压力瞬间仍从0.287MPa降至跳闸值0.07MPa以下，之后随着油泵的起动油压又迅速回升。从模拟量历史曲线看，润滑油压力下降的瞬间，主油泵出口压力与入口压力同时大幅下降，出口压力由1.624MPa下降到1.094MPa，入口压力由0.364MPa下降到0.257MPa。

  2.原因分析

  2.1人为误操作

  机组跳闸停机前负荷582MW稳定运行，当班运行人员未对润滑油系统进行包括冷油器切换、油滤网切换及油泵联动试验等任何操作，可以排除因人为误操作导致的机组润滑油压力降低。

  2.2热工保护误动

  该机组润滑油压力低保护跳闸信号为“3取2”，即3只压力开关中同时有2只发出润滑油压力低的信号保护动作。事后对3只润滑油压力开关重新校验，动作值均正常。交流润滑油泵、直流事故油泵、交流起动油泵均因润滑油压力低联起。润滑油母管压力及润滑油压力模拟量数值瞬间均有降低，并且机组跳闸的瞬间1号轴瓦及2号轴瓦的温度与机组跳闸前正常运行时的轴瓦温度相比升高了10℃左右，说明进入轴承的润滑油流量确有降低，进一步印证了润滑油压力降低的真实性。因此，可以排除保护误动引起机组跳闸的可能。

  2.3冷油器堵塞

  若因冷油器堵塞原因造成润滑油压力下降，那么在交流润滑油泵联起后，系统润滑油压力不可能恢复正常。但是，交流润滑油泵联起后系统润滑油压力恢复正常，故不存在冷油器管路堵塞。

  2.4润滑油系统泄漏

  若泄漏点在油涡轮之后，如轴承箱内接头崩开，会影响润滑油压、轴承温度，但由于系统溢流阀的自动调节作用，对主油泵进出口油压影响应很小。因此，压力突降不会是油涡轮之后的系统泄漏。

  主油泵出口至油涡轮入口之间的法兰或管路存在泄漏，也会造成主油泵出口润滑油压力降低，进而造成润滑油母管压力和润滑油压力降低，使得油涡轮动力不足，引起增压泵转速降低，进一步造成主油泵入口压力降低。打开前箱及润滑油箱，若是因泄漏引起，在未做任何处理的情况下，机组再次起动后的润滑油压力应当比机组跳闸前正常运行时有所降低，但机组恢复时主油泵进、出口油压与机组跳闸前的油压一致。从汽轮机前轴承箱窥视窗及主机油箱人孔观察均未发现设备大量泄漏，可以排除因主油泵出口至油涡轮入口法兰或管路泄漏造成的油压降低。

  2.5主油泵故障

  该机组主油泵为双吸单级卧式离心泵，泵轮与汽轮机转子刚性连接，由汽轮机转子直接驱动。主油泵泵壳分上下两部分铸造而成，中分面结构，从汽轮机前轴承箱窥视孔检查主油泵上下泵壳及中分面均未见泄漏。机组恢复时主油泵进、出口油压与跳闸前的油压一致，可以排除主油泵故障。

  2.6涡轮升压泵卡涩

  油涡轮主要由喷嘴隔板、叶轮两部分组成，升压泵为双吸单级立式离心泵，泵的悬臂端支持自身的壳体，由一根刚性轴浆叶轮与升压泵叶轮连接，刚性轴由一个支承轴承与推力支承轴承支承，各个工作元件之间的油路连接由涡壳中的铸造流道来实现。

  检查油涡轮进油节流阀、油涡轮旁路阀、溢流阀的锁紧螺母，均无松动现象。从阀体结构看，节流阀在其阀芯上开有轴向及径向孔，这样在节流阀关闭的情况下也不会关断工作油路。可以排除因节流阀故障关断油涡轮进油口的可能。由于杂质造成油涡轮卡涩的可能性很小，因为定期化验的润滑油质均符合标准要求，且涡轮增压泵的吸入口还设有滤网，机组跳闸前油涡轮一直处于高速运转状态，即使有微小杂质进入系统也不至使油涡轮卡涩。

  2.7油箱油位过低

  从油位计安装的位置看，1号机组的油位计布置在油箱中部偏回油端，离油涡轮吸入口较远，2号、3号机组的油位计布置在供油端，离涡轮吸入口相对较近。由于润滑油在油箱内从回油端向涡轮增压泵吸入口流动过程中存在液力坡度，在油位计读数相同的情况下，1号机组涡轮增压泵吸入口附近的实际油位要比2号及3号机组略低，涡轮增压泵的浸入深度要比2号、3号机组浅。

  检查主机润滑油箱油位计发现：1号机组润滑油箱油位计基准点比油箱底部低约120mm，而同型号2号、3号机组油箱油位计基准点与油箱底部平行。在3台机组油位DCS画面显示油位相同的情况下，1号机组的主机油箱实际油位要比2号及3号机组的主机油箱的油位低120mm左右。

  揭开主油箱顶部人孔盖板发现：涡轮增压泵的上吸入口浸入油面以下很浅。

  油箱油位偏低，油箱的有效容量不足，使系统回油在油箱内停留的时间变短，从而来不及排除油中的水和空气；涡轮增压泵吸入口（尤其是增压泵的上吸入口）浸入油面以下深度不足，使得涡轮增压泵吸入含气量较大的油长时间运行，造成涡轮增压泵出口∩型弯头顶部积聚空气，当空气积聚到一定数量时，经扰动突然进入主油泵，造成主油泵出口油压突降。同时，也造成润滑油母管压力及润滑油压力突降，触发润滑油压力低跳闸信号，机组跳闸，交流辅助油泵、交流起动油泵、直流事故油泵联起。

  机组重新启动时，转速升至3000r/min后，手动停运交流起动油泵和交流润滑油泵时，2台油泵均因主油泵出口压力波动联起，第二次手动停交流起动油泵和交流润滑油泵时，2台油泵均未联起，油压亦正常，说明机组启动过程中系统积聚了空气，因停泵扰动空气进入主油泵造成油压波动，由于运行时间短，积聚的空气量相对较少，油压波动幅度也较小，仅造成交流润滑油泵和交流起动油泵联起，未联起直流事故油泵，亦未引起机组跳闸。经扰动排空气后，油压正常，此时再停运交流辅助油泵和交流起动油泵时不再联起。

  为了确认以上分析结果，将机组手动打闸，待汽轮机转速降至2000r/min以下，重新升速至3000r/min，手动停交流起动油泵和交流润滑油泵时，2台油泵再次联起，说明系统又积聚了空气，因停泵扰动空气进入主油泵造成油压波动、油泵联起，经扰动排空气后，油压正常，再次停交流辅助油泵和交流起动油泵时不再联起。

  综上所述，润滑油压力突降是由于油箱油位偏低，引发油系统管路积聚空气所致。

  3.处理措施

  （1）对油箱就地及远传油位计零位进行重新标定，保证油位计能真实反映油箱油位。

  （2）油箱补油，提高油箱油位，降低油的循环倍率，使油在油箱停留时间延长，充分析出水和空气。同时，油位的提高也保证了涡轮增压泵吸入口的浸入深度。

  （3）利用机组大修，在涡轮增压泵出口的∩型管的最高处开1个放气孔，及时排出在此处积聚的空气。

  上述措施实施半年来，机组一直稳定运行，未再出现润滑油压异常的现象。

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