汽輪機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)（油質(zhì)）的狀態(tài)檢修
摘要：分析了汽輪機(jī)潤(rùn)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(rùn)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(duì)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(guò)狀態(tài)數(shù)學(xué)模型對(duì)該系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)20個(gè)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(rùn)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(lái)人們把注意力更多放在提高設(shè)備的可用性上，希望通過(guò)對(duì)機(jī)組運(yùn)行參數(shù)全面的連續(xù)監(jiān)測(cè)分析，獲取機(jī)組每時(shí)每刻運(yùn)行狀況的信息，做出正確的判斷和預(yù)測(cè)，達(dá)到實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修的目的。根據(jù)多年來(lái)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(kāi)發(fā)了“汽輪機(jī)軸系預(yù)測(cè)維修系統(tǒng)”。
汽輪機(jī)組軸系動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷的目的主要體現(xiàn)在4個(gè)方面：
⑴對(duì)汽輪機(jī)組軸系的狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)的數(shù)據(jù)采集和分析，對(duì)其機(jī)械狀態(tài)給出評(píng)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(shí)采取措施，改善電廠設(shè)備運(yùn)行安全性。
?、莾?yōu)化運(yùn)行過(guò)程提高機(jī)組使用壽命，延長(zhǎng)機(jī)組使用時(shí)間。
?、燃皶r(shí)發(fā)現(xiàn)和監(jiān)測(cè)非正常和故障運(yùn)行狀況并確定原因，對(duì)維修進(jìn)行事先計(jì)劃布置，達(dá)到延長(zhǎng)維修間隔，縮短維修時(shí)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(cè)維修系統(tǒng)”通過(guò)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(shí)、自動(dòng)、連續(xù)地采集和存儲(chǔ)汽輪機(jī)軸系動(dòng)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(rùn)滑油系統(tǒng)（油質(zhì)）狀態(tài)監(jiān)測(cè)
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(rùn)滑油質(zhì)劣化的主要原因：油中的水和空氣。油中水的來(lái)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(shí)產(chǎn)生的水；補(bǔ)油時(shí)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(dòng)粘度，惡化潤(rùn)滑性能，改變軸承動(dòng)、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(lái)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(shí)吸入的，而油中溶有空氣，會(huì)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(rùn)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(wèn)題都需要一種狀態(tài)檢修的手段。因此，在汽輪機(jī)組長(zhǎng)期的運(yùn)行中，研制開(kāi)發(fā)一種能對(duì)潤(rùn)滑油系統(tǒng)（油質(zhì)）的狀態(tài)進(jìn)行在線連續(xù)監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)，克服對(duì)潤(rùn)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(shí)具有適當(dāng)?shù)恼掣叫院驼扯?，才能作為?rùn)滑油，且潤(rùn)滑油對(duì)于摩擦表面的附著力還必須大于潤(rùn)滑油本身分子間的摩擦力。這樣，轉(zhuǎn)子在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，軸頸和軸瓦低部?jī)蓚€(gè)摩擦表面在相互滑動(dòng)時(shí)，每一個(gè)表面都帶動(dòng)著一個(gè)附著油膜，形成兩個(gè)摩擦表面之間的液體摩擦，這個(gè)壓力很高的油膜支撐著轉(zhuǎn)子重量在軸瓦中滑動(dòng)。如果油質(zhì)劣化，就使?jié)櫥偷恼掣叫圆缓?，油?duì)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(shí)，油的粘度變大，即使油中的雜質(zhì)含量沒(méi)有超標(biāo)，也會(huì)造成軸瓦磨損的原因，即油的粘附性不能克服潤(rùn)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(duì)軸瓦中最小油膜厚度的監(jiān)測(cè)，是一種最有效、直接的監(jiān)測(cè)手段，可以減少軸瓦磨損的概率，作到對(duì)軸承的潤(rùn)滑油系統(tǒng)（油質(zhì)）狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。
1．2方法
“汽輪機(jī)軸系預(yù)測(cè)維修系統(tǒng)”的系統(tǒng)框圖見(jiàn)圖1。該系統(tǒng)在鄒縣電廠4號(hào)機(jī)組20個(gè)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(gè)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(gè)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(lái)修正，可推導(dǎo)出軸瓦潤(rùn)滑油系統(tǒng)（油質(zhì)）狀態(tài)數(shù)學(xué)模型。使用這個(gè)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(duì)比，發(fā)現(xiàn)：在20個(gè)月的機(jī)組運(yùn)行中，大多數(shù)情況下，使用這個(gè)數(shù)學(xué)模型計(jì)算出軸瓦潤(rùn)滑油系統(tǒng)（油質(zhì)）狀態(tài)的相對(duì)變化量在0.1%～3.0%左右，只有個(gè)別情況時(shí)（2001-10-29早晨的幾個(gè)小時(shí)中），相對(duì)變化量達(dá)到4.0%～5.5%。因此，對(duì)鄒縣電廠4號(hào)機(jī)組，這個(gè)相對(duì)變化量的報(bào)警值設(shè)定為10%。
在這個(gè)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(rùn)滑油的溫度對(duì)油膜厚度的影響很大。從潤(rùn)滑油化學(xué)化驗(yàn)結(jié)果分析，以30號(hào)油為例，40ºC時(shí)，粘度為32 mm2/s，50ºC時(shí)，粘度為20 mm2/s。但在狀態(tài)數(shù)學(xué)模型的建立中，潤(rùn)滑油的溫度沒(méi)有作為一個(gè)自變量來(lái)使用，而是作為一個(gè)因變量使用。這樣狀態(tài)數(shù)學(xué)模型的輸出結(jié)果，即潤(rùn)滑油狀態(tài)的相對(duì)變化包含了潤(rùn)滑油的溫度變化。所以，當(dāng)潤(rùn)滑油系統(tǒng)（油質(zhì)）的狀態(tài)相對(duì)變化量較大時(shí)，例如，達(dá)到報(bào)警值時(shí)，就可能包含2個(gè)信息：一是潤(rùn)滑油質(zhì)（油量）出了問(wèn)題，另一個(gè)就是潤(rùn)滑油的溫度超出了正常范圍?？傊瑱C(jī)組運(yùn)行人員要提高警惕。（2）軸瓦潤(rùn)滑油系統(tǒng)（油質(zhì)）狀態(tài)數(shù)學(xué)模型只是判定軸瓦潤(rùn)滑油系統(tǒng)（油質(zhì)）的一個(gè)定性的狀態(tài)數(shù)學(xué)模型，而不是一個(gè)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(duì)應(yīng)關(guān)系，而只要與潤(rùn)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(rùn)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(rùn)滑油狀態(tài)的相對(duì)變化量達(dá)到某個(gè)范圍（鄒縣電廠4號(hào)機(jī)組暫定為10%以上，圖2為鄒縣電廠4號(hào)機(jī)組軸承潤(rùn)滑油狀態(tài)監(jiān)測(cè)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?，或供油溫度過(guò)低、過(guò)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(shí)，該潤(rùn)滑油的狀態(tài)就能夠做到在線監(jiān)測(cè)，引起相關(guān)人員的關(guān)注。
實(shí)際上，潤(rùn)滑油的劣化對(duì)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(tái)200MW機(jī)組為例，其潤(rùn)滑油從1978年機(jī)組投產(chǎn)一直使用到2001年，潤(rùn)滑油的顏色已經(jīng)變成棕色，潤(rùn)滑油劣化，但機(jī)組運(yùn)行并無(wú)異常發(fā)生。由于受條件、時(shí)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(cè)技術(shù)來(lái)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(duì)油膜的破壞機(jī)理進(jìn)行進(jìn)一步的研究和分析。
軸承潤(rùn)滑油質(zhì)的狀態(tài)檢測(cè)在“汽輪機(jī)軸系預(yù)測(cè)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(shí)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(gè)參數(shù)監(jiān)視抗燃潤(rùn)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(rùn)滑油狀態(tài)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)視，解決了電廠現(xiàn)在對(duì)潤(rùn)滑油狀態(tài)普遍只能采用定期（每周幾次）抽檢的問(wèn)題，從而可以及時(shí)對(duì)汽輪機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)失效故障進(jìn)行早期預(yù)報(bào)，減少或避免被動(dòng)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(guò)TSI系統(tǒng)的緩沖接口，因而不會(huì)影響機(jī)組的安全運(yùn)行，且汽輪機(jī)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)傳感器安裝工作，維護(hù)方便。
“汽輪機(jī)軸系預(yù)測(cè)維修系統(tǒng)”的研究獲山東省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。從2001年6月開(kāi)始“汽輪機(jī)軸系預(yù)測(cè)維修系統(tǒng)”陸續(xù)在山東省2臺(tái)600MW和3臺(tái)330MW和4臺(tái)135MW的機(jī)組投入運(yùn)行，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。
