200MW汽轮机主油泵入口油压跌落原因及解决方法

200MW汽轮机主油泵入口油压跌落原因及解决方

法

王鹰戚晓峰车利民王薇薇

【摘要】通过射油器及主油泵工作状态的分析，对汽轮机主油泵入口油压试验状态下跌落的原因进行了分析并提出建议。

关键词：汽轮机油系统射油器

0 前言

近几年来，200MW汽轮机在启动试运过程中，时常出现主油泵入口油压跌落以至到零的现象。这种现象一般在高压启动油泵与主油泵切换过程中以及打闸和超速试验等非正常工况时出现。这种不正常现象不仅给运行人员造成心理负担，而且如果情况严重可能造成主油泵的气蚀，影响液压调节系统及供油系统的正常工作，给设备造成更大的危害。为了更清楚地认识系统的工作情况，避免这一问题的发生，解除运行人员对油压波动的顾虑，本文从泵的切换过程，超速实验以及打闸等非正常工况对系统进行分析，特别是对射油器的设计参数的选择及对射油器试验的要求，提出建议。

1 200MW汽轮机供油系统

为了更好的分析200MW汽轮机主油泵入口油压跌落的原因，对系统中各部套更清楚的认识，把供油系统的组成及作用原理作简单的介绍。

1.1 200MW汽轮机供油系统的组成

200MW机组，一般来说采用双射油器的离心式主油泵的供油系统。整个系统是由主油泵、高压启动油泵、交流润滑油泵、直流事故油泵、双射油器（一台供主油泵入口，另一台供润滑系统）、冷油器、溢油阀、油箱及一些控制阀门组成，系统图如图1所示。

图1 200MW汽轮机供油系统简图

1.2 工作原理

机组在启动前的调节部套静止试验及启动过程中的冲转都由高压启动油泵为整个系统提供动力油。机组定速后通过切换油泵，由主油泵为系统提供动力油来保证机组的正常运行。由于主油泵采用离心式油泵虽特性平坦，但自吸能力差，正常工作前必须在入口注满油，为了满足这一需要，采用1号射油器为主油泵入口供油，2号射油器是提供润滑油系统的用油，来满足轴承润滑的需要。交流润滑泵及直流事故泵是在润滑油压低及事故情况下为润滑系统供油，防止断油烧瓦，造成设备损坏。

2 射油器特性

由于主油泵入口的油压、油量是由射油器提供，因此射油器工作特性的好坏，直接影响主油泵入口的油压及油量。通过对不同结构、尺寸射油器的多次试验，得出射油器有下列特性（射油器特性曲线如图2所示）

图2 射油器特性曲线

1．存在临界流量点。即射油器的出口流量达到临界流量点时，流量不再增加而射油器出口压力陡降。在射油器的结构尺寸一定时，临界流量点的位置也一定，既喷嘴和喉部直径一定时，改变喉部直径临界流量点的位置也改变。

2．射油器喷嘴的工作油压影响射油器特性。油压的变化使射油器特性曲线上下平移。工作油压高在射油器出口流量相同的情况下，射油器的出口压头也高。

3．射油器特性曲线与喷嘴到扩散管喉部的距离有关。距离小特性曲线陡，增大距离则曲线变得平坦。

3 油泵切换过程中主油泵入口油压跌落原因

高压启动油泵和主油泵根据设计，当机组转速达2 950r/min后，主油泵能顺利地自动投入工作，承担供油任务，同时启动油泵能顺利退出处于空载运行状态。定速3 000r/min后由控制室操作开关，停启动油泵实现自动切换。

通过几个电厂启动运行的实际情况，机组定速3 000r/min后虽主

油泵压头已高于启动油泵压头，已经满足自动切换条件，但从启动油泵的工作状态来看，并没处于空载状态，也就是主油泵没有投入给系统供油。这主要是因为主油泵出口逆止门没打开而引起的。逆止门只有在主油泵出口压头高于启动油泵压头，并存在一定的压差情况下，逆止门才能打开，主油泵供油。这样只有关闭启动油泵出口截门降低压头来实现油泵的切换。

下面通过逆止门结构及射油器特性分析切泵过程中主油泵入口油压下降的原因。

主油泵出口逆止门的实际结构如图3所示。

图3 主油泵出口逆止门结构示意图

逆止门两面的面积比为：1502/1202=1.562 5

设主油泵出口压力p

z ＞1.562 5p

q

(开启压力)时，逆止门才能打开，

主油泵才能给系统供油，假设p

z =20kgf/cm2，则动力油压p

d

必须由启动

时的20kgf/cm2降至p

d

=20/1.562 5=12.8kgf/cm2主油泵出口逆止门才能

打开，主油泵同高压启动油泵并列运行同时为系统供油。主油泵正常工

作后恢复p

d

=20kgf/cm2。此时可通过观察启动油泵电流来判断是否处于空载状态。

由于主油泵入口油压及油量是由1号射油器提供的，主油泵入口油压的波动同射油器的出口压头有直接的联系。下面分析切泵过程中射油器所处的工作状态。

当机组定速后，主油泵压头已建立，假设主油泵出口逆止门此时打开，则主油泵与高压启动油泵并列运行同时给系统供油，射油器此时工作在A点（见图4）。如停启动油泵，主油泵大量给系统供油，则射油器为满足主油泵的需要，出口流量也增加，由射油器特性出口压头下降达到正常工作点B，这就实现了自动切换过程。从这个过程来看主油泵入口油压也会下降，只是下降到设计的正常工作点，而不再继续下降。

图4 射油器在不同工作油压下的特性曲线

但实际机组定速后，主油泵出口压头已建立，主油泵出口逆止门并

没打开，射油器工作在C点，只是通过启动排油阀排出部分油量Q

2

。从

上面对逆止门的分析，只有关启动油泵出口截门使动力油压下降，当p

d

下降到p

z /1.562 5时，逆止门打开。在p

d

下降过程中，射油器出口压头

也下降由C→D点（图4），逆止门打开后，主油泵和启动油泵同时为系统供油，因此时启动油泵出口压力低，大部分油由主油泵提供，因此射油器出口压头由D→E点，此时停启动油泵，主油泵油量又增加射油器出口压头继续下降由E→F点，当主油泵工作正常后，p

d

恢复射油器特性线向上平移，出口压头升高达到正常工作点B。

从上面分析可知，在油泵切换过程中，射油器始终工作在正常工作点以内，出口流量没达到临界流量，因此主油泵入口油压的下降主要是由于逆止门存在面积比，切换油泵时必须使动力油压下降而引起的。下降的幅度主要取决于动力油压的变化幅度，甚至由于运行操作不当在逆止门没有打开，启动油泵没有退出时，就停启动油泵，这样必然造成动力油压骤降而射油器出口压力发生剧烈变化，主油泵压力跌落至零而产生不良后果。

4 超速实验及打闸等非正常工况主油泵入口油压跌落原因

1．工况分析。超速实验过程由于机组转速升高，主油泵转速也随之升高，根据离心泵特性，出口压头也升高，这样就造成了调解系统用油量及1、2号射油器用油量的增加，这样就要主油泵向1号射油器供大量的油。由射油器的特性可知，在射油器结构一定时，临界流量位置一定，因此在主油泵需大量油时，由于射油器的裕量（正常工作油量到临界流量）小，可能造成射油器在临界状态工作使射油器出口压头跌落，反映到主油泵入口，油压跌落为零。

2．打闸情况。由于打闸前调节部套在3 000r/min时排油口开度是在设计的空负荷位置，而打闸后调节部套在瞬间排油口突然开到最大，因此这一瞬间调节油量剧增，油动机回油不能及时回到主油泵入口，所需流量全部由射油器提供，使1号射油器处于临界流量工作状态而使主油泵入口油压跌落。