汽輪機潤滑油系統(tǒng)（油質(zhì)）的狀態(tài)檢修
摘要：分析了汽輪機潤滑油系統(tǒng)狀態(tài)檢修的重要性，提出了一種新穎的“使用最小油膜厚度的汽輪機潤滑油系統(tǒng)（油質(zhì)）狀態(tài)檢修”理論和方案，給出了系統(tǒng)框圖和參數(shù)，對狀態(tài)數(shù)學模型建立的方法和步驟進行了論述，并通過狀態(tài)數(shù)學模型對該系統(tǒng)在現(xiàn)場20個月的運行數(shù)據(jù)進行了分析，該方案在電廠實際運行中取得了很好的效果。
關(guān)鍵詞：汽輪機；潤滑油系統(tǒng)；油膜厚度；狀態(tài)檢修
0概述
為進一步提高汽輪發(fā)電機組運行的經(jīng)濟性，近年來人們把注意力更多放在提高設(shè)備的可用性上，希望通過對機組運行參數(shù)全面的連續(xù)監(jiān)測分析，獲取機組每時每刻運行狀況的信息，做出正確的判斷和預測，達到實現(xiàn)狀態(tài)檢修的目的。根據(jù)多年來在電廠技術(shù)監(jiān)督及基建調(diào)試的經(jīng)驗和理論研制的基礎(chǔ)上開發(fā)了“汽輪機軸系預測維修系統(tǒng)”。
汽輪機組軸系動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的目的主要體現(xiàn)在4個方面：
⑴對汽輪機組軸系的狀態(tài)進行自動的數(shù)據(jù)采集和分析，對其機械狀態(tài)給出評估，并給運行和檢修人員提出可操作的信息，避免或減少非正常停機，提高機組的可用性。
⑵早期故障認別及時采取措施，改善電廠設(shè)備運行安全性。
⑶優(yōu)化運行過程提高機組使用壽命，延長機組使用時間。
⑷及時發(fā)現(xiàn)和監(jiān)測非正常和故障運行狀況并確定原因，對維修進行事先計劃布置，達到延長維修間隔，縮短維修時間，提高設(shè)備利用率，減少維修費用。
“汽輪機軸系預測維修系統(tǒng)”通過汽輪機監(jiān)視和保護儀表（TSI）系統(tǒng)的緩沖接口，可以實時、自動、連續(xù)地采集和存儲汽輪機軸系動力系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)，提供完整的軸系運行檔案。
1汽輪機潤滑油系統(tǒng)（油質(zhì)）狀態(tài)監(jiān)測
汽輪機抗燃透平油的供油系統(tǒng)（油質(zhì)）的好壞直接關(guān)系到機組運行的安全性和經(jīng)濟性。軸承用的潤滑油質(zhì)劣化的主要原因：油中的水和空氣。油中水的來源有：軸封滲入或磨損漏入的蒸汽凝結(jié)成水；潮濕的空氣冷凝時產(chǎn)生的水；補油時帶入的水；因熱交換器泄漏浸入的水等等。油中的水破壞油膜的連續(xù)性和強度，降低油的運動粘度，惡化潤滑性能，改變軸承動、靜特性，能使油液產(chǎn)生酸性物質(zhì)腐蝕元件，并生成氧化鐵顆粒，加劇磨損和金屬脫落。油中空氣的來源主要是系統(tǒng)在排油風機作用下較大負壓運行時吸入的，而油中溶有空氣，會加速油的氧化，增加系統(tǒng)中的雜質(zhì)污染，破壞油的正常潤滑作用。另外，油系統(tǒng)供油壓力不足或者油中的雜質(zhì)阻塞油路使供油量不足等等的材質(zhì)和設(shè)備方面的問題都需要一種狀態(tài)檢修的手段。因此，在汽輪機組長期的運行中，研制開發(fā)一種能對潤滑油系統(tǒng)（油質(zhì)）的狀態(tài)進行在線連續(xù)監(jiān)測的系統(tǒng)，克服對潤滑油系統(tǒng)在線了解甚少的狀況很有必要。
1．1原理
在軸瓦尺寸確定的條件下，軸頸在橢圓瓦中最小油膜厚度主要是機組負荷、轉(zhuǎn)速和油質(zhì)（粘附性和粘度）的函數(shù)，而粘附性和粘度又是油溫的函數(shù)。一種液體只有同時具有適當?shù)恼掣叫院驼扯龋拍茏鳛闈櫥停覞櫥蛯τ谀Σ帘砻娴母街€必須大于潤滑油本身分子間的摩擦力。這樣，轉(zhuǎn)子在高速轉(zhuǎn)動時，軸頸和軸瓦低部兩個摩擦表面在相互滑動時，每一個表面都帶動著一個附著油膜，形成兩個摩擦表面之間的液體摩擦，這個壓力很高的油膜支撐著轉(zhuǎn)子重量在軸瓦中滑動。如果油質(zhì)劣化，就使?jié)櫥偷恼掣叫圆缓茫蛯δΣ撩娴母街Σ粔颍湍な艿狡茐模D(zhuǎn)子軸頸就可能和軸承的軸瓦發(fā)生摩擦。這就是為什么如果油質(zhì)劣化時，油的粘度變大，即使油中的雜質(zhì)含量沒有超標，也會造成軸瓦磨損的原因，即油的粘附性不能克服潤滑油本身分子間的摩擦力，造成了油膜的破壞，是軸瓦磨損的主要因素。所以，對軸瓦中最小油膜厚度的監(jiān)測，是一種最有效、直接的監(jiān)測手段，可以減少軸瓦磨損的概率，作到對軸承的潤滑油系統(tǒng)（油質(zhì)）狀態(tài)的監(jiān)測。
1．2方法
“汽輪機軸系預測維修系統(tǒng)”的系統(tǒng)框圖見圖1。該系統(tǒng)在鄒縣電廠4號機組20個月的運行數(shù)據(jù)結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)：在機組負荷、轉(zhuǎn)速和油溫變化不大的情況下，橢圓瓦中最小油膜厚度變化很小，非常穩(wěn)定。這就提供了一種分析手段：選擇一組具有代表性的汽輪機各軸瓦油膜厚度的參考數(shù)據(jù)，然后按照各個軸瓦的各自位置的不同，采用正態(tài)分布的數(shù)理統(tǒng)計方法，建立各個油膜厚度的加權(quán)系數(shù)，然后再使用機組負荷為自變量的函數(shù)來修正，可推導出軸瓦潤滑油系統(tǒng)（油質(zhì)）狀態(tài)數(shù)學模型。使用這個狀態(tài)數(shù)學模型分析了大量數(shù)據(jù)后和機組實際的油質(zhì)化學化驗結(jié)果對比，發(fā)現(xiàn)：在20個月的機組運行中，大多數(shù)情況下，使用這個數(shù)學模型計算出軸瓦潤滑油系統(tǒng)（油質(zhì)）狀態(tài)的相對變化量在0.1%～3.0%左右，只有個別情況時（2001-10-29早晨的幾個小時中），相對變化量達到4.0%～5.5%。因此，對鄒縣電廠4號機組，這個相對變化量的報警值設(shè)定為10%。
在這個狀態(tài)數(shù)學模型的使用中，有二方面應(yīng)引起注意：（1）潤滑油的溫度對油膜厚度的影響很大。從潤滑油化學化驗結(jié)果分析，以30號油為例，40ºC時，粘度為32 mm2/s，50ºC時，粘度為20 mm2/s。但在狀態(tài)數(shù)學模型的建立中，潤滑油的溫度沒有作為一個自變量來使用，而是作為一個因變量使用。這樣狀態(tài)數(shù)學模型的輸出結(jié)果，即潤滑油狀態(tài)的相對變化包含了潤滑油的溫度變化。所以，當潤滑油系統(tǒng)（油質(zhì)）的狀態(tài)相對變化量較大時，例如，達到報警值時，就可能包含2個信息：一是潤滑油質(zhì)（油量）出了問題，另一個就是潤滑油的溫度超出了正常范圍。總之，機組運行人員要提高警惕。（2）軸瓦潤滑油系統(tǒng)（油質(zhì)）狀態(tài)數(shù)學模型只是判定軸瓦潤滑油系統(tǒng)（油質(zhì)）的一個定性的狀態(tài)數(shù)學模型，而不是一個定量的數(shù)學模型。因此，狀態(tài)數(shù)學模型的輸出結(jié)果與機組實際的油質(zhì)化學化驗結(jié)果不一定具有嚴格、準確的一一對應(yīng)關(guān)系，而只要與潤滑油的狀態(tài)具有可靠的數(shù)據(jù)相關(guān)性（模糊數(shù)學關(guān)系），從而降低了建立軸瓦潤滑油系統(tǒng)（油質(zhì)）狀態(tài)數(shù)學模型的難度。即只要抗燃潤滑油狀態(tài)的相對變化量達到某個范圍（鄒縣電廠4號機組暫定為10%以上，圖2為鄒縣電廠4號機組軸承潤滑油狀態(tài)監(jiān)測畫面），則表明該油質(zhì)（油量）發(fā)生了變化（如：含水量超標等使?jié)櫥驼扯认陆担蚬┯蜏囟冗^低、過高，或油中雜質(zhì)破壞油膜、供油饋缺等等。這樣在機組運行時，該潤滑油的狀態(tài)就能夠做到在線監(jiān)測，引起相關(guān)人員的關(guān)注。
實際上，潤滑油的劣化對油膜的某些破壞機理現(xiàn)在還不大清楚。這方面，可以舉出許多例子。以華能山東辛店電廠2臺200MW機組為例，其潤滑油從1978年機組投產(chǎn)一直使用到2001年，潤滑油的顏色已經(jīng)變成棕色，潤滑油劣化，但機組運行并無異常發(fā)生。由于受條件、時間等等限制，還有大量的更細致的工作未做。所以，利用軸承最小油膜厚度的檢測技術(shù)來預防軸頸的磨損具有非常實際的意義；利用這種技術(shù)還可以對油膜的破壞機理進行進一步的研究和分析。
軸承潤滑油質(zhì)的狀態(tài)檢測在“汽輪機軸系預測維修系統(tǒng)”中，提供了2種手段：一種是歷史數(shù)據(jù)分析，另一種是實時數(shù)據(jù)在線分析，為汽輪機組點檢人員和運行人員提供了方便。
2結(jié)論
強調(diào)使用最小油膜厚度這個參數(shù)監(jiān)視抗燃潤滑油系統(tǒng)的狀態(tài)，是因為采用這種技術(shù)可為運行人員提供一種汽輪機組抗燃潤滑油狀態(tài)的實時在線監(jiān)視，解決了電廠現(xiàn)在對潤滑油狀態(tài)普遍只能采用定期（每周幾次）抽檢的問題，從而可以及時對汽輪機潤滑油系統(tǒng)失效故障進行早期預報，減少或避免被動停機故障的發(fā)生。且由于最小油膜厚度這種技術(shù)采集數(shù)據(jù)是通過TSI系統(tǒng)的緩沖接口，因而不會影響機組的安全運行，且汽輪機現(xiàn)場無傳感器安裝工作，維護方便。
“汽輪機軸系預測維修系統(tǒng)”的研究獲山東省科技進步二等獎。從2001年6月開始“汽輪機軸系預測維修系統(tǒng)”陸續(xù)在山東省2臺600MW和3臺330MW和4臺135MW的機組投入運行，取得了很好的經(jīng)濟效益。
