汽輪機潤滑油系統（油質）的狀態檢修
摘要：分析了汽輪機潤滑油系統狀態檢修的重要性，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（油質）狀態檢修”理論和方案，給出了系統框圖和參數，對狀態數學模型建立的方法和步驟進行了論述，并通過狀態數學模型對該系統在現場20個月的運行數據進行了分析，該方案在電廠實際運行中取得了很好的效果。
關鍵詞：汽輪機；潤滑油系統；油膜厚度；狀態檢修
0概述
為進一步提高汽輪發電機組運行的經濟性，近年來人們把注意力更多放在提高設備的可用性上，希望通過對機組運行參數全面的連續監測分析，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，達到實現狀態檢修的目的。根據多年來在電廠技術監督及基建調試的經驗和理論研制的基礎上開發了“汽輪機軸系預測維修系統”。
汽輪機組軸系動力系統狀態監測和故障診斷的目的主要體現在4個方面：
⑴對汽輪機組軸系的狀態進行自動的數據采集和分析，對其機械狀態給出評估，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，改善電廠設備運行安全性。
⑶優化運行過程提高機組使用壽命，延長機組使用時間。
⑷及時發現和監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，提高設備利用率，減少維修費用。
“汽輪機軸系預測維修系統”通過汽輪機監視和保護儀表（TSI）系統的緩沖接口，可以實時、自動、連續地采集和存儲汽輪機軸系動力系統的各種數據，提供完整的軸系運行檔案。
1汽輪機潤滑油系統（油質）狀態監測
汽輪機抗燃透平油的供油系統（油質）的好壞直接關系到機組運行的安全性和經濟性。軸承用的潤滑油質劣化的主要原因：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成水；潮濕的空氣冷凝時產生的水；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，能使油液產生酸性物質腐蝕元件，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，增加系統中的雜質污染，破壞油的正常潤滑作用。另外，油系統供油壓力不足或者油中的雜質阻塞油路使供油量不足等等的材質和設備方面的問題都需要一種狀態檢修的手段。因此，在汽輪機組長期的運行中，研制開發一種能對潤滑油系統（油質）的狀態進行在線連續監測的系統，克服對潤滑油系統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、轉速和油質（粘附性和粘度）的函數，而粘附性和粘度又是油溫的函數。一種液體只有同時具有適當的粘附性和粘度，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，轉子在高速轉動時，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子重量在軸瓦中滑動。如果油質劣化，就使潤滑油的粘附性不好，油對摩擦面的附著力不夠，油膜受到破壞，轉子軸頸就可能和軸承的軸瓦發生摩擦。這就是為什么如果油質劣化時，油的粘度變大，即使油中的雜質含量沒有超標，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測，是一種最有效、直接的監測手段，可以減少軸瓦磨損的概率，作到對軸承的潤滑油系統（油質）狀態的監測。
1．2方法
“汽輪機軸系預測維修系統”的系統框圖見圖1。該系統在鄒縣電廠4號機組20個月的運行數據結果分析發現：在機組負荷、轉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據，然后按照各個軸瓦的各自位置的不同，采用正態分布的數理統計方法，建立各個油膜厚度的加權系數，然后再使用機組負荷為自變量的函數來修正，可推導出軸瓦潤滑油系統（油質）狀態數學模型。使用這個狀態數學模型分析了大量數據后和機組實際的油質化學化驗結果對比，發現：在20個月的機組運行中，大多數情況下，使用這個數學模型計算出軸瓦潤滑油系統（油質）狀態的相對變化量在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定為10%。
在這個狀態數學模型的使用中，有二方面應引起注意：（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。但在狀態數學模型的建立中，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。這樣狀態數學模型的輸出結果，即潤滑油狀態的相對變化包含了潤滑油的溫度變化。所以，當潤滑油系統（油質）的狀態相對變化量較大時，例如，達到報警值時，就可能包含2個信息：一是潤滑油質（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（油質）狀態數學模型只是判定軸瓦潤滑油系統（油質）的一個定性的狀態數學模型，而不是一個定量的數學模型。因此，狀態數學模型的輸出結果與機組實際的油質化學化驗結果不一定具有嚴格、準確的一一對應關系，而只要與潤滑油的狀態具有可靠的數據相關性（模糊數學關系），從而降低了建立軸瓦潤滑油系統（油質）狀態數學模型的難度。即只要抗燃潤滑油狀態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監測畫面），則表明該油質（油量）發生了變化（如：含水量超標等使潤滑油粘度下降），或供油溫度過低、過高，或油中雜質破壞油膜、供油饋缺等等。這樣在機組運行時，該潤滑油的狀態就能夠做到在線監測，引起相關人員的關注。
實際上，潤滑油的劣化對油膜的某些破壞機理現在還不大清楚。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年機組投產一直使用到2001年，潤滑油的顏色已經變成棕色，潤滑油劣化，但機組運行并無異常發生。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來預防軸頸的磨損具有非常實際的意義；利用這種技術還可以對油膜的破壞機理進行進一步的研究和分析。
軸承潤滑油質的狀態檢測在“汽輪機軸系預測維修系統”中，提供了2種手段：一種是歷史數據分析，另一種是實時數據在線分析，為汽輪機組點檢人員和運行人員提供了方便。
2結論
強調使用最小油膜厚度這個參數監視抗燃潤滑油系統的狀態，是因為采用這種技術可為運行人員提供一種汽輪機組抗燃潤滑油狀態的實時在線監視，解決了電廠現在對潤滑油狀態普遍只能采用定期（每周幾次）抽檢的問題，從而可以及時對汽輪機潤滑油系統失效故障進行早期預報，減少或避免被動停機故障的發生。且由于最小油膜厚度這種技術采集數據是通過TSI系統的緩沖接口，因而不會影響機組的安全運行，且汽輪機現場無傳感器安裝工作，維護方便。
“汽輪機軸系預測維修系統”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”陸續在山東省2臺600MW和3臺330MW和4臺135MW的機組投入運行，取得了很好的經濟效益。
