汽轮机润滑油系统（油质）的状态检修
摘要：分析了汽轮机润滑油系统状态检修的重要性，提出了一种新颖的“使用最小油膜厚度的汽轮机润滑油系统（油质）状态检修”理论和方案，给出了系统框图和参数，对状态数学模型建立的方法和步骤进行了论述，并通过状态数学模型对该系统在现场20个月的运行数据进行了分析，该方案在电厂实际运行中取得了很好的效果。
关键词：汽轮机；润滑油系统；油膜厚度；状态检修
0概述
为进一步提高汽轮发电机组运行的经济性，近年来人们把注意力更多放在提高设备的可用性上，希望通过对机组运行参数全面的连续监测分析，获取机组每时每刻运行状况的信息，做出正确的判断和预测，达到实现状态检修的目的。根据多年来在电厂技术监督及基建调试的经验和理论研制的基础上开发了“汽轮机轴系预测维修系统”。
汽轮机组轴系动力系统状态监测和故障诊断的目的主要体现在4个方面：
⑴对汽轮机组轴系的状态进行自动的数据采集和分析，对其机械状态给出评估，并给运行和检修人员提出可操作的信息，避免或减少非正常停机，提高机组的可用性。
⑵早期故障认别及时采取措施，改善电厂设备运行安全性。
⑶优化运行过程提高机组使用寿命，延长机组使用时间。
⑷及时发现和监测非正常和故障运行状况并确定原因，对维修进行事先计划布置，达到延长维修间隔，缩短维修时间，提高设备利用率，减少维修费用。
“汽轮机轴系预测维修系统”通过汽轮机监视和保护仪表（TSI）系统的缓冲接口，可以实时、自动、连续地采集和存储汽轮机轴系动力系统的各种数据，提供完整的轴系运行档案。
1汽轮机润滑油系统（油质）状态监测
汽轮机抗燃透平油的供油系统（油质）的好坏直接关系到机组运行的安全性和经济性。轴承用的润滑油质劣化的主要原因：油中的水和空气。油中水的来源有：轴封渗入或磨损漏入的蒸汽凝结成水；潮湿的空气冷凝时产生的水；补油时带入的水；因热交换器泄漏浸入的水等等。油中的水破坏油膜的连续性和强度，降低油的运动粘度，恶化润滑性能，改变轴承动、静特性，能使油液产生酸性物质腐蚀元件，并生成氧化铁颗粒，加剧磨损和金属脱落。油中空气的来源主要是系统在排油风机作用下较大负压运行时吸入的，而油中溶有空气，会加速油的氧化，增加系统中的杂质污染，破坏油的正常润滑作用。另外，油系统供油压力不足或者油中的杂质阻塞油路使供油量不足等等的材质和设备方面的问题都需要一种状态检修的手段。因此，在汽轮机组长期的运行中，研制开发一种能对润滑油系统（油质）的状态进行在线连续监测的系统，克服对润滑油系统在线了解甚少的状况很有必要。
1．1原理
在轴瓦尺寸确定的条件下，轴颈在椭圆瓦中最小油膜厚度主要是机组负荷、转速和油质（粘附性和粘度）的函数，而粘附性和粘度又是油温的函数。一种液体只有同时具有适当的粘附性和粘度，才能作为润滑油，且润滑油对于摩擦表面的附着力还必须大于润滑油本身分子间的摩擦力。这样，转子在高速转动时，轴颈和轴瓦低部两个摩擦表面在相互滑动时，每一个表面都带动着一个附着油膜，形成两个摩擦表面之间的液体摩擦，这个压力很高的油膜支撑着转子重量在轴瓦中滑动。如果油质劣化，就使润滑油的粘附性不好，油对摩擦面的附着力不够，油膜受到破坏，转子轴颈就可能和轴承的轴瓦发生摩擦。这就是为什么如果油质劣化时，油的粘度变大，即使油中的杂质含量没有超标，也会造成轴瓦磨损的原因，即油的粘附性不能克服润滑油本身分子间的摩擦力，造成了油膜的破坏，是轴瓦磨损的主要因素。所以，对轴瓦中最小油膜厚度的监测，是一种最有效、直接的监测手段，可以减少轴瓦磨损的概率，作到对轴承的润滑油系统（油质）状态的监测。
1．2方法
“汽轮机轴系预测维修系统”的系统框图见图1。该系统在邹县电厂4号机组20个月的运行数据结果分析发现：在机组负荷、转速和油温变化不大的情况下，椭圆瓦中最小油膜厚度变化很小，非常稳定。这就提供了一种分析手段：选择一组具有代表性的汽轮机各轴瓦油膜厚度的参考数据，然后按照各个轴瓦的各自位置的不同，采用正态分布的数理统计方法，建立各个油膜厚度的加权系数，然后再使用机组负荷为自变量的函数来修正，可推导出轴瓦润滑油系统（油质）状态数学模型。使用这个状态数学模型分析了大量数据后和机组实际的油质化学化验结果对比，发现：在20个月的机组运行中，大多数情况下，使用这个数学模型计算出轴瓦润滑油系统（油质）状态的相对变化量在0.1%～3.0%左右，只有个别情况时（2001-10-29早晨的几个小时中），相对变化量达到4.0%～5.5%。因此，对邹县电厂4号机组，这个相对变化量的报警值设定为10%。
在这个状态数学模型的使用中，有二方面应引起注意：（1）润滑油的温度对油膜厚度的影响很大。从润滑油化学化验结果分析，以30号油为例，40ºC时，粘度为32 mm2/s，50ºC时，粘度为20 mm2/s。但在状态数学模型的建立中，润滑油的温度没有作为一个自变量来使用，而是作为一个因变量使用。这样状态数学模型的输出结果，即润滑油状态的相对变化包含了润滑油的温度变化。所以，当润滑油系统（油质）的状态相对变化量较大时，例如，达到报警值时，就可能包含2个信息：一是润滑油质（油量）出了问题，另一个就是润滑油的温度超出了正常范围。总之，机组运行人员要提高警惕。（2）轴瓦润滑油系统（油质）状态数学模型只是判定轴瓦润滑油系统（油质）的一个定性的状态数学模型，而不是一个定量的数学模型。因此，状态数学模型的输出结果与机组实际的油质化学化验结果不一定具有严格、准确的一一对应关系，而只要与润滑油的状态具有可靠的数据相关性（模糊数学关系），从而降低了建立轴瓦润滑油系统（油质）状态数学模型的难度。即只要抗燃润滑油状态的相对变化量达到某个范围（邹县电厂4号机组暂定为10%以上，图2为邹县电厂4号机组轴承润滑油状态监测画面），则表明该油质（油量）发生了变化（如：含水量超标等使润滑油粘度下降），或供油温度过低、过高，或油中杂质破坏油膜、供油馈缺等等。这样在机组运行时，该润滑油的状态就能够做到在线监测，引起相关人员的关注。
实际上，润滑油的劣化对油膜的某些破坏机理现在还不大清楚。这方面，可以举出许多例子。以华能山东辛店电厂2台200MW机组为例，其润滑油从1978年机组投产一直使用到2001年，润滑油的颜色已经变成棕色，润滑油劣化，但机组运行并无异常发生。由于受条件、时间等等限制，还有大量的更细致的工作未做。所以，利用轴承最小油膜厚度的检测技术来预防轴颈的磨损具有非常实际的意义；利用这种技术还可以对油膜的破坏机理进行进一步的研究和分析。
轴承润滑油质的状态检测在“汽轮机轴系预测维修系统”中，提供了2种手段：一种是历史数据分析，另一种是实时数据在线分析，为汽轮机组点检人员和运行人员提供了方便。
2结论
强调使用最小油膜厚度这个参数监视抗燃润滑油系统的状态，是因为采用这种技术可为运行人员提供一种汽轮机组抗燃润滑油状态的实时在线监视，解决了电厂现在对润滑油状态普遍只能采用定期（每周几次）抽检的问题，从而可以及时对汽轮机润滑油系统失效故障进行早期预报，减少或避免被动停机故障的发生。且由于最小油膜厚度这种技术采集数据是通过TSI系统的缓冲接口，因而不会影响机组的安全运行，且汽轮机现场无传感器安装工作，维护方便。
“汽轮机轴系预测维修系统”的研究获山东省科技进步二等奖。从2001年6月开始“汽轮机轴系预测维修系统”陆续在山东省2台600MW和3台330MW和4台135MW的机组投入运行，取得了很好的经济效益。
