汽泵小機(jī)潤(rùn)滑油直流油泵異常聯(lián)動(dòng)的原因分析與思考

引言

現(xiàn)階段新建機(jī)組冷卻水系統(tǒng)一般采用板式冷卻器,因?yàn)殡m然管殼式熱交換器運(yùn)行可靠,檢修方便,但設(shè)備體積較龐大,原材料成本較大,且管式冷卻器龐大的容積相應(yīng)增加了開(kāi)式冷卻水泵的容量,提高了水泵的投資:而板式熱交換器優(yōu)點(diǎn)是傳熱系數(shù)高,結(jié)構(gòu)緊湊,檢修場(chǎng)地小,開(kāi)式水量需求量少,從而能減小開(kāi)式水泵容量。

1設(shè)備概況

某發(fā)電廠1000Mw超超臨界機(jī)組閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)配置兩臺(tái)100%容量板式熱交換器(AРV,型號(hào)CZ155)、兩臺(tái)臥式離心閉冷水泵(上海阿波羅,型號(hào)400CS-45),向機(jī)組各主輔設(shè)備提供冷卻用水,系統(tǒng)母管壓力為0.65MРa。

該廠汽動(dòng)給水泵由杭汽廠HMS500D型小機(jī)驅(qū)動(dòng),小機(jī)油系統(tǒng)采用集塊化油站,油泵、冷油器、濾網(wǎng)均包括在內(nèi)。油系統(tǒng)不但提供小機(jī)和給水泵的潤(rùn)滑用油,還提供小機(jī)主汽門、調(diào)門的動(dòng)力油、控制油,如圖1所示。

(1)調(diào)節(jié)、控制油:主油泵出口二調(diào)節(jié)油濾網(wǎng)二蓄能器二高/低壓汽門組、打閘裝置和安全油控制塊。

(2)潤(rùn)滑油:主油泵出口二潤(rùn)滑油壓調(diào)節(jié)閥二潤(rùn)滑油冷油器二潤(rùn)滑油濾網(wǎng)二小機(jī)、給水泵軸瓦及盤車裝置潤(rùn)滑油。

小機(jī)油系統(tǒng)潤(rùn)滑油采用板式冷油器,為一用一備。每個(gè)冷油器的冷卻面積為34.3m2,能夠保證在冷卻水進(jìn)水溫度低于38℃時(shí)潤(rùn)滑油油溫低于48℃。冷油器型號(hào)N35-MGS-10/3。

2異常情況

運(yùn)行人員在執(zhí)行閉冷泵B切A定期工作時(shí),停用B閉冷泵后,閉冷水母管壓力由0.83MРa降至0.47MРa,隨后恢復(fù)至0.65MРa,同時(shí)亮A、B小機(jī)油系統(tǒng)故障光字牌,檢查發(fā)現(xiàn)A小機(jī)油系統(tǒng)控制油壓力低,B小機(jī)直流油泵聯(lián)啟,潤(rùn)滑油母管壓力為0.3MPa,控制油壓力為1.82MPa,初步判斷為閉冷泵切換引起B(yǎng)小機(jī)潤(rùn)滑油壓低導(dǎo)致直流油泵聯(lián)啟。巡檢至就地檢查無(wú)異常后嘗試停用B小機(jī)直流油泵,潤(rùn)滑油母管壓力降至0.14MPa,直流油泵再次啟動(dòng)。匯報(bào)專工后就地逐步開(kāi)啟B小機(jī)直流油泵再循環(huán)門,潤(rùn)滑油母管壓力由0.3MPa降至0.19MPa,直流油泵出口壓力降至0.1MPa,直流油泵電流由37A降至15A,停用直流油泵后,將再循環(huán)門關(guān)閉,投入B小機(jī)直流油泵聯(lián)動(dòng)。

3原因分析

3.1閉冷泵切換時(shí)小機(jī)直流油泵為何聯(lián)啟

經(jīng)檢查,小機(jī)直流潤(rùn)滑油泵聯(lián)啟是因?yàn)樾C(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)壓力開(kāi)關(guān)動(dòng)作(潤(rùn)滑油壓低聯(lián)動(dòng)的潤(rùn)滑油壓力開(kāi)關(guān)在0m,一次門取在油站潤(rùn)滑油濾網(wǎng)后,定值為0.265MPa)。次日檢修人員檢查A、B小機(jī)直流油泵壓力開(kāi)關(guān)測(cè)點(diǎn)未見(jiàn)異常,確認(rèn)直流油泵聯(lián)啟為系統(tǒng)油壓波動(dòng)造成。

當(dāng)時(shí)機(jī)組工況穩(wěn)定,且潤(rùn)滑油系統(tǒng)無(wú)任何操作,運(yùn)行僅對(duì)閉冷水系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行了操作。這兩個(gè)系統(tǒng)相聯(lián)系的設(shè)備僅有潤(rùn)滑油冷油器,因此故障分析的焦點(diǎn)就集中到該冷油器上。

潤(rùn)滑油冷油器為板式冷油器,由固定夾板、上導(dǎo)桿、下導(dǎo)桿、活動(dòng)板、板片、螺栓、螺母等組成,如圖2所示,板片都裝在框架上,每塊板片都配有橡膠密封墊片,相鄰板片之間的旋轉(zhuǎn)角度為1809,板束由一些壓緊螺柱和螺母壓緊。每?jī)善迤拈g隔中流動(dòng)著潤(rùn)滑油和冷卻水,當(dāng)固定夾板和活動(dòng)板之間距離固定后,油側(cè)容積V1和水側(cè)容積V2之和V是固定不變的,當(dāng)水側(cè)壓力急劇變化時(shí),原先板片間的平衡被破壞,為了達(dá)到新的壓力平衡點(diǎn),水側(cè)容積V2必然要變化,V1=V-V2同步變化,冷油器油側(cè)容積V1的變化又導(dǎo)致了油壓波動(dòng)。正是由于閉冷泵切換過(guò)程中閉冷水壓瞬間波動(dòng)過(guò)大,才引發(fā)了油壓波動(dòng),小機(jī)直流潤(rùn)滑油泵聯(lián)動(dòng)。

為驗(yàn)證上述猜測(cè),調(diào)用了本次閉冷泵切換的歷史曲線,如圖3所示。

從曲線分析整個(gè)調(diào)泵過(guò)程數(shù)據(jù)如表1所示,可以看出,在并泵過(guò)程中閉冷水壓力由0.66MPa最高上升至0.83MPa,后基本穩(wěn)定在0.78MPa,由于A閉冷泵啟動(dòng)后泵出口門聯(lián)開(kāi),出口門從關(guān)閉到開(kāi)啟需要一定時(shí)間,所以對(duì)閉冷水壓力的沖擊并不算太劇烈。但停泵過(guò)程中停用泵出口逆止門的關(guān)閉是瞬間完成的,閉冷水必須經(jīng)過(guò)一個(gè)倒流的過(guò)程才能使泵出口逆止門關(guān)閉,因此閉冷水壓力必然經(jīng)過(guò)一個(gè)瞬間下跌再回升的過(guò)程,閉冷水壓力由0.78MPa瞬間最低下跌至0.47MPa,對(duì)整個(gè)閉冷水系統(tǒng)的沖擊很大,閉冷水壓力波動(dòng)導(dǎo)致冷油器油、水側(cè)空間的急劇變化,造成了油壓波動(dòng),此時(shí)B小機(jī)直流油泵聯(lián)啟。但從曲線上看,小機(jī)潤(rùn)滑油壓力并未明顯波動(dòng),可能原因:(1)上述分析錯(cuò)誤:(2)由于時(shí)間短,參數(shù)變化劇烈,系統(tǒng)并未采集到油壓波動(dòng)數(shù)據(jù),但油壓已下降至開(kāi)關(guān)量動(dòng)作值:(3)DCS系統(tǒng)小機(jī)潤(rùn)滑油壓取點(diǎn)與就地油壓開(kāi)關(guān)量取點(diǎn)不一致,造成參數(shù)反映與變化不一致。

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn),DCS小機(jī)潤(rùn)滑油壓測(cè)點(diǎn)取在17m小機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)層,而引起油壓低聯(lián)動(dòng)直流油泵的壓力開(kāi)關(guān)在0m油站(定值為0.265MPa),取在潤(rùn)滑油濾網(wǎng)后且為就地硬接線回路,兩者高度相差17m,存在0.17MPa的靜壓差。因此0m潤(rùn)滑油壓開(kāi)關(guān)距潤(rùn)滑油冷油器較近,能更快、更劇烈地反映潤(rùn)滑油壓的變化,而DCS上油壓測(cè)點(diǎn)在17m,反應(yīng)慢,變化也不大。

為進(jìn)一步驗(yàn)證閉冷水壓與油壓波動(dòng)之間的關(guān)系,第二天,檢修對(duì)B汽泵小機(jī)運(yùn)行側(cè)冷油器板片進(jìn)行了復(fù)緊,并對(duì)使用閉冷水的各板式冷卻器進(jìn)行檢查,調(diào)整確認(rèn)其壓緊螺柱工作正常,固定夾板和活動(dòng)板間距離在制造廠規(guī)定范圍內(nèi)。之后做同樣的切換試驗(yàn),派人現(xiàn)場(chǎng)觀察并記錄小機(jī)潤(rùn)滑油濾網(wǎng)后油壓的變化,以得到更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù),同時(shí)還在就地對(duì)主機(jī)油壓、定冷水壓進(jìn)行了監(jiān)視,數(shù)據(jù)如表2所示。

此次備用泵及直流油泵并未聯(lián)動(dòng),從表2數(shù)據(jù)可以明顯得出以下結(jié)論:(1)閉冷水壓力的波動(dòng)是導(dǎo)致潤(rùn)滑油壓波動(dòng)的原因:(2)閉冷水壓力瞬間下降導(dǎo)致冷油器水側(cè)通路收縮,油側(cè)通路膨脹,造成潤(rùn)滑油壓下降。

使用閉冷水冷卻的定冷水壓力波動(dòng)與潤(rùn)滑油壓的變化趨勢(shì)一致,因此也可以得出結(jié)論:汽泵小機(jī)直流潤(rùn)滑油泵聯(lián)動(dòng)的原因是閉冷水壓力的異常下降。

3.2小機(jī)直流油泵停用后為何再次聯(lián)動(dòng)

通過(guò)圖3歷史曲線查直流油泵啟、停前后的潤(rùn)滑油壓變化情況如表3所示。

起初認(rèn)為是由于直流油泵出口逆止門關(guān)不嚴(yán)造成停泵后潤(rùn)滑油系統(tǒng)油壓下跌過(guò)多,但次日檢修檢查油泵出口逆止門動(dòng)作正常,該原因排除。

正常運(yùn)行時(shí),潤(rùn)滑油由運(yùn)行的主油泵通過(guò)潤(rùn)滑油壓調(diào)節(jié)閥節(jié)流后提供,其屬于自力式壓力調(diào)節(jié)閥,通過(guò)調(diào)節(jié)下部彈簧緊力可以整定潤(rùn)滑油壓。調(diào)節(jié)閥上部腔室為調(diào)節(jié)閥下游的潤(rùn)滑油壓,向下關(guān)小調(diào)節(jié)閥,調(diào)節(jié)閥下部彈簧力向上開(kāi)大調(diào)節(jié)閥,兩者相互作用,達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。當(dāng)潤(rùn)滑油壓(即調(diào)節(jié)閥上部的油壓)下降,彈簧力大于上部的油壓力,調(diào)節(jié)閥向上開(kāi)大,使得下游潤(rùn)滑油壓上升,直至兩者重新平衡。

當(dāng)直流油泵啟動(dòng)后,由于其出力較高,潤(rùn)滑油母管壓力上升(達(dá)0.31MPa),雖然此時(shí)潤(rùn)滑油已經(jīng)是由直流油泵供給,但潤(rùn)滑油壓調(diào)節(jié)閥仍然在工作,此時(shí)上部的潤(rùn)滑油壓大于彈簧緊力,調(diào)節(jié)閥向下關(guān)小(就地測(cè)量行程約2mm)。直流油泵停用瞬間,潤(rùn)滑油壓下降,潤(rùn)滑油壓調(diào)節(jié)閥反向動(dòng)作,向上開(kāi)大,潤(rùn)滑油壓上升,但是,由于調(diào)節(jié)閥的動(dòng)態(tài)特性,閥門開(kāi)啟總有一定的時(shí)間,潤(rùn)滑油壓無(wú)法瞬間恢復(fù),潤(rùn)滑油壓低(達(dá)0.126MPa),就地潤(rùn)滑油壓力開(kāi)關(guān)聯(lián)直流油泵開(kāi)關(guān)量動(dòng)作,直流油泵重新聯(lián)動(dòng)。

因此,小機(jī)直流油泵出力過(guò)大,潤(rùn)滑油調(diào)節(jié)閥回座慢,動(dòng)態(tài)特性變差,是造成直流油泵停用后再次聯(lián)動(dòng)的主要原因。

4防范措施

小機(jī)直流油泵異常聯(lián)動(dòng)的原因:一是閉冷水壓力異常波動(dòng),引起油壓異常波動(dòng):二是直流油泵出力過(guò)大,調(diào)壓閥動(dòng)作特性差,造成油壓下降后恢復(fù)過(guò)慢。為防止閉冷水壓及油壓的急劇波動(dòng),目前可以采取以下措施:

(1)建議采用關(guān)門后停泵方式。目前只有關(guān)出口門啟泵的邏輯,由于閉冷泵運(yùn)行閉鎖關(guān)出口門,因此無(wú)法關(guān)出口門后停泵,建議增加此邏輯。

(2)聯(lián)系檢修對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所有板式冷卻器的螺栓進(jìn)行復(fù)緊,提高板片的剛度。第二天,經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)緊,調(diào)泵時(shí)未再發(fā)生備用泵及直流油泵聯(lián)動(dòng)。

(3)對(duì)板式冷卻器板片材料進(jìn)行改進(jìn),進(jìn)一步提高剛度。

(4)考慮在閉冷泵進(jìn)出口加裝溢流閥及管路,降低閉冷水壓力波動(dòng)幅度。

(5)閉冷泵切換前適當(dāng)開(kāi)大閉冷水再循環(huán)調(diào)整器,適當(dāng)降低閉冷水母管壓力。

(6)汽泵小機(jī)直流油泵出力較大,啟動(dòng)后會(huì)造成交流油泵出口至潤(rùn)滑油調(diào)節(jié)門關(guān)閉較小,當(dāng)直流油泵停用后,來(lái)不及恢復(fù),造成潤(rùn)滑油壓下跌較多,直流油泵再次聯(lián)啟。針對(duì)此情況,汽泵小機(jī)直流油泵增加了再循環(huán)門,正常試轉(zhuǎn)時(shí)開(kāi)再循環(huán)、關(guān)出口門,從而避免了對(duì)潤(rùn)滑油母管壓力的影響。

(7)正常運(yùn)行中直流油泵啟動(dòng)后,應(yīng)先緩慢開(kāi)啟再循環(huán),注意潤(rùn)滑油壓,讓其出口壓力低于油站出口潤(rùn)滑油總管壓力,此時(shí)再停直流油泵,就對(duì)系統(tǒng)無(wú)影響。

(8)建議以后對(duì)小機(jī)直流油泵進(jìn)行改造,適當(dāng)降低出力。

(9)定期檢查潤(rùn)滑油調(diào)壓閥機(jī)械性能,及時(shí)更換,以保證潤(rùn)滑油壓力的調(diào)節(jié)。

5結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)汽泵小機(jī)潤(rùn)滑油直流油泵異常聯(lián)動(dòng)的原因進(jìn)行分析,確定了閉冷水壓力波動(dòng)對(duì)板式冷油器內(nèi)部通路體積有影響,從而引起油壓變化,這為今后汽輪機(jī)油系統(tǒng)安全運(yùn)行提供了寶貴經(jīng)驗(yàn),同時(shí)可針對(duì)性地進(jìn)行相關(guān)技改。