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0 引言

   頂軸油系統(tǒng)是電站關(guān)鍵的汽輪機(jī)輔助配套系統(tǒng)， 其可靠性和穩(wěn)定性對(duì)汽輪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)影響極大。本文主 要研究了某電廠二期 3# 、4# 機(jī)組頂軸油系統(tǒng)故障率高 的問(wèn)題，并提出相關(guān)整改措施，取得了良好的治理效 果，可以為同類機(jī)組的運(yùn)維提供參考借鑒。 1 系統(tǒng)設(shè)備及故障問(wèn)題 1.1 系統(tǒng)概況 某電廠 3# 、4# 機(jī)組為 660 MW 超超臨界二次中間 再熱凝汽式汽輪機(jī)組，汽輪機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)配套有主機(jī) 頂軸油分系統(tǒng)（圖 1）。主機(jī)頂軸油系統(tǒng)配套 3 臺(tái)頂軸 油泵，每臺(tái)泵出口經(jīng)過(guò) 1 個(gè)模塊后，3 路匯聚到 1 個(gè)總 模塊再經(jīng)母管分配套各個(gè)軸瓦。 1.2 存在的問(wèn)題 3# 、4# 機(jī)組自 2018 年投產(chǎn)以來(lái)，頂軸油系統(tǒng)故障 率較高，主要故障現(xiàn)象為系統(tǒng)油壓低、油壓波動(dòng)、不起 壓等。頂軸油系統(tǒng)的頻繁故障嚴(yán)重了威脅汽輪機(jī)的正 常運(yùn)行。2021 年，該電廠在 3# 、4# 機(jī) B 修期間對(duì)各軸瓦 進(jìn)行檢修，檢查發(fā)現(xiàn)多個(gè)瓦的烏金損壞，特別是 1# ~3# 瓦出現(xiàn)烏金大塊脫落，破損嚴(yán)重。主機(jī)頂軸油系統(tǒng)運(yùn)行 異常導(dǎo)致汽輪機(jī)軸瓦損壞，影響機(jī)組安全。 由圖 2 可以看出，3# 、4# 機(jī)組頂油油系統(tǒng)故障次數(shù) 呈上升趨勢(shì)。頂軸油系統(tǒng)頻繁故障已經(jīng)成為影響機(jī)組安 全可靠運(yùn)行的重大威脅，急需進(jìn)行系統(tǒng)的分析和處理。

2 頂軸油系統(tǒng)故障原因分析

 電廠頂軸油系統(tǒng)故障主要分為液壓模塊故障和其 他故障，其他故障主要集中在頂軸油管脫落故障，且故 障頻次有上漲趨勢(shì)。

對(duì)頂軸油系統(tǒng)故障率高的原因進(jìn)行系統(tǒng)查找，對(duì)人、 機(jī)、料、法、環(huán) 5 個(gè)要素進(jìn)行要因分析，最終找到了 5 個(gè)影 響因素，分別是預(yù)防性檢修計(jì)劃周期設(shè)置過(guò)長(zhǎng)、油泵出口 模塊設(shè)計(jì)不合理、軸封漏汽量大、在線濾油機(jī)流量不 足、軸承軟管接頭選型不合理等，具體分析結(jié)果如下。

 2.1 預(yù)防性檢修計(jì)劃周期設(shè)置過(guò)長(zhǎng)

 頂軸油系統(tǒng)模塊為進(jìn)口設(shè)備，按照說(shuō)明書要求每 3年執(zhí)行 1 次檢修，每次檢修需外委給專業(yè)的液壓檢修公 司進(jìn)行檢修和試驗(yàn)。另外，由于二次再熱汽輪機(jī)軸瓦的 特殊設(shè)計(jì)，有的軸瓦在檢修過(guò)程中翻入、翻出時(shí)，需要投 運(yùn)頂軸油系統(tǒng)頂起汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子，否則無(wú)法翻瓦。這就造成 3# 、4# 機(jī)組在每次等級(jí)檢修時(shí)，如果有軸瓦檢修項(xiàng)目， 為了保證順利翻瓦，頂軸油模塊都未能外委出廠檢修。 由此可知，設(shè)備未能按規(guī)定進(jìn)行針對(duì)性的檢查檢修，預(yù)防性檢修計(jì)劃沒(méi)有進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，檢修周期不能 適應(yīng)設(shè)備實(shí)際運(yùn)行狀況的需要，導(dǎo)致頂軸油系統(tǒng)每年 故障率居高不下。

 2.2 油泵出口模塊設(shè)計(jì)不合理

 根據(jù)圖 3 可知，頂軸油油泵出口通道至逆止閥前， 分別并聯(lián)接入了 1 個(gè)調(diào)壓閥（溢流閥）和 1 個(gè)電磁換向 閥。在泵啟動(dòng)前 10 s 內(nèi)，電磁換向閥處于失電狀態(tài)，與 回油管路聯(lián)通，頂軸油泵出口油通道卸油。泵啟動(dòng) 10 s 后，電磁閥上電，關(guān)閉油路，油泵對(duì)頂軸油母管正常供 油。這樣設(shè)計(jì)可以很好地排出空氣，還可以避免油泵在 啟動(dòng)過(guò)程中突然全出力造成憋泵，以防止油泵損壞。

該電廠的電磁閥設(shè)計(jì)了 5 個(gè)通道，包括 2 個(gè)回油 通道、1 個(gè)壓力油通道、1 個(gè) A 路供油通道、1 個(gè) B 路 供油通道。電磁閥的 2 個(gè)回油口對(duì)稱布置，在電磁閥內(nèi) 部是導(dǎo)通的。而用于安裝電磁閥的模塊則只設(shè)計(jì)了 4個(gè) 油口，也就使電磁閥的一個(gè)回油口處于悶死狀態(tài)，這樣 設(shè)計(jì)本身可以滿足系統(tǒng)泄壓流量要求。但是在當(dāng)油質(zhì) 較差的情況下，這種設(shè)計(jì)方式導(dǎo)致悶死的回油口由于沒(méi)有油通過(guò)，使雜質(zhì)容易在該位置聚集，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后 會(huì)導(dǎo)致電磁閥閥芯卡澀（圖 4）。因此，油泵出口模塊設(shè) 計(jì)不合理也是頂軸油系統(tǒng)故障率高的原因之一。

 2.3 軸封漏汽量大 

頂軸油泵出口切換 電磁閥故障是造成頂軸 油泵不出力或者出力低 的主要原因。除了模塊設(shè) 計(jì)缺陷導(dǎo)致雜質(zhì)聚集外， 其閥芯本身以及閥體生 銹也是造成卡澀的重要 原因，而油中帶水是引起 液壓系統(tǒng)電磁閥內(nèi)部生 銹的主要原因。 經(jīng)檢測(cè)，3# 、4# 機(jī)組均 存在潤(rùn)滑油微水值經(jīng)常超標(biāo)的情況，導(dǎo)致電磁閥的閥 芯容易生銹、閥芯卡澀，油泵啟動(dòng) 10 s 后，電磁閥上電 后無(wú)法關(guān)嚴(yán)，壓力油從電磁閥處卸走，頂軸油母管油壓 無(wú)法建立，造成系統(tǒng)故障。 經(jīng)過(guò)系統(tǒng)檢查，發(fā)現(xiàn)油中水的來(lái)源主要是軸封漏 汽。通過(guò)對(duì) 3# 、4# 機(jī)每個(gè)缸的軸封進(jìn)行專項(xiàng)檢查，確定 3# 機(jī)的高壓缸前、后軸封、4# 機(jī)的超高壓缸前軸封漏汽 較大，在機(jī)組長(zhǎng)期高負(fù)荷工況下漏汽量加大，導(dǎo)致潤(rùn)滑 油微水超標(biāo)，是造成頂軸油系統(tǒng)故障率高的原因之一。

 2.4 在線濾油機(jī)流量不足

 3# 、4# 汽輪機(jī)的潤(rùn)滑油系統(tǒng)各配備了 1 臺(tái) HCP100 （PALL）型濾油機(jī)，最大處理流量為 100 L/min。然而在 水分較高的情況下，該濾油機(jī)無(wú)法滿足濾油出力要求。 特別是機(jī)組長(zhǎng)期高負(fù)荷運(yùn)行期間，過(guò)濾時(shí)間長(zhǎng)、過(guò)濾油 質(zhì)無(wú)法達(dá)到合格值，這種情況可能引發(fā)油泵損壞、電磁 閥卡澀等問(wèn)題。因此，配套的在線濾油機(jī)處理流量不 足，無(wú)法對(duì)油質(zhì)進(jìn)行有效控制，是導(dǎo)致頂軸油系統(tǒng)發(fā)生 故障的重要原因。

 2.5 軸承頂軸油軟管接頭選型不合理

 3# 、4# 機(jī)組軸承頂軸油供油軟管經(jīng)常發(fā)生脫落故 障，更換新接頭也無(wú)法解決脫落的情況。對(duì) 3 家電廠同 類型的 6 臺(tái)機(jī)組進(jìn)行調(diào)研，發(fā)現(xiàn)上汽二次再熱汽輪機(jī) 的軸承頂軸油管普遍存在易脫落的問(wèn)題，對(duì)軸承油膜 剛度、頂軸油系統(tǒng)壓力造成不利影響。頂軸油管頻繁脫落問(wèn)題普遍存在于同類機(jī)型，說(shuō) 明該軟管接頭的選型存在嚴(yán)重問(wèn)題。經(jīng)過(guò)解體研究，該 類型活接的云頭通過(guò)脹管方式固定在加長(zhǎng)短管上，這 種連接方式在長(zhǎng)期高壓油作用下很容易脫開，造成泄 漏、脫落。因此，軸承頂軸油活結(jié)頭選型不合理，是造成 頂軸油系統(tǒng)異常的重要原因之一。

 3 軸封漏汽問(wèn)題解決

 3.1 漏汽點(diǎn)分析

 對(duì) 3# 、4# 汽輪機(jī)軸封漏汽情況進(jìn)行檢查，3# 機(jī)組為 高壓缸前、后軸封泄漏，4# 機(jī)組為超高壓缸前軸封泄 漏。由于二次再熱機(jī)組大修周期為 10~12 年，而目前 機(jī)組只運(yùn)行了 5 年左右，不具備開缸檢修條件。機(jī)組停 機(jī)且盤車停運(yùn)時(shí)用塞尺測(cè)量軸封間隙，發(fā)現(xiàn) 3# 機(jī)組高 壓缸前后軸封左右間隙偏差較大，但總間隙在標(biāo)準(zhǔn)范 圍內(nèi)，說(shuō)明是轉(zhuǎn)子與缸體因運(yùn)行膨脹等原因發(fā)生了偏 移，造成軸封某個(gè)方向間隙大，可以通過(guò)碰缸調(diào)整的方 式來(lái)解決。 4# 機(jī)超高壓缸前軸封上下、左右間隙均較大，說(shuō)明 軸封整體被磨損，已無(wú)法通過(guò)碰缸的方式進(jìn)行修正，需 考慮其他方法解決。

 3.2 軸端漏汽擋汽裝置設(shè)計(jì)

 為了解決 4# 機(jī)超高壓缸前軸封磨損漏汽大的問(wèn) 題，可以在軸封外側(cè)再設(shè)計(jì)一道密封，把漏出蒸汽引 出，防止水汽通過(guò)軸承室進(jìn)入油系統(tǒng)，造成頂軸油系 統(tǒng)異常。 擋汽環(huán)材料設(shè)計(jì)為 12Cr1MoV 鋼，可以耐受外缸 高溫（圖 5）。利用現(xiàn)有端面上的運(yùn)輸環(huán)螺栓孔進(jìn)行安 裝固定，在保證機(jī)組安全運(yùn)行的前提下安裝一個(gè)具有 阻汽功能的擋板對(duì)端部汽封漏汽進(jìn)行阻擋，同時(shí)在擋 汽環(huán)上部開漏汽孔，將軸封漏汽回收至軸加。 擋汽裝置采用兩半的形式，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼裝。為防止擋汽裝置與軸頸發(fā)生碰磨，設(shè)計(jì)和安裝時(shí)應(yīng)充分考 慮擋汽環(huán)的徑向定位。擋汽齒必須光滑，防止汽輪機(jī)運(yùn) 行時(shí)轉(zhuǎn)子與擋汽齒碰磨，以保證任何工況下?lián)跗h(huán)連 接管道的膨脹、收縮不影響擋汽環(huán)與軸頸的徑向間隙， 造成軸頸損壞。 擋汽環(huán)設(shè)計(jì)充分考慮軸向上與軸承座、油封環(huán)、汽 缸、轉(zhuǎn)子等部件之間的空間限制和間隙要求，保證機(jī)組 安全穩(wěn)定運(yùn)行要求。應(yīng)依據(jù)可能出現(xiàn)的最高工作溫度 和壓力，并能在此溫度、壓力下長(zhǎng)期正常工作。

 擋汽環(huán)包含與擋汽環(huán)配套的 8 套柔性管接、2 套 壓力表、2 套鋼管及相關(guān)管件、2 套閥門、2 套緊固件、2 套擋汽環(huán)外表面保溫噴涂材料、2 套密封材料等配套 輔材以及現(xiàn)場(chǎng)安裝所需的消耗性材料等。

 4 綜合整治 

4.1 完善頂軸油設(shè)備的預(yù)防性檢修計(jì)劃

 4.1.1 研究頂軸油模塊原理和檢修工藝 由于頂軸油模塊為進(jìn)口設(shè)備，檢修需要交給專業(yè) 的外委廠家處理，一般外委工期需要 10 d 左右。因盤 車?yán)鋮s需要投運(yùn)頂軸油，每次頂軸油設(shè)備外委檢修往 往在機(jī)組檢修開工 20 d 以后才能回廠。而上汽二次再 熱機(jī)組汽輪機(jī)軸瓦檢修需投運(yùn)頂軸油，受工期限制，頂 軸油系統(tǒng)液壓設(shè)備無(wú)法送出檢修。依靠外委廠家檢修 的方式無(wú)法滿足設(shè)備維護(hù)的需要，因此研究在現(xiàn)場(chǎng)檢 修頂軸模塊的方法非常必要。 在沒(méi)有內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖的情況下，為了弄清頂軸 油泵出口模塊原理，對(duì)換下的舊模塊進(jìn)行拆卸研究，畫 出內(nèi)部原理結(jié)構(gòu)圖。對(duì)電磁閥進(jìn)行解體，做好每個(gè)拆解 步驟的詳細(xì)記錄，并拍照留存。設(shè)計(jì)試驗(yàn)裝置，包括壓 力氣瓶、試驗(yàn)底座、測(cè)量?jī)x表等部件，可以對(duì)模塊進(jìn)行 相關(guān)性能試驗(yàn)，驗(yàn)證檢修質(zhì)量，確保設(shè)備能夠正常使 用。通過(guò)不斷的試驗(yàn)與改進(jìn)，電廠設(shè)備管理人員最終成 功地研究出頂軸油系統(tǒng)模塊檢修技術(shù)，并制成檢修文 件包，方便后續(xù)的日常檢修。

 4.1.2 修改檢修規(guī)程 2022 年 1 月，該電廠對(duì)頂軸油系統(tǒng)檢修規(guī)程進(jìn)行 了修訂，將頂軸油系統(tǒng)檢修周期由 3 年 1 次檢修改為 每年 1 次本廠自修，3 年 1 次外委檢修。自修主要以清 理、檢查記錄為主，外委檢修主要是以修復(fù)試驗(yàn)為主， 保證了頂軸油系統(tǒng)的檢修質(zhì)量。

4.2 頂軸油泵出口模塊改造

 頂軸油模塊只有 4 個(gè)油口，與電磁閥的 5 個(gè)油口 不匹配（圖 6）。雖然在功能上滿足使用要求，但是在該 電廠油系統(tǒng)環(huán)境中，會(huì)導(dǎo)致該電磁閥回油口對(duì)應(yīng)的閥 芯容易生銹、聚集雜質(zhì)，造成電磁閥卡澀或開不到位， 引起頂軸油系統(tǒng)異常。 為了解決該問(wèn)題，對(duì)模塊進(jìn)行改進(jìn)，直接把 2 個(gè)回 油孔打通。另外在模塊前新設(shè)置 1 個(gè)前置濾網(wǎng)，對(duì)油顆 粒進(jìn)行過(guò)濾。

 4.3 解決軸封漏汽量大問(wèn)題

 4.3.1 軸端漏汽擋汽裝置 

為解決軸封漏汽問(wèn) 題，電廠專門設(shè)計(jì)了一個(gè) 軸端漏汽擋汽裝置。該裝 置為左、右兩半結(jié)構(gòu)，包括 管路、儀表、閥門等輔件， 裝置鑲有密封齒，與軸的 單邊間隙為 0.6 mm，裝 置底部設(shè)計(jì)有排汽管路， 與軸加入口相連接。其原理是通過(guò)軸加風(fēng)機(jī)抽氣作用， 使裝置腔室保持負(fù)壓，軸封泄漏的蒸汽進(jìn)入到擋汽裝 置內(nèi)腔室，通過(guò)裝置排汽管路引至軸加，有效避免軸封 漏出的蒸汽漏出并進(jìn)入軸承箱。

 4.3.2 汽輪機(jī)碰缸調(diào)整軸封間隙

 為解決 3# 機(jī)高壓缸軸封漏汽問(wèn)題，考慮到軸封總 間隙在合格范圍內(nèi)，可用碰缸的工藝使軸封上下間隙 和左右間隙在合格范圍內(nèi)，從而解決軸封漏汽問(wèn)題。用 千分表測(cè)量軸與缸體的相對(duì)位置，拆卸缸體立銷、貓抓 滑板，通過(guò)千斤頂、頂起螺栓對(duì)缸體進(jìn)行整體移動(dòng)，得 到偏差值，再通過(guò)調(diào)整立銷和滑板厚度來(lái)調(diào)整缸體與 轉(zhuǎn)子的相對(duì)位置。

 4.4 在線濾油機(jī)流量不足

 為了解決在線濾油機(jī)修理不足的問(wèn)題，該電廠專 門采購(gòu)了 1 臺(tái) PALL 公司生產(chǎn)的 HVP200 型濾油機(jī)， 其處理流量為 12 000 L/h。大流量濾油機(jī)采用真空脫 水，相比較原在線濾油機(jī)的聚結(jié)濾芯脫水方式，脫水效 率更高、維護(hù)成本更低。

 4.5 更改軸承頂軸油軟管接頭連接形式

 由于頂軸油管與軸瓦進(jìn)油口接頭的云頭脹接在短管上，在高壓使用環(huán)境下很容易脫落。為解決這個(gè)問(wèn) 題，電廠去掉了中間短管和中間云頭，直接用兩端的螺 母接頭相連（圖 7）。

 5 效果檢查 

（1）修改頂軸油系統(tǒng)設(shè) 備檢修計(jì)劃和規(guī)程后，根據(jù) 設(shè)備的實(shí)際情況開展檢修， 合理安排檢修計(jì)劃。經(jīng)過(guò)本 次活動(dòng)，檢修人員成功掌握 了進(jìn)口液壓設(shè)備的檢修技 術(shù)和技能，能夠更加方便靈 活地開展檢修，使設(shè)備和系統(tǒng)保持在健康的工作狀態(tài)。 

（2）頂軸油模塊改造后，經(jīng)過(guò) 1 年運(yùn)行后對(duì)其解體 檢查，結(jié)果表明電磁閥閥芯，特別是原悶死的單側(cè)回油 口處，無(wú)任何雜質(zhì)聚集。經(jīng)過(guò)本次改造優(yōu)化，有效避免 了雜質(zhì)卡住電磁閥和模塊安裝部件，改造效果顯著。

 （3）汽輪機(jī)軸封漏汽處安裝擋汽裝置以及碰缸調(diào) 整后，在不同負(fù)荷工況下多次檢查汽缸外部，確認(rèn)無(wú)任 何漏汽，潤(rùn)滑油微水值在濾油機(jī)不投運(yùn)的情況下依然 能在較長(zhǎng)時(shí)間保持合格，說(shuō)明本次優(yōu)化成功解決了軸 封漏汽對(duì)頂軸油系統(tǒng)的影響。 

（4）增加大流量濾油機(jī)后，整個(gè)油系統(tǒng)處理能力大 大增強(qiáng)，而且能和原有的在線濾油機(jī)共同使用，總處理 流量能達(dá)到 18 000 L/h。在某次機(jī)組開機(jī)過(guò)程中，對(duì)濾 油機(jī)性能進(jìn)行試驗(yàn)，油顆粒度由 12 級(jí)過(guò)濾至 6 級(jí)只需 8 h，微水由 532 mg/L 過(guò)濾至 50 mg/L 以內(nèi)只需 5 h， 較整治前的過(guò)濾效率提高了 4~5 倍。濾油機(jī)的處理能 力增強(qiáng)后，在面對(duì)未來(lái)油系統(tǒng)不可預(yù)知的油質(zhì)變差情 況能夠很快地對(duì)其處理，系統(tǒng)抗異常能力大大增強(qiáng)。 

（5）頂軸油管接頭優(yōu)化后，經(jīng)過(guò) 1 年的觀察，3# 、4# 機(jī) 組未再發(fā)生頂軸油管脫落故障。在 2023 年 4# 機(jī) C 修期 間，對(duì)各軸瓦接頭檢修檢查，每個(gè)接頭都非常牢固可靠， 無(wú)任何泄漏，證明接頭優(yōu)化取得了非常好的預(yù)后效果。 頂軸油系統(tǒng)故障率高問(wèn)題的綜合整治工作在 2022 年 3 月全部完成，對(duì) 2022 年 4 月—2023 年 6 月 期間的設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和檢查。在 1 年多時(shí)間 的運(yùn)行中，頂軸油系統(tǒng)發(fā)生故障的次數(shù)為 0 次，相較整 治前故障頻發(fā)的情況，整治工作效果明顯，達(dá)到了預(yù)期 效果，為汽輪機(jī)安全運(yùn)行提供了可靠保障（圖 8）。

6 結(jié)論 

（1）頂軸油系統(tǒng)主要作用是為汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子提供正 常、穩(wěn)定的頂起油壓，其故障形式主要為油壓異常，而 頂軸油系統(tǒng)異常往往是由油質(zhì)異常引起的。 

（2）為提高頂軸油系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性，除了要考慮 維持油質(zhì)合格外，還應(yīng)考慮在油質(zhì)異常等特殊工況下， 頂軸系統(tǒng)是否能夠適應(yīng)和滿足穩(wěn)定運(yùn)行要求。如果不 能滿足，則應(yīng)該分析、研究改善的方法，通過(guò)技術(shù)改造 等方式提高頂軸油系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 

（3）對(duì)于進(jìn)口設(shè)備的維護(hù)，不應(yīng)過(guò)度依賴外委檢 修，要敢于擔(dān)當(dāng)，大膽嘗試，吃透設(shè)備的工作原理和工 藝流程，把設(shè)備維護(hù)的主動(dòng)權(quán)掌握在自己手中。 

（4）在設(shè)備管理和維修工作中，通過(guò)對(duì)某一問(wèn)題 的系統(tǒng)分析和研究，可以解決許多相互關(guān)聯(lián)潛在隱 患。例如本文為解決頂軸油系統(tǒng)頻繁故障的問(wèn)題， 系統(tǒng)地摸排、尋找末端因素，同時(shí)解決了潤(rùn)滑油系統(tǒng) 油質(zhì)差，汽輪機(jī)軸封漏汽等關(guān)聯(lián)系統(tǒng)中存在的隱患 與問(wèn)題，最終成功改善了機(jī)組設(shè)備的整體健康運(yùn)行 狀況。

 （5）頂軸油系統(tǒng)運(yùn)行狀況對(duì)汽輪機(jī)健康運(yùn)轉(zhuǎn)的影 響極大，作為設(shè)備管理者要引起高度重視，認(rèn)真分析故 障原因，及時(shí)消除故障隱患。