汽动给水泵润滑油系统进水原因分析及对策.pdf

第 5 2卷 第 1期 2 0 1 0年 2月 汽轮机技术 TURBI NE TECHNOL OGY V0 1 5 2 No 1 F e b 2 Ol O 汽动给水泵润滑油系统进水原因分析及对策 蒲树晨 ( 元宝山发 电有限责任公 司， 赤峰市 0 2 4 0 7 0 ) 摘要 ： 对元宝山电厂 3号机组汽动给水泵润滑油 系统含水 量超标的原 因从 多个角度进行 分析 ， 并制定 出合理的解 决方案 ， 加以实施后取得了 良好 的效果 ， 对今后同类机组处理润滑油含水量超标 问题具有重要 的借鉴意义。 关键词 ： 汽动给水泵 ； 润滑油 ； 含 水量 分类号 ： T K 2 6 7 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 1 - 5 8 8 4 ( 2 0 1 0 ) 0 1 - 0 0 7 9 - 0 2 C a u s e s a n d C o u n t e r me a s u r e s f o r Wa t e r i n L u b e 0i l S y s t e m o f T u r b i n e d r i v e n F e e d wa t e r P u mp P U S h u c h e n ( Y u a n b a o s h a n P o w e r G e n e r a t i o n C o mp a n y L i m i t e d ， C h i f e n g 0 2 4 0 7 0 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： Ana l y s i s wa s c o nd u c t e d i n s e v e r a l asp e c t s o n t h e c a us e s f o r e x c e s s i v e wa t e r c o nt e n t i n l ub e o i l s y s t e m o f t h e t u r b i ne dr i v e n f e e d wa t e r pu mp f o r Uni t No 3 i n Yu a n b a o s ha n P o we r Pl a n t a n d r e a s o n a b l e s o l ut i o n s we r e wo r k e d o u t t o a c h i e v e g o o d e ffe c t I t wi l l p l a y a r e f e r e nc e r o l e i n r e s o l v i n g t he p r o b l e m o f e x c e s s i v e wa t e r c o n t e n t i n l ub e o i l for s i mi l a r u ni t s Ke y wor ds： t ur bi n e- dr i ve n f e e dwa t e r p ump；l u be oi l ；wat e r c o nt e n t 0 前言 元宝 山电厂 3号机组 为 N 6 0 01 6 7 5 3 7 5 3 7一I 型 、 亚 临界 、 一次中间再热 、 凝汽 式汽轮 机 ， 额定 蒸汽流 量 为1 8 0 6 t h 。机组的给水系统 中配置 了 2台5 0 容量 的汽动给水 泵 及 1台5 0 容量 的电动备用 给水泵。汽动 给水泵选用 8 0 C H T A 4型 、 纯凝汽式汽轮机作为驱动装置。汽动给水泵 及小汽轮机 的润滑 油系统 为独 立系统 ， 与主机 润滑油 不共 用。润滑油系统布置有 2台交流润滑油泵， 1台直流润滑油 泵 。 2只滤 网和 2只冷油器 ， 正常运行中为一 台交流润滑油泵 运行 ， 通过一只滤 网和一只冷 油器 向小汽轮机及汽动 给水泵 系统供油 ， 轴 承润滑油供油压力一般在0 2 5 M P a 0 3 M P a 之 间。两 台汽动给水泵 的润滑油系统共 用两 台排 烟风机 ， 排烟 风机运行维持油箱处于微负压状态 ， 整个系统 中无在线滤油 装置， 油质的保证是通过化学定期的取样化验 ， 根据化验的 结果外接滤油机进行滤油等工作。 1 存在问题及危害 根据 G B T 7 5 9 6 2 0 0 0中关于电厂用运行中汽轮机油 质量标准的规定， 2 0 0 M W 以上机组润滑油含水量控制指标 应l O O mg L ， 自1 9 9 7年机组投产以来， 3号机两台汽动给 水泵的润滑油系统曾多次出现润滑油含水量的超标现象， 且 直 发生工涸澧油芒重垩 L 化的事故。 收稿日期 ： 2 0 0 9 1 1 2 6 润滑油中含有水分会破坏轴承中的润滑油膜， 使润滑效 果变差 ， 严重时导致轴承损坏。水分也会加速 油中有机酸对 金属管道的腐蚀和机械设备的锈蚀。润滑油含水量超标还 将导致润滑油添加剂 失效 ， 使 润滑油 的低 温流动性 变差 ， 润 滑油乳化的趋势增大。当温度高到一定程度时， 水分汽化形 成汽泡 ， 不但破坏油膜 ， 还因气阻影响润滑油循环和供油。 2 原因分析 通过对汽动给水泵及其润滑油系统的详细分析， 发现润 滑油中水分 的来源主要有 3个方面。 2 1 汽动给水 泵机械密封的影响 3号机组多次出现 在紧急停机后再 次启动的情况下 ， 汽 动给水泵机械密封泄漏严重的现象， 造成小汽轮机油箱中进 水， 直接影响到汽动给水泵和小汽轮机的正常安全运行。这 是汽动给水泵润滑油系统大量进水的主要原 因。 2 2 轴封及油封的影响 小汽轮机的轴封供汽来 自主机轴封供汽系统， 主机轴封 供汽通过供汽调节 阀和蒸 汽溢 流阀共同调节 保持轴封 压力 To 0 2 8 MP a 。小汽轮 机轴封 供汽 管道 上没有 另设 调节 门。 当机组负荷发生变化 时 ， 主机轴封压 力将 随之 波动 ， 小汽轮 机轴封供汽压力也随之变化， 压力一高， 轴封往外漏汽量就 大， 小汽轮机的轴承箱为避免油挡漏油而保持微负压， 蒸汽 吸入轴承箱导致油中带水。最终通过回油进入小汽轮机润 滑油系统。油封间隙超标使轴封泄漏的水蒸汽更容易进入 作者简介 ： 蒲树晨 ( 1 9 7 3 - ) ， 男 ， 工程师 ， 大学本科 ， 元宝山发电有限责任公 司生技部汽机专工。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 汽轮机技术 第 5 2卷 轴承箱， 也是影响油质的重要因素。 2 3 润滑油冷却器的影响 润滑油冷却器在汽动给水泵的润滑油泵出口， 用于冷却 向小汽机和汽动给水泵轴承的供油， 冷却水来 自开式水系 统， 如果冷却器铜管泄漏， 会造成冷却水进入润滑油系统， 使 含水量超标 。2 0 0 8年 3月 ， 2号汽动给水泵 润滑油 2号冷油 器发生泄漏事故， 导致润滑油含水量超标 ， 达 1 5 2 m g L 。 3 解决方案 3 1 汽动给水泵机械密封检修 2 0 0 7年 3月 ， 连续两次 出现 3号机组 跳闸过 程 中， A汽 动给水泵非驱动端机械密封发生泄 漏 ， 造成润滑油 系统大量 进水。解体检查发现非驱动端机械密封静环磨损， 动环螺旋 线与其外侧旋转套下部摩擦产生沟痕和铁屑( 如图 1 ) 。根 据磨损部位确定为转子下沉导致动静摩擦。经仔细检查发 现轴承的下瓦壳只是靠顶丝及螺栓紧力固定 ， 没有定位销， 当机组跳闸瞬间泵体由于除氧器水位波动产生振动， 导致下 瓦壳下沉， 造成动环与其外侧旋转套动静摩擦 ， 摩擦产生铁 屑进入动静环之间导致静环磨损 。 圈 图 1 汽动给水泵机械密封 更换新的机械密封和旋转套后， 在下瓦壳加装定位销 钉， 避免工况变化时瓦壳下沉。回装后运行效果良好， 没有 再发生类似事故。 3 2 小机轴 封及轴承箱油封的改进 3 2 1 解体检查 2 0 0 7年 6月， 3号机小修期间对小机轴封和轴承箱油封 进行检查 ， 结果如下： 将A、 小汽机前轴封从缸体上分解下来， 将前轴封上半 空扣于前轴封下半上， 就位结合面定位销， 紧固结合面螺栓， 测量轴封结合面存在 由外 向内的张 口， A小机最大张 口值 0 3 0 mm， B小机最大张 口值0 1 5 m n 1 。由于小机前轴封轴向 尺寸较长， 约 5 0 0 m m， 轴封箱结合面只设计了4条紧固螺栓， 均位于轴封外侧 ， 造成轴封内侧密封面不能贴合紧密， 形成 张E l ， 使高压蒸汽直接沿密封面间隙漏出， 造成轴封漏汽。 小机轴承箱油挡为浮动油挡， 浮动油挡在检修完成短时 间内能够实现正常密封效果， 但本次解体发现 ， 油挡处积存 的油污渍将浮环腻死， 使之失去浮动密封作用 ， 导致在油系 统负压作用下轴承箱大量进汽 。 3 2 2改进措施 针对轴封结合面张口问题， 在结合面靠里端加装两套定 位螺栓， 以减小结合面间隙。在轴封箱结合面开密封槽， 槽 深4 9 m m宽 l O m m， 槽内镶嵌白钢齿形密封条， 密封条设计 厚 5 m m宽 l O m m， 装配后使密封条高出结合面0 0 8 m m一 0 1 O mm， 以保证轴封箱密封面紧密贴合 ， 增强密封效果。 在轴承箱内油挡内侧设计安装挡油板， 使油流无法直接 飞溅到油挡上 ， 一方 面防止油 挡漏油 ， 另一方 面 防止运行期 间油与灰尘混 合积 聚在浮动油挡 内外 ， 影响浮动油挡密封效 果 。 原设计在轴封箱与轴承箱之间的转子上有凸肩， 本次改 造在凸肩两侧各加装一片挡风板， 挡风板用1 5 m m厚紫铜板 制作 ， 与轴径径 向总间隙为0 4 0 mm， 分别 固定 在轴承箱 和轴 封箱上 ， 用于阻止轴封漏汽进入轴承箱。 3 3 润 滑油冷却器检修 每台汽动给水泵的润滑油系统配有两台润滑油冷却器， 给水泵正常运行时， 一台投入， 另一台备用。2 0 0 6年利用机 组小修的机会对冷却器的油侧切换阀进行了检修和改造， 使 冷油器在保持汽动给水泵运行的前提下具备在线切换功能。 故因冷却器泄漏而造成的润滑油进水可以通过冷却器的切 换检 修来解决 ， 2 0 0 7年为汽动给水 泵润滑油 系统安装了在线 滤油装置， 实现了汽动给水泵润滑油系统的定期在线滤油功 能。 3 4 润滑油系统 的改进 3号机组两套 汽动 给水泵 润滑 油系统 共用 两 台排 烟风 机， 正常时一台运行一台备用( 如图2所示) 。设置排烟风机 主要保证各轴瓦回油顺畅， 各轴承箱油挡处无漏油。同时排 烟风机也具有降低润滑油箱中水蒸汽分压从而净化油质的 功能 。3号机组投产 以来 ， 运行排烟 风机的 出口门一直保持 全开状态， 致使轴承箱的真空偏高， 从小机轴封和汽动给水 泵机械密封泄漏的蒸汽 和水通过油挡被 吸人轴 承箱 ， 造成润 滑油含水量超标。 捧 烟 机 图 2润 滑油 排 油 烟 系 统 2 0 0 5年变更了排烟风机的运行方式， 即在保证各轴承箱 油挡不漏油的前提下， 限制排烟风机出口闸板门的开度， 降 低各轴承箱真空， 以减少油系统吸入蒸汽和水的可能性。 2 0 0 7年改变思路， 借鉴 4号机组汽动给水泵润滑油系统 ( 杭州汽轮机厂) 的设计， 在润滑油箱上方加装呼吸孔， 同时 将运行排烟风机的出口门全开， 这样做的目的是加强油箱内 部的空气流动， 使从油挡处吸入的水蒸汽在没有凝结之前就 通过排烟风机排出， 为避免从 油箱 呼吸 口吸入空气 中的粉尘 等污染物， 在呼吸口设计安装 l O iz m的空气滤网， 并定期清 扫和更换。经以上 改造后效果明显 。 ( 下转 第 3 8页) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 8 汽轮机技术 第 5 2卷 流动效率 ， 合理 的缝隙位置与结构有可能减薄 叶片壁面的边 界层厚度 ， 从 而减小蒸汽的流动损失 。 图 1 1 是在缝隙相对位置 = 0 7 2 3 4 ( 内弧) ， 缝隙宽度 l = 1 m m时， 缝隙角度 O 对抽吸缝隙附近的汽流马赫数影响。 可以看 出， 在无缝 隙抽 吸的情况 下 ， 缝 隙附近 的汽流边 界层 比较厚， 意味着流动损失也比较大； 当存在缝隙抽吸时， 抽吸 缝隙在抽吸掉部分流动水膜的同时， 也抽吸了部分边界层中 的蒸汽， 从而使缝隙之前的汽流边界层厚度有所减薄甚至为 零。从图 l l 缝隙抽吸情况来看， 当缝隙角度为3 0 。 时， 缝隙对 边界层的抽吸能力达到最强， 甚至还可能抽吸部分主蒸汽流； 随着缝隙角度的增大 ， 缝隙对边界层 的抽吸能力逐渐减弱。 图 l 1 缝隙角度对缝隙附近马赫数的影响 3 结论 本文在不同缝隙位置和结构参数条件下， 数值计算了空 心静叶缝隙对叶栅主蒸汽流场的影响， 讨论了缝隙位置与结 构参数对蒸汽流动损失、 叶栅进 口马赫数、 叶片表面压力分 布以及缝隙附近流场的影响， 得到以下几点结论： ( 1 ) 随着缝 隙位置从 叶片前缘 向叶片尾缘 的移 动 ， 总压 损失系数总体上是逐渐减小的， 对主蒸汽流场的影响也越 小； 无论是在叶片内弧上还是背弧上， 当缝隙角度 ： 4 5 。 时， 总压损失系数c 达到最小值 ； 随着缝隙宽度的增加， 总压损 失系数 c 是略有降低的。 ( 2 ) 空心静叶缝隙抽吸使叶栅进口马赫数总体升高， 且 内弧上的缝隙抽吸对马赫数的影响要大于背弧上缝隙抽吸 的影响； 当缝隙角度 O t = 4 5 。 时， 缝隙抽吸对叶栅进口马赫数 的影响较大； 随着缝隙宽度的增大， 叶栅进 口马赫数升高的 幅度也越大 。 ( 3 ) 缝隙抽吸总体上对叶片表面压力分布影响不大， 但 使缝隙附近的汽流静压有较大的降低； 随着缝隙宽度 的增 加， 缝隙进口处的汽流静压越低， 相对无缝隙抽吸时的变化 越大。 ( 4 ) 缝隙抽吸使叶片壁面上的汽流边界层有所减薄； 当 缝隙角度 = 3 0 。 时， 缝隙对边界层抽 吸能力最强 ， 随着缝 隙 角度的增大 ， 缝隙对边界层 的抽 吸能力逐渐 减弱 ； 缝隙宽 度 越大， 边界层也越薄， 对蒸汽流场的抽吸作用也越强。 参 考 文 献 1 T a n u m a T T h e R e m o v a l o f Wa t e r F r o m S t e a m T u r b i n e S t a t i o n a r y B l a d e s b y S u c t io n S l o ts M P r o c l n s t M ec h E n g r s ， 1 9 9 1 1 7 9 1 8 9 2 俞茂铮湿蒸汽透平静叶尾迹区的水滴运 动规律 J 西安交 通大学学报 ， 1 9 8 0 ， 1 4( 4 ) ： 4 9 6 1 3 俞茂铮 ， 董为 民湿蒸 汽汽轮机 除湿级 去湿性 能的数 值计算 J 西安交通大学学报 ， 1 9 9 4， 2 8 ( 9 ) ： 9 81 0 3 4 姚秀平 ， 俞茂铮 ， 孙弼 ， 徐廷相核电 6 0 0 M W 汽轮机末级空 心静叶去湿缝设计研究 J 动力工程 ， 1 9 9 8， 1 8 ( 4 ) ： 71 4 5 赵亚芳 ， 王文华， 王玉璋 ， 等3 0 0 MW 汽 轮机末级空 心静叶 内 湿蒸汽二 相 流动 与 水滴 沉 积规 律 研 究 J 汽 轮 机技 术 ， 2 0 0 4 ， 4 6 ( 2 ) ： l l 3一l 1 5 6 王新军 ， 李炎锋 ， 徐廷 相汽轮 机静叶表面上抽 吸缝 对流场影 响的数值研究 J 汽轮机技术， 1 9 9 8， 4 0( 5) ： 2 7 2 2 7 6 7 王新军 ， 李炎锋 ， 徐廷 相缝 隙宽度对汽轮机 空心静叶去水效 率影响的实验研究 J 西安交通大学 学报 ， 2 0 0 0， 3 4 ( 5 ) ： 2 4 2 7 8 王洪鹏 ， 韩 丽丽 ， 何 成君核 电汽 轮机 静叶去 湿槽 结构 研究 J 汽轮机技术 ， 2 0 0 6， 4 8 ( 5 )： 3 6 1 3 6 3 ( 上接 第 3 4页 ) 4 Y a ma d a K，F u r u k a w a M，N a k a n o T ，e t a1U n s t e ady T h r e ed i me n s io n a l F l o w P h e n o me n a Du e t o B r e a k d o wn of T i p Le a k a g e Vo r - t e x i n a T r a n s o n i c A x i a l C o m p r e s s o r R o t o r R A S ME P a p e r ， GT 2 0 0 4 5 3 7 4 5，2 0 0 4 5 卢新 根轴流压气 机 内部 流动失 稳及其 被动控制 策 略研 究 D 西安； 西北工业大学 ， 2 0 0 7 6 K e r r e b r o c k J L ，R e n e n ， Z i m i n s k y WS A s p ir a t e d C o m p res sor R A S ME P a p e r ， 9 7一G T一 5 2 5， 1 9 9 7 7 R e ij n e n D P E x p e ri m e n t a l S t u d y o f B o u n d a r y L a y e r S u c t i o n i n a T r a s o n ic C o m p r e s s o r f D P h D T h e s i s ，Ma s s a c h u s e t t s I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y，Ca mb rid g e，MA，1 9 9 7 8 Me c h a n t AA ， D rel aM ， K e r r e b r o c k J L ， e t a 1 A e r o d y n a m i c De s i g n a n d An a l y s i s o f a Hi g h P r e s s u r e Ra t i o As p i r a t e d Co mp r e s s o r S t a g e R A S ME P a per ， G T- 2 0 0 0 6 1 9 ， 2 0 0 0 9 S c h u l e r B J ， K e r r e b r o c k J L ， Me c h a n t A AAE x peri m e n ta l I n v e s t i g a t i o n o f a n A s p i r a t e d F a n S t age R A S ME P a p e r ，G T一 2 0 0 2 3 0 3 7 0，2 0 0 2 1 0 曾令军雷诺数对涡轮性能 影响的数值模 拟 D 西安 ：空 军工程大学 ， 2 0 0 9 ( 上接第8 O页) 4 结束语 通过以上改进方案的实施， 3号机两台汽动给水泵润滑 油系统含水量 超标 问题得到 了根本解 决 ， 从 2 0 0 7年 7月到 2 0 0 8年 l 0月， 没有再发生润滑油含水量超标的现象。这个 困扰了很多年的问题， 在其它同类型机组中也同样存在， 经 过多次认真分析和综合治理， 找到了解决问题的方法， 对其 它同类型机组具有重要的借鉴意义。汽机几个专业齐心协 力从多角度人手分析缺陷， 并针对发现的问题制定行之有效 的解决方案， 大大地拓展了分析问题的思路， 开阔了视野， 增 强了分析解决 问题 的能力。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m