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顶轴油系统
作者:汉中秦川液压伺服控制有限公司:2016/5/20 10:52:29

一、概述

EH油动机



顶轴油装置是汽轮机组的一个重要装置。它在汽轮发电机组盘车、启动、停机过程中起顶起转子的作用。汽轮发电机组的椭圆轴承(#5/6)和可倾瓦轴承(#3/4),椭圆轴承设有高压顶轴油囊,顶轴装置所提供的高压油在转子和轴承油囊之间形成静压油膜,强行将转子顶起,避免汽轮机低转速过程中轴颈和轴瓦之间的干摩擦,减少盘车力矩,对转子和轴承的保护起着重要作用;在汽轮发电机组停机转速下降过程中,防止低速碾瓦,运行时顶轴油囊的压力代表该点轴承的油膜压力,是监视轴系标高变化、轴承载荷分配的重要手段之一。

顶轴油系统流程:顶轴油泵油源来自冷油器后的润滑油,压力约为0.2MPa,可以有效防止油泵吸空气蚀。吸油经过一台45μm自动反冲洗过滤装置进行粗滤,然后再经过20μm的双筒过滤器进入顶轴油泵的吸油口,经油泵升压后,油泵出口的油压力为12.0MPa,压力油经过单筒高压过滤器进入分流器,经单向阀,最后进入各轴承。通过调整节流阀可控制进入各轴承的油量及油压,使轴颈的顶起高度在合理的范围内(理论计算,轴颈顶起油压8-12MPa,顶起高度大于0.02mm)。泵出口油压由溢流阀调定。

系统采用了两级油过滤器有效地保证了系统的清洁度。油泵采用进口的恒压变流量柱塞泵,该泵具有高效率、低发热、低噪音,高压下连续运转,性能可靠、无外漏、容积效率高等诸多优点。同时在电机和泵之间配置了高精度的联接过渡架及带补偿的联轴器,降低了整个油泵电机组的振动、噪音,保证系统整体性能的优良、可靠。

为控制两台泵的运行、切换和防止泵吸空损坏,在油泵的进出口管路上装有压力开关,当油泵入口油压≤0.1MPa时, 油泵入口处压力开关接通(ON),表示吸入滤网堵塞;当泵的出口管路油压≤7MPa时,出口管路上压力开关接通(ON),应启动备用顶轴油泵。

在顶轴装置的前部是仪表盘。在仪表盘上安装有顶轴装置系统图中的所有压力表和泵前后的压力开关。在现场实际操作时,方便、简捷,观察和记录数据一目了然。

在自动反冲洗过滤装置前后各设一压力表,以监测其差压大小,视情况对其清洗。

伺服液压系统


顶轴油系统功能:

1.顶轴油系统用于给汽轮发电机组转子轴承提供高压润滑油来减小盘车装置启动和运行时的转矩。

2.防止在盘车装置运行或汽轮机组转子低速旋转,此转速不足以在转子轴承建立油锲时而出现轴颈巴比特衬层的机械摩擦。

3.在启动或停机时盘车装置运行防止大轴弯曲。

4.在每个轴承上分配适量的来自顶轴油泵的润滑油。

二、系统设备介绍

顶轴装置主要由电机、高压油泵、自动反冲洗过滤器、双筒过滤器、 压力开关、单向阀和节流阀等部套及不锈钢管、附件组成,装置采用集装式结构,便于现场安装和维护。

1.顶轴油泵

顶轴油系统采用两台顶轴油泵,一运一备,型式为变量柱塞泵。

柱塞泵(见图11-12)通过柱塞在缸体往复运动完成吸油排油升压的过程。变量柱塞泵是在转速不变的情况下,通过改变斜盘与传动轴的夹角使柱塞的轴向移动距离发生变化,从而改变排量,同时电机负载也会随着斜盘的斜度而改变,达到省电的目的。

变量柱塞泵的工作原理(见图11-12),变量柱塞泵的变量是通过改变泵腔工作容积来实现的,改变斜盘法线对缸体回转轴心的夹角γ,即改变各柱塞腔的工作容积,当γ角最大时,柱塞腔的工作容积最大,实现全排量供油,当γ角为0时,柱塞腔的工作容积为0,这时液压泵不供油。如果γ角为负值,则液压泵反向供油。改变γ角的方式有多种,每种方式都有各自的控制特点。

伺服油缸

图11-12变量柱塞泵的结构原理图

图11-13中:2为缸体回转轴心,3为液压泵斜盘。斜盘操纵臂4和变量柱塞8在复位弹簧5的作用下停留在原位,这时斜盘倾角γ最大,液压泵全排量供油。当系统压力略高于顺序阀1的设定压力时,打开顺序阀1,同时使换向阀7换向,系统压力油进入柱塞缸6,变量柱塞8克服复位弹簧5的作用力,改变斜盘倾角γ,液压泵实现变量供油。如果系统压力再度增高,变量柱塞缸6内的压力也再增高,使γ角接近0(有一部分泄漏,γ角不能为0),液压泵即保持一定压力,但不对系统供油,这就是液压泵在压力状态下的卸载(因为N=p×Q,当Q→0时,N→0)。在系统压力降低后,变量柱塞8立即恢复原始状态。图中换向阀7主要是为系统大量用油时,提高变量柱塞8复位的响应速度而设计的。这种控制为恒压变量控制,其特性如图11-14。

伺服油缸EH油动机

图11-13控制方式结构简图             图11-14恒压变量控制特性图

图中A-B为全排量供油段,B-C为变量段,C为压力状态下卸载点,也称为待用压力。变量段的压力范围(pB~pC)很小,适用于多个执行器能同时工作,压力在使用压力的90%以内都需要全排量供油的系统。

变量泵与标准定量泵的主要区别是输出功率不同,变量泵的输出功率是随负载的变化而变化,而定量泵的输出功率相对恒定,在小流量动作情况下,变量泵的输出功率很低,而定量泵的输出功率基本恒定。

2.自动反冲洗过滤装置

自动反冲洗过滤装置由缸体和过滤元件两部分组成(如图11—15),过滤元件由集成旁通阀、滤网、网架、排污机构等部分组成,垂直置于缸体内。该装置采用一种新型的反冲洗机构,利用润滑油系统自身的液压能驱动排污机构,连续自动地冲洗掉积存在滤网上的污物,保持虑芯通流面积恒定。另有工作过程不影响系统内部的压力、流量和温度,过滤精度高,虑油量大、压损低,无须专人操作,维护量少等优点,且具有集成旁通阀安全系统,不会因为装置本身故障造成供油不足。

伺服液压系统

图11-15 ZCL-1B自动反冲洗过滤装置图

伺服油缸

装置结构:排污机构由油马达和排污泵组成,油流驱动油马达连续运转,带动排污泵的两个叶片A、B反向冲洗滤网。套筒用于保护滤网,同时确保油流向下流动,使冲洗掉的污物沉积到缸体底部。虑芯顶盖上均布六个安全阀,组成集成旁通阀,当过滤元件出现故障,压力损失达到集成旁通阀开启压差时,集成旁通阀打开补充供油量,保证系统供油。网架用于支撑滤网,同时与排污泵叶片A、B构成楔形空间,将网架周向等分为若干个冲洗扇面。底架用于支承排污机构,同时控制其运转方向。

自动反冲洗的工作原理(图11-16):全部油流从滤网外部向内部径向地通过,过滤后的油从缸体下部的出油口输出,同时少量油(约占额定流量3%)驱动油马达后从缸体顶部回油口回到主油箱,构成排污机构工作回路,驱动油马达连续运转。随着油液的连续通过,杂质沉积在滤网表面,油马达驱动排污泵的两个叶片A、B交替运转,形成高压脉冲油流,由网内向外反向冲洗滤网表面沉积物,污物随油流向下沉积到缸体底部积污室内,定期排放(一般在检修期间排放)

冲洗过程是以顺时针方向逐个扇面周期性进行的,整个圆周面冲洗一次约需7.5~10s。包括三个阶段:(图11-16a)叶片A静止,叶片B朝A迅速合拢,形成反向冲洗脉冲;(图11-16b)冲洗脉冲达到峰值,一个扇面冲洗完毕;(图11-16c)叶片B静止,叶片A缓慢地转过一个角度,叶片A与网架形成楔形空间再次充满油,然后重复图11-16a的过程,进行下一冲洗循环。

装置启动:确认润滑油系统已经启动,先全开回油阀,略开进油阀进行注油排空,当缸体充满油,过滤元件即进入正常工作(监听有卡嗒、卡嗒声)。打开出油阀,全开进油阀。


伺服油缸

图11-16 ZCL-1B自动反冲洗过滤装置冲洗过程

排污机构工作频率的调整:调整回油阀,保证出油压力和回油压差在排污机构正常工作压力0.08~0.20MPa之间(最好为0.12~0.18MPa),监听排污频率在50~100次/min(最好为60~70次/min)

定期排污:大修后一周需要进行一次排污,以后每个月进行一次排污,经过这次排污后系统内油质基本干净,故只需半年后在作排污。实际使用中当进油压力和出油压力之差≥0.035MPa时应进行排污。排污时应将装置退出运行,卸下排污口堵板,清除积污室内的污物,不必将过滤元件取出。

3.过滤器

该过滤器为双联过滤器,一边在用,一边备用,可实现不停机更换滤芯。更换步骤如下:

⑴切换油路

打开平衡阀,将切换手柄换到另一边,打开放气螺塞放气,放完后关闭,然后关闭平衡阀。

⑵更换滤芯

打开需要更换滤芯放气螺塞和放油螺塞放油,待油液排空后,打开上盖,更换滤芯,然后装好上盖,拧紧放气螺塞和放油螺塞。

⑶更换周期

未报警状态下,建议滤芯更换周期为二至三个月。

4.节流阀和单向阀

 伺服液压系统

图1溢流阀、节流阀

 伺服液压系统

图2 单向阀

节流阀用来调整顶轴油压,从而调整各轴承的顶起高度,防止各轴承间的相互影响。单向阀是为使机组运行时防止轴承中油压卸掉。

5、压力继电器

压力继电器的工作原理:压力继电器是利用液体的压力来启闭电气触点的液压电气转换元件。当系统压力达到压力继电器的调定值时,发出电信号,使电气元件(如电磁铁、电机、时间继电器、电磁离合器等)动作,使油路卸压、换向,执行元件实现顺序动作,或关闭电动机使系统停止工作,起安全保护作用等。

压力继电器有柱塞式、膜片式、弹簧管式和波纹管式四种结构形式。下面对柱塞式压力继电器(见图)

伺服液压系统

‍的工作原理作一介绍:当从继电器下端进油口3进入的液体压力达到调定压力值时,推动柱塞2上移,此位移通过杠杆放大后推动微动开关4动作。改变弹簧1的压缩量,可以调节继电器的动作压力。

应用场合:用于安全保护、控制执行元件的顺序动作、用于泵的启闭、用于泵的卸荷。

注意: 压力继电器必须放在压力有明显变化的地方才能输出电信号。若将压力继电器放在回油路上,由于回油路直接接回油箱,压力也没有变化,所以压力继电器也不会工作。

6.旁通阀

优点是无需外动力,靠系统本身压力工作,有效的提高了运行安全系数,比传统电动压差控制阀更为安全可靠,解决了电动压差控制阀对电的信赖和电路出现问题造成机组损伤的机率,并且旁通阀便于安装,节省费用。

用途:旁通阀应用于冷(热)源机组的保护。安装于滤网之间旁通管上,当用户侧部分运行或变量运行时,系统流量变小,导致压差增大,压差超出设定值时,阀门自动打开,部分流量从此经过,以保证机组流量不小于限制值。

三、系统启停

顶轴油系统的启动

1、顶轴油泵启动前应检查润滑油压、油温正常;顶轴油泵入口滤网进出口门开启。各顶轴油泵出口门开启。

2、按规定进行油系统各联锁试验合格。

3、启动顶轴油泵,检查电流正常、检查顶轴油母管压力正常(14.0MPa),各轴承顶轴油压正常。

4、将备用顶轴油泵投自动。

5、在初次启动和检修后,初次投入顶轴油系统时应联系维修人员测量调整各轴顶起高度,并记录各瓦顶轴油压。

6、检查就地各轴承声音正常。

顶轴油系统的维护

1  在机组正常运行时,顶轴油系统应处于良好备用状态。

2  当机组启动投入盘车前,应先将顶轴油泵投入运行,转速高于2000rpm时,顶轴油泵应自动停止,否则手动停止,查明原因。同样,当汽机打闸停机后,转速低于2000rpm时,顶轴油泵应自启,否则应手动启动,并查明原因。

3  机组启停过程中,二台顶轴油泵一台运行,一台备用,但两台油过滤器可同时投入工作。

4  检查顶轴装置运行时无任何报警信号。

5  当任一轴承顶轴油压低于9.8MPa时,不得启动盘车。

6  检查油温及油泵外壳温度,如发现异常情况及时切换为备用泵,并联系检修处理。

7  检查滤油器滤网的阻塞情况,定期清洗。

8  检查顶轴油泵泄油口的情况,确认畅通,如泄油量发生异常变化,以及发生振动噪音或压力波动等情况应立即检查处理。

顶轴油泵及盘车装置的停运

1  高、中压缸金属最高温度<150℃时,可停止盘车装置运行。

2  按盘车“停止”按钮,检查盘车电流到零,“零转速光字牌”亮。

3  停止顶轴油泵运行。

4  启机过程中,当主机转速上升至超过盘车转速时,啮合手柄应自动脱开,盘车电机自停,否则打闸停机。

5  主机升速至2000rpm时,顶轴油泵应自动停运,否则手动停运。

顶轴油系统运行注意事项

1.确认顶轴油泵运行情况良好,无摩擦、异音、无异常振动;

2.确认顶轴油母管油压及各轴瓦顶轴油压正常,不正常不得投入盘车。

3.检查顶轴油系统无泄漏,若有泄漏及时联系处理;

4.确认顶轴油泵入口压力正常,系统各管路无振动;

5.顶轴油泵启动前,必须确认顶轴油泵出口门开启。

6.汽轮机启、停过程中当转速≤2000r/min时或在盘车启动前及盘车运行中,必须投入顶轴油系统运行,并确保顶轴油压正常;

7.当汽轮机转速升至>1200r/min时,顶轴油泵自动停止运行,否则手动停止运行;

8. 当汽轮机转速降至1200r/min时,A顶轴油泵优先自动启动运行,若5秒内A泵未启动,则B泵自动启动。若自动均未启动时应立即手动启动一台泵运行;

9. 正常运行时一台顶轴油泵运行,另一台泵备用。当运行泵因电气故障停止工作时,备用泵将自动启动运行;当运行泵出口油压≤7MPa时,备用泵将自动启动运行,联启的备用泵运行正常后,手动停止原运行泵;

10. 顶轴油泵投“手动”时,只有待启动的油泵进口油压≥0.03MPa且另一台泵没有运行,才可以启动运行;

11. 运行中当泵出口滤油器差压≥0.35±0.05MPa时,应停泵隔离放油后进行清洗。

四、顶轴油系统的联锁、报警、保护试验

1  润滑油母管压力低至(0.029)MPa时,闭锁盘车装置及顶轴油泵的启动。

2  当汽轮机转速低于2000rpm时,联启顶轴油泵,转速到零时联启盘车。

3  当汽轮机转速高于1200rpm时,联停顶轴油泵。

4  当顶轴油泵入口压力低于0.1MPa时,发“顶轴油泵入口压力低”报警。

5  当顶轴油泵出口压力低于7MPa时,联停顶轴油泵,并联启备用泵。

6  当任一轴承顶轴油压低于3.43MPa时,联启备用顶轴油泵。

五、危险点分析:

顶轴油压无法建立

1、高压管路存在泄漏点

2、管路阻塞

3、出口溢油门误开或不严

4、油泵故障,出口油压低

六、常见故障及处理

顶轴油管泄漏引起着火

现象:调试过程中顶轴油系统压力表管和顶轴油泵出口管道频繁发生泄漏,机组正处在极热态启动过程中,顶轴油系统压力表管有两根同时泄漏,大量润滑油喷至热工电源盘和汽机主蒸汽管道疏水电动门上,直至流到零米再热蒸汽管附近,从而引起汽机车间着火,所幸的是热工电源盘没有发生火灾。

原因:是厂家生产的压力表管质量不合格,强度未达到设计标准的表管引起漏油。

处理:经全面更换压力表管,并在机组进行扩大性小修时,将顶轴油泵移至零米(原来安装在6.3米平台)后,再也没有发生过由于顶轴油系统泄漏引起的故障


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