汽輪機(jī)潤滑油系統(tǒng)（油質(zhì)）的狀態(tài)檢修
摘要：分析了汽輪機(jī)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(jī)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(xué)模型建立的方法和步驟進(jìn)行了論述，并通過狀態(tài)數(shù)學(xué)模型對該系統(tǒng)在現(xiàn)場20個月的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，該方案在電廠實(shí)際運(yùn)行中取得了很好的效果。
關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；潤滑油系統(tǒng)；油膜厚度；狀態(tài)檢修
0概述
為進(jìn)一步提高汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)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(jī)組運(yùn)行參數(shù)全面的連續(xù)監(jiān)測分析，獲取機(jī)組每時每刻運(yùn)行狀況的信息，做出正確的判斷和預(yù)測，達(dá)到實(shí)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(yàn)和理論研制的基礎(chǔ)上開發(fā)了“汽輪機(jī)軸系預(yù)測維修系統(tǒng)”。
汽輪機(jī)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(jī)組軸系的狀態(tài)進(jìn)行自動的數(shù)據(jù)采集和分析，對其機(jī)械狀態(tài)給出評估，并給運(yùn)行和檢修人員提出可操作的信息，避免或減少非正常停機(jī)，提高機(jī)組的可用性。
?、圃缙诠收险J(rèn)別及時采取措施，改善電廠設(shè)備運(yùn)行安全性。
?、莾?yōu)化運(yùn)行過程提高機(jī)組使用壽命，延長機(jī)組使用時間。
⑷及時發(fā)現(xiàn)和監(jiān)測非正常和故障運(yùn)行狀況并確定原因，對維修進(jìn)行事先計(jì)劃布置，達(dá)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(fèi)用。
“汽輪機(jī)軸系預(yù)測維修系統(tǒng)”通過汽輪機(jī)監(jiān)視和保護(hù)儀表（TSI）系統(tǒng)的緩沖接口，可以實(shí)時、自動、連續(xù)地采集和存儲汽輪機(jī)軸系動力系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)，提供完整的軸系運(yùn)行檔案。
1汽輪機(jī)潤滑油系統(tǒng)（油質(zhì)）狀態(tài)監(jiān)測
汽輪機(jī)抗燃透平油的供油系統(tǒng)（油質(zhì)）的好壞直接關(guān)系到機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)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(bǔ)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(qiáng)度，降低油的運(yùn)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(fēng)機(jī)作用下較大負(fù)壓運(yùn)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(jī)組長期的運(yùn)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(jìn)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(jī)組負(fù)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(dāng)?shù)恼掣叫院驼扯?，才能作為潤滑油，且潤滑油對于摩擦表面的附著力還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?，油對摩擦面的附著力不夠，油膜受到破壞，轉(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(biāo)，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(jī)軸系預(yù)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(jī)組20個月的運(yùn)行數(shù)據(jù)結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)：在機(jī)組負(fù)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(jī)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(jì)方法，建立各個油膜厚度的加權(quán)系數(shù)，然后再使用機(jī)組負(fù)荷為自變量的函數(shù)來修正，可推導(dǎo)出軸瓦潤滑油系統(tǒng)（油質(zhì)）狀態(tài)數(shù)學(xué)模型。使用這個狀態(tài)數(shù)學(xué)模型分析了大量數(shù)據(jù)后和機(jī)組實(shí)際的油質(zhì)化學(xué)化驗(yàn)結(jié)果對比，發(fā)現(xiàn)：在20個月的機(jī)組運(yùn)行中，大多數(shù)情況下，使用這個數(shù)學(xué)模型計(jì)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(dá)到4.0%～5.5%。因此，對鄒縣電廠4號機(jī)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(xué)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(xué)化驗(yàn)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(xué)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(xué)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(dāng)潤滑油系統(tǒng)（油質(zhì)）的狀態(tài)相對變化量較大時，例如，達(dá)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(jī)組運(yùn)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(xué)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(xué)模型，而不是一個定量的數(shù)學(xué)模型。因此，狀態(tài)數(shù)學(xué)模型的輸出結(jié)果與機(jī)組實(shí)際的油質(zhì)化學(xué)化驗(yàn)結(jié)果不一定具有嚴(yán)格、準(zhǔn)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(xué)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(xué)模型的難度。即只要抗燃潤滑油狀態(tài)的相對變化量達(dá)到某個范圍（鄒縣電廠4號機(jī)組暫定為10%以上，圖2為鄒縣電廠4號機(jī)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(biāo)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(jī)組運(yùn)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(shí)際上，潤滑油的劣化對油膜的某些破壞機(jī)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(jī)組為例，其潤滑油從1978年機(jī)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(jī)組運(yùn)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(xì)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(yù)防軸頸的磨損具有非常實(shí)際的意義；利用這種技術(shù)還可以對油膜的破壞機(jī)理進(jìn)行進(jìn)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(jī)軸系預(yù)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(shí)時數(shù)據(jù)在線分析，為汽輪機(jī)組點(diǎn)檢人員和運(yùn)行人員提供了方便。
2結(jié)論
強(qiáng)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?yàn)椴捎眠@種技術(shù)可為運(yùn)行人員提供一種汽輪機(jī)組抗燃潤滑油狀態(tài)的實(shí)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(jī)潤滑油系統(tǒng)失效故障進(jìn)行早期預(yù)報，減少或避免被動停機(jī)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(jī)組的安全運(yùn)行，且汽輪機(jī)現(xiàn)場無傳感器安裝工作，維護(hù)方便。
“汽輪機(jī)軸系預(yù)測維修系統(tǒng)”的研究獲山東省科技進(jìn)步二等獎。從2001年6月開始“汽輪機(jī)軸系預(yù)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(jī)組投入運(yùn)行，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。
