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0 引言
頂軸油系統是電站關鍵的汽輪機輔助配套系統， 其可靠性和穩定性對汽輪機的運轉影響極大。本文主 要研究了某電廠二期 3# 、4# 機組頂軸油系統故障率高 的問題，并提出相關整改措施，取得了良好的治理效 果，可以為同類機組的運維提供參考借鑒。 1 系統設備及故障問題 1.1 系統概況 某電廠 3# 、4# 機組為 660 MW 超超臨界二次中間 再熱凝汽式汽輪機組，汽輪機潤滑油系統配套有主機 頂軸油分系統（圖 1）。主機頂軸油系統配套 3 臺頂軸 油泵，每臺泵出口經過 1 個模塊后，3 路匯聚到 1 個總 模塊再經母管分配套各個軸瓦。 1.2 存在的問題 3# 、4# 機組自 2018 年投產以來，頂軸油系統故障 率較高，主要故障現象為系統油壓低、油壓波動、不起 壓等。頂軸油系統的頻繁故障嚴重了威脅汽輪機的正 常運行。2021 年，該電廠在 3# 、4# 機 B 修期間對各軸瓦 進行檢修，檢查發現多個瓦的烏金損壞，特別是 1# ~3# 瓦出現烏金大塊脫落，破損嚴重。主機頂軸油系統運行 異常導致汽輪機軸瓦損壞，影響機組安全。 由圖 2 可以看出，3# 、4# 機組頂油油系統故障次數 呈上升趨勢。頂軸油系統頻繁故障已經成為影響機組安 全可靠運行的重大威脅，急需進行系統的分析和處理。
2 頂軸油系統故障原因分析
電廠頂軸油系統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。
對頂軸油系統故障率高的原因進行系統查找，對人、 機、料、法、環 5 個要素進行要因分析，最終找到了 5 個影 響因素，分別是預防性檢修計劃周期設置過長、油泵出口 模塊設計不合理、軸封漏汽量大、在線濾油機流量不 足、軸承軟管接頭選型不合理等，具體分析結果如下。
2.1 預防性檢修計劃周期設置過長
頂軸油系統模塊為進口設備，按照說明書要求每 3年執行 1 次檢修，每次檢修需外委給專業的液壓檢修公 司進行檢修和試驗。另外，由于二次再熱汽輪機軸瓦的 特殊設計，有的軸瓦在檢修過程中翻入、翻出時，需要投 運頂軸油系統頂起汽輪機轉子，否則無法翻瓦。這就造成 3# 、4# 機組在每次等級檢修時，如果有軸瓦檢修項目， 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，設備未能按規定進行針對性的檢查檢修，預防性檢修計劃沒有進行及時調整，檢修周期不能 適應設備實際運行狀況的需要，導致頂軸油系統每年 故障率居高不下。
2.2 油泵出口模塊設計不合理
根據圖 3 可知，頂軸油油泵出口通道至逆止閥前， 分別并聯接入了 1 個調壓閥（溢流閥）和 1 個電磁換向 閥。在泵啟動前 10 s 內，電磁換向閥處于失電狀態，與 回油管路聯通，頂軸油泵出口油通道卸油。泵啟動 10 s 后，電磁閥上電，關閉油路，油泵對頂軸油母管正常供 油。這樣設計可以很好地排出空氣，還可以避免油泵在 啟動過程中突然全出力造成憋泵，以防止油泵損壞。
該電廠的電磁閥設計了 5 個通道，包括 2 個回油 通道、1 個壓力油通道、1 個 A 路供油通道、1 個 B 路 供油通道。電磁閥的 2 個回油口對稱布置，在電磁閥內 部是導通的。而用于安裝電磁閥的模塊則只設計了 4個 油口，也就使電磁閥的一個回油口處于悶死狀態，這樣 設計本身可以滿足系統泄壓流量要求。但是在當油質 較差的情況下，這種設計方式導致悶死的回油口由于沒有油通過，使雜質容易在該位置聚集，長時間運行后 會導致電磁閥閥芯卡澀（圖 4）。因此，油泵出口模塊設 計不合理也是頂軸油系統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 計缺陷導致雜質聚集外， 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 液壓系統電磁閥內部生 銹的主要原因。 經檢測，3# 、4# 機組均 存在潤滑油微水值經常超標的情況，導致電磁閥的閥 芯容易生銹、閥芯卡澀，油泵啟動 10 s 后，電磁閥上電 后無法關嚴，壓力油從電磁閥處卸走，頂軸油母管油壓 無法建立，造成系統故障。 經過系統檢查，發現油中水的來源主要是軸封漏 汽。通過對 3# 、4# 機每個缸的軸封進行專項檢查，確定 3# 機的高壓缸前、后軸封、4# 機的超高壓缸前軸封漏汽 較大，在機組長期高負荷工況下漏汽量加大，導致潤滑 油微水超標，是造成頂軸油系統故障率高的原因之一。
2.4 在線濾油機流量不足
3# 、4# 汽輪機的潤滑油系統各配備了 1 臺 HCP100 （PALL）型濾油機，最大處理流量為 100 L/min。然而在 水分較高的情況下，該濾油機無法滿足濾油出力要求。 特別是機組長期高負荷運行期間，過濾時間長、過濾油 質無法達到合格值，這種情況可能引發油泵損壞、電磁 閥卡澀等問題。因此，配套的在線濾油機處理流量不 足，無法對油質進行有效控制，是導致頂軸油系統發生 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# 機組軸承頂軸油供油軟管經常發生脫落故 障，更換新接頭也無法解決脫落的情況。對 3 家電廠同 類型的 6 臺機組進行調研，發現上汽二次再熱汽輪機 的軸承頂軸油管普遍存在易脫落的問題，對軸承油膜 剛度、頂軸油系統壓力造成不利影響。頂軸油管頻繁脫落問題普遍存在于同類機型，說 明該軟管接頭的選型存在嚴重問題。經過解體研究，該 類型活接的云頭通過脹管方式固定在加長短管上，這 種連接方式在長期高壓油作用下很容易脫開，造成泄 漏、脫落。因此，軸承頂軸油活結頭選型不合理，是造成 頂軸油系統異常的重要原因之一。
3 軸封漏汽問題解決
3.1 漏汽點分析
對 3# 、4# 汽輪機軸封漏汽情況進行檢查，3# 機組為 高壓缸前、后軸封泄漏，4# 機組為超高壓缸前軸封泄 漏。由于二次再熱機組大修周期為 10~12 年，而目前 機組只運行了 5 年左右，不具備開缸檢修條件。機組停 機且盤車停運時用塞尺測量軸封間隙，發現 3# 機組高 壓缸前后軸封左右間隙偏差較大，但總間隙在標準范 圍內，說明是轉子與缸體因運行膨脹等原因發生了偏 移，造成軸封某個方向間隙大，可以通過碰缸調整的方 式來解決。 4# 機超高壓缸前軸封上下、左右間隙均較大，說明 軸封整體被磨損，已無法通過碰缸的方式進行修正，需 考慮其他方法解決。
3.2 軸端漏汽擋汽裝置設計
為了解決 4# 機超高壓缸前軸封磨損漏汽大的問 題，可以在軸封外側再設計一道密封，把漏出蒸汽引 出，防止水汽通過軸承室進入油系統，造成頂軸油系 統異常。 擋汽環材料設計為 12Cr1MoV 鋼，可以耐受外缸 高溫（圖 5）。利用現有端面上的運輸環螺栓孔進行安 裝固定，在保證機組安全運行的前提下安裝一個具有 阻汽功能的擋板對端部汽封漏汽進行阻擋，同時在擋 汽環上部開漏汽孔，將軸封漏汽回收至軸加。 擋汽裝置采用兩半的形式，在現場進行拼裝。為防止擋汽裝置與軸頸發生碰磨，設計和安裝時應充分考 慮擋汽環的徑向定位。擋汽齒必須光滑，防止汽輪機運 行時轉子與擋汽齒碰磨，以保證任何工況下擋汽環連 接管道的膨脹、收縮不影響擋汽環與軸頸的徑向間隙， 造成軸頸損壞。 擋汽環設計充分考慮軸向上與軸承座、油封環、汽 缸、轉子等部件之間的空間限制和間隙要求，保證機組 安全穩定運行要求。應依據可能出現的最高工作溫度 和壓力，并能在此溫度、壓力下長期正常工作。
擋汽環包含與擋汽環配套的 8 套柔性管接、2 套 壓力表、2 套鋼管及相關管件、2 套閥門、2 套緊固件、2 套擋汽環外表面保溫噴涂材料、2 套密封材料等配套 輔材以及現場安裝所需的消耗性材料等。
4 綜合整治
4.1 完善頂軸油設備的預防性檢修計劃
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口設備，檢修需要交給專業 的外委廠家處理，一般外委工期需要 10 d 左右。因盤 車冷卻需要投運頂軸油，每次頂軸油設備外委檢修往 往在機組檢修開工 20 d 以后才能回廠。而上汽二次再 熱機組汽輪機軸瓦檢修需投運頂軸油，受工期限制，頂 軸油系統液壓設備無法送出檢修。依靠外委廠家檢修 的方式無法滿足設備維護的需要，因此研究在現場檢 修頂軸模塊的方法非常必要。 在沒有內部結構原理圖的情況下，為了弄清頂軸 油泵出口模塊原理，對換下的舊模塊進行拆卸研究，畫 出內部原理結構圖。對電磁閥進行解體，做好每個拆解 步驟的詳細記錄，并拍照留存。設計試驗裝置，包括壓 力氣瓶、試驗底座、測量儀表等部件，可以對模塊進行 相關性能試驗，驗證檢修質量，確保設備能夠正常使 用。通過不斷的試驗與改進，電廠設備管理人員最終成 功地研究出頂軸油系統模塊檢修技術，并制成檢修文 件包，方便后續的日常檢修。
4.1.2 修改檢修規程 2022 年 1 月，該電廠對頂軸油系統檢修規程進行 了修訂，將頂軸油系統檢修周期由 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試驗為主， 保證了頂軸油系統的檢修質量。
4.2 頂軸油泵出口模塊改造
頂軸油模塊只有 4 個油口，與電磁閥的 5 個油口 不匹配（圖 6）。雖然在功能上滿足使用要求，但是在該 電廠油系統環境中，會導致該電磁閥回油口對應的閥 芯容易生銹、聚集雜質，造成電磁閥卡澀或開不到位， 引起頂軸油系統異常。 為了解決該問題，對模塊進行改進，直接把 2 個回 油孔打通。另外在模塊前新設置 1 個前置濾網，對油顆 粒進行過濾。
4.3 解決軸封漏汽量大問題
4.3.1 軸端漏汽擋汽裝置
為解決軸封漏汽問 題，電廠專門設計了一個 軸端漏汽擋汽裝置。該裝 置為左、右兩半結構，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 置底部設計有排汽管路， 與軸加入口相連接。其原理是通過軸加風機抽氣作用， 使裝置腔室保持負壓，軸封泄漏的蒸汽進入到擋汽裝 置內腔室，通過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入軸承箱。
4.3.2 汽輪機碰缸調整軸封間隙
為解決 3# 機高壓缸軸封漏汽問題，考慮到軸封總 間隙在合格范圍內，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，從而解決軸封漏汽問題。用 千分表測量軸與缸體的相對位置，拆卸缸體立銷、貓抓 滑板，通過千斤頂、頂起螺栓對缸體進行整體移動，得 到偏差值，再通過調整立銷和滑板厚度來調整缸體與 轉子的相對位置。
4.4 在線濾油機流量不足
為了解決在線濾油機修理不足的問題，該電廠專 門采購了 1 臺 PALL 公司生產的 HVP200 型濾油機， 其處理流量為 12 000 L/h。大流量濾油機采用真空脫 水，相比較原在線濾油機的聚結濾芯脫水方式，脫水效 率更高、維護成本更低。
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油口接頭的云頭脹接在短管上，在高壓使用環境下很容易脫落。為解決這個問 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）修改頂軸油系統設 備檢修計劃和規程后，根據 設備的實際情況開展檢修， 合理安排檢修計劃。經過本 次活動，檢修人員成功掌握 了進口液壓設備的檢修技 術和技能，能夠更加方便靈 活地開展檢修，使設備和系統保持在健康的工作狀態。
（2）頂軸油模塊改造后，經過 1 年運行后對其解體 檢查，結果表明電磁閥閥芯，特別是原悶死的單側回油 口處，無任何雜質聚集。經過本次改造優化，有效避免 了雜質卡住電磁閥和模塊安裝部件，改造效果顯著。
（3）汽輪機軸封漏汽處安裝擋汽裝置以及碰缸調 整后，在不同負荷工況下多次檢查汽缸外部，確認無任 何漏汽，潤滑油微水值在濾油機不投運的情況下依然 能在較長時間保持合格，說明本次優化成功解決了軸 封漏汽對頂軸油系統的影響。
（4）增加大流量濾油機后，整個油系統處理能力大 大增強，而且能和原有的在線濾油機共同使用，總處理 流量能達到 18 000 L/h。在某次機組開機過程中，對濾 油機性能進行試驗，油顆粒度由 12 級過濾至 6 級只需 8 h，微水由 532 mg/L 過濾至 50 mg/L 以內只需 5 h， 較整治前的過濾效率提高了 4~5 倍。濾油機的處理能 力增強后，在面對未來油系統不可預知的油質變差情 況能夠很快地對其處理，系統抗異常能力大大增強。
（5）頂軸油管接頭優化后，經過 1 年的觀察，3# 、4# 機 組未再發生頂軸油管脫落故障。在 2023 年 4# 機 C 修期 間，對各軸瓦接頭檢修檢查，每個接頭都非常牢固可靠， 無任何泄漏，證明接頭優化取得了非常好的預后效果。 頂軸油系統故障率高問題的綜合整治工作在 2022 年 3 月全部完成，對 2022 年 4 月—2023 年 6 月 期間的設備運行情況進行統計和檢查。在 1 年多時間 的運行中，頂軸油系統發生故障的次數為 0 次，相較整 治前故障頻發的情況，整治工作效果明顯，達到了預期 效果，為汽輪機安全運行提供了可靠保障（圖 8）。
6 結論
（1）頂軸油系統主要作用是為汽輪機轉子提供正 常、穩定的頂起油壓，其故障形式主要為油壓異常，而 頂軸油系統異常往往是由油質異常引起的。
（2）為提高頂軸油系統的運行可靠性，除了要考慮 維持油質合格外，還應考慮在油質異常等特殊工況下， 頂軸系統是否能夠適應和滿足穩定運行要求。如果不 能滿足，則應該分析、研究改善的方法，通過技術改造 等方式提高頂軸油系統的穩定性。
（3）對于進口設備的維護，不應過度依賴外委檢 修，要敢于擔當，大膽嘗試，吃透設備的工作原理和工 藝流程，把設備維護的主動權掌握在自己手中。
（4）在設備管理和維修工作中，通過對某一問題 的系統分析和研究，可以解決許多相互關聯潛在隱 患。例如本文為解決頂軸油系統頻繁故障的問題， 系統地摸排、尋找末端因素，同時解決了潤滑油系統 油質差，汽輪機軸封漏汽等關聯系統中存在的隱患 與問題，最終成功改善了機組設備的整體健康運行 狀況。
（5）頂軸油系統運行狀況對汽輪機健康運轉的影 響極大，作為設備管理者要引起高度重視，認真分析故 障原因，及時消除故障隱患。
