0 引言

   顶轴油系统是电站关键的汽轮机辅助配套系统， 其可靠性和稳定性对汽轮机的运转影响极大。本文主 要研究了某电厂二期 3# 、4# 机组顶轴油系统故障率高 的问题，并提出相关整改措施，取得了良好的治理效 果，可以为同类机组的运维提供参考借鉴。 1 系统设备及故障问题 1.1 系统概况 某电厂 3# 、4# 机组为 660 MW 超超临界二次中间 再热凝汽式汽轮机组，汽轮机润滑油系统配套有主机 顶轴油分系统（图 1）。主机顶轴油系统配套 3 台顶轴 油泵，每台泵出口经过 1 个模块后，3 路汇聚到 1 个总 模块再经母管分配套各个轴瓦。 1.2 存在的问题 3# 、4# 机组自 2018 年投产以来，顶轴油系统故障 率较高，主要故障现象为系统油压低、油压波动、不起 压等。顶轴油系统的频繁故障严重了威胁汽轮机的正 常运行。2021 年，该电厂在 3# 、4# 机 B 修期间对各轴瓦 进行检修，检查发现多个瓦的乌金损坏，特别是 1# ~3# 瓦出现乌金大块脱落，破损严重。主机顶轴油系统运行 异常导致汽轮机轴瓦损坏，影响机组安全。 由图 2 可以看出，3# 、4# 机组顶油油系统故障次数 呈上升趋势。顶轴油系统频繁故障已经成为影响机组安 全可靠运行的重大威胁，急需进行系统的分析和处理。

2 顶轴油系统故障原因分析

 电厂顶轴油系统故障主要分为液压模块故障和其 他故障，其他故障主要集中在顶轴油管脱落故障，且故 障频次有上涨趋势。

对顶轴油系统故障率高的原因进行系统查找，对人、 机、料、法、环 5 个要素进行要因分析，最终找到了 5 个影 响因素，分别是预防性检修计划周期设置过长、油泵出口 模块设计不合理、轴封漏汽量大、在线滤油机流量不 足、轴承软管接头选型不合理等，具体分析结果如下。

 2.1 预防性检修计划周期设置过长

 顶轴油系统模块为进口设备，按照说明书要求每 3年执行 1 次检修，每次检修需外委给专业的液压检修公 司进行检修和试验。另外，由于二次再热汽轮机轴瓦的 特殊设计，有的轴瓦在检修过程中翻入、翻出时，需要投 运顶轴油系统顶起汽轮机转子，否则无法翻瓦。这就造成 3# 、4# 机组在每次等级检修时，如果有轴瓦检修项目， 为了保证顺利翻瓦，顶轴油模块都未能外委出厂检修。 由此可知，设备未能按规定进行针对性的检查检修，预防性检修计划没有进行及时调整，检修周期不能 适应设备实际运行状况的需要，导致顶轴油系统每年 故障率居高不下。

 2.2 油泵出口模块设计不合理

 根据图 3 可知，顶轴油油泵出口通道至逆止阀前， 分别并联接入了 1 个调压阀（溢流阀）和 1 个电磁换向 阀。在泵启动前 10 s 内，电磁换向阀处于失电状态，与 回油管路联通，顶轴油泵出口油通道卸油。泵启动 10 s 后，电磁阀上电，关闭油路，油泵对顶轴油母管正常供 油。这样设计可以很好地排出空气，还可以避免油泵在 启动过程中突然全出力造成憋泵，以防止油泵损坏。

该电厂的电磁阀设计了 5 个通道，包括 2 个回油 通道、1 个压力油通道、1 个 A 路供油通道、1 个 B 路 供油通道。电磁阀的 2 个回油口对称布置，在电磁阀内 部是导通的。而用于安装电磁阀的模块则只设计了 4个 油口，也就使电磁阀的一个回油口处于闷死状态，这样 设计本身可以满足系统泄压流量要求。但是在当油质 较差的情况下，这种设计方式导致闷死的回油口由于没有油通过，使杂质容易在该位置聚集，长时间运行后 会导致电磁阀阀芯卡涩（图 4）。因此，油泵出口模块设 计不合理也是顶轴油系统故障率高的原因之一。

 2.3 轴封漏汽量大 

顶轴油泵出口切换 电磁阀故障是造成顶轴 油泵不出力或者出力低 的主要原因。除了模块设 计缺陷导致杂质聚集外， 其阀芯本身以及阀体生 锈也是造成卡涩的重要 原因，而油中带水是引起 液压系统电磁阀内部生 锈的主要原因。 经检测，3# 、4# 机组均 存在润滑油微水值经常超标的情况，导致电磁阀的阀 芯容易生锈、阀芯卡涩，油泵启动 10 s 后，电磁阀上电 后无法关严，压力油从电磁阀处卸走，顶轴油母管油压 无法建立，造成系统故障。 经过系统检查，发现油中水的来源主要是轴封漏 汽。通过对 3# 、4# 机每个缸的轴封进行专项检查，确定 3# 机的高压缸前、后轴封、4# 机的超高压缸前轴封漏汽 较大，在机组长期高负荷工况下漏汽量加大，导致润滑 油微水超标，是造成顶轴油系统故障率高的原因之一。

 2.4 在线滤油机流量不足

 3# 、4# 汽轮机的润滑油系统各配备了 1 台 HCP100 （PALL）型滤油机，最大处理流量为 100 L/min。然而在 水分较高的情况下，该滤油机无法满足滤油出力要求。 特别是机组长期高负荷运行期间，过滤时间长、过滤油 质无法达到合格值，这种情况可能引发油泵损坏、电磁 阀卡涩等问题。因此，配套的在线滤油机处理流量不 足，无法对油质进行有效控制，是导致顶轴油系统发生 故障的重要原因。

 2.5 轴承顶轴油软管接头选型不合理

 3# 、4# 机组轴承顶轴油供油软管经常发生脱落故 障，更换新接头也无法解决脱落的情况。对 3 家电厂同 类型的 6 台机组进行调研，发现上汽二次再热汽轮机 的轴承顶轴油管普遍存在易脱落的问题，对轴承油膜 刚度、顶轴油系统压力造成不利影响。顶轴油管频繁脱落问题普遍存在于同类机型，说 明该软管接头的选型存在严重问题。经过解体研究，该 类型活接的云头通过胀管方式固定在加长短管上，这 种连接方式在长期高压油作用下很容易脱开，造成泄 漏、脱落。因此，轴承顶轴油活结头选型不合理，是造成 顶轴油系统异常的重要原因之一。

 3 轴封漏汽问题解决

 3.1 漏汽点分析

 对 3# 、4# 汽轮机轴封漏汽情况进行检查，3# 机组为 高压缸前、后轴封泄漏，4# 机组为超高压缸前轴封泄 漏。由于二次再热机组大修周期为 10~12 年，而目前 机组只运行了 5 年左右，不具备开缸检修条件。机组停 机且盘车停运时用塞尺测量轴封间隙，发现 3# 机组高 压缸前后轴封左右间隙偏差较大，但总间隙在标准范 围内，说明是转子与缸体因运行膨胀等原因发生了偏 移，造成轴封某个方向间隙大，可以通过碰缸调整的方 式来解决。 4# 机超高压缸前轴封上下、左右间隙均较大，说明 轴封整体被磨损，已无法通过碰缸的方式进行修正，需 考虑其他方法解决。

 3.2 轴端漏汽挡汽装置设计

 为了解决 4# 机超高压缸前轴封磨损漏汽大的问 题，可以在轴封外侧再设计一道密封，把漏出蒸汽引 出，防止水汽通过轴承室进入油系统，造成顶轴油系 统异常。 挡汽环材料设计为 12Cr1MoV 钢，可以耐受外缸 高温（图 5）。利用现有端面上的运输环螺栓孔进行安 装固定，在保证机组安全运行的前提下安装一个具有 阻汽功能的挡板对端部汽封漏汽进行阻挡，同时在挡 汽环上部开漏汽孔，将轴封漏汽回收至轴加。 挡汽装置采用两半的形式，在现场进行拼装。为防止挡汽装置与轴颈发生碰磨，设计和安装时应充分考 虑挡汽环的径向定位。挡汽齿必须光滑，防止汽轮机运 行时转子与挡汽齿碰磨，以保证任何工况下挡汽环连 接管道的膨胀、收缩不影响挡汽环与轴颈的径向间隙， 造成轴颈损坏。 挡汽环设计充分考虑轴向上与轴承座、油封环、汽 缸、转子等部件之间的空间限制和间隙要求，保证机组 安全稳定运行要求。应依据可能出现的最高工作温度 和压力，并能在此温度、压力下长期正常工作。

 挡汽环包含与挡汽环配套的 8 套柔性管接、2 套 压力表、2 套钢管及相关管件、2 套阀门、2 套紧固件、2 套挡汽环外表面保温喷涂材料、2 套密封材料等配套 辅材以及现场安装所需的消耗性材料等。

 4 综合整治 

4.1 完善顶轴油设备的预防性检修计划

 4.1.1 研究顶轴油模块原理和检修工艺 由于顶轴油模块为进口设备，检修需要交给专业 的外委厂家处理，一般外委工期需要 10 d 左右。因盘 车冷却需要投运顶轴油，每次顶轴油设备外委检修往 往在机组检修开工 20 d 以后才能回厂。而上汽二次再 热机组汽轮机轴瓦检修需投运顶轴油，受工期限制，顶 轴油系统液压设备无法送出检修。依靠外委厂家检修 的方式无法满足设备维护的需要，因此研究在现场检 修顶轴模块的方法非常必要。 在没有内部结构原理图的情况下，为了弄清顶轴 油泵出口模块原理，对换下的旧模块进行拆卸研究，画 出内部原理结构图。对电磁阀进行解体，做好每个拆解 步骤的详细记录，并拍照留存。设计试验装置，包括压 力气瓶、试验底座、测量仪表等部件，可以对模块进行 相关性能试验，验证检修质量，确保设备能够正常使 用。通过不断的试验与改进，电厂设备管理人员最终成 功地研究出顶轴油系统模块检修技术，并制成检修文 件包，方便后续的日常检修。

 4.1.2 修改检修规程 2022 年 1 月，该电厂对顶轴油系统检修规程进行 了修订，将顶轴油系统检修周期由 3 年 1 次检修改为 每年 1 次本厂自修，3 年 1 次外委检修。自修主要以清 理、检查记录为主，外委检修主要是以修复试验为主， 保证了顶轴油系统的检修质量。

4.2 顶轴油泵出口模块改造

 顶轴油模块只有 4 个油口，与电磁阀的 5 个油口 不匹配（图 6）。虽然在功能上满足使用要求，但是在该 电厂油系统环境中，会导致该电磁阀回油口对应的阀 芯容易生锈、聚集杂质，造成电磁阀卡涩或开不到位， 引起顶轴油系统异常。 为了解决该问题，对模块进行改进，直接把 2 个回 油孔打通。另外在模块前新设置 1 个前置滤网，对油颗 粒进行过滤。

 4.3 解决轴封漏汽量大问题

 4.3.1 轴端漏汽挡汽装置 

为解决轴封漏汽问 题，电厂专门设计了一个 轴端漏汽挡汽装置。该装 置为左、右两半结构，包括 管路、仪表、阀门等辅件， 装置镶有密封齿，与轴的 单边间隙为 0.6 mm，装 置底部设计有排汽管路， 与轴加入口相连接。其原理是通过轴加风机抽气作用， 使装置腔室保持负压，轴封泄漏的蒸汽进入到挡汽装 置内腔室，通过装置排汽管路引至轴加，有效避免轴封 漏出的蒸汽漏出并进入轴承箱。

 4.3.2 汽轮机碰缸调整轴封间隙

 为解决 3# 机高压缸轴封漏汽问题，考虑到轴封总 间隙在合格范围内，可用碰缸的工艺使轴封上下间隙 和左右间隙在合格范围内，从而解决轴封漏汽问题。用 千分表测量轴与缸体的相对位置，拆卸缸体立销、猫抓 滑板，通过千斤顶、顶起螺栓对缸体进行整体移动，得 到偏差值，再通过调整立销和滑板厚度来调整缸体与 转子的相对位置。

 4.4 在线滤油机流量不足

 为了解决在线滤油机修理不足的问题，该电厂专 门采购了 1 台 PALL 公司生产的 HVP200 型滤油机， 其处理流量为 12 000 L/h。大流量滤油机采用真空脱 水，相比较原在线滤油机的聚结滤芯脱水方式，脱水效 率更高、维护成本更低。

 4.5 更改轴承顶轴油软管接头连接形式

 由于顶轴油管与轴瓦进油口接头的云头胀接在短管上，在高压使用环境下很容易脱落。为解决这个问 题，电厂去掉了中间短管和中间云头，直接用两端的螺 母接头相连（图 7）。

 5 效果检查 

（1）修改顶轴油系统设 备检修计划和规程后，根据 设备的实际情况开展检修， 合理安排检修计划。经过本 次活动，检修人员成功掌握 了进口液压设备的检修技 术和技能，能够更加方便灵 活地开展检修，使设备和系统保持在健康的工作状态。 

（2）顶轴油模块改造后，经过 1 年运行后对其解体 检查，结果表明电磁阀阀芯，特别是原闷死的单侧回油 口处，无任何杂质聚集。经过本次改造优化，有效避免 了杂质卡住电磁阀和模块安装部件，改造效果显著。

 （3）汽轮机轴封漏汽处安装挡汽装置以及碰缸调 整后，在不同负荷工况下多次检查汽缸外部，确认无任 何漏汽，润滑油微水值在滤油机不投运的情况下依然 能在较长时间保持合格，说明本次优化成功解决了轴 封漏汽对顶轴油系统的影响。 

（4）增加大流量滤油机后，整个油系统处理能力大 大增强，而且能和原有的在线滤油机共同使用，总处理 流量能达到 18 000 L/h。在某次机组开机过程中，对滤 油机性能进行试验，油颗粒度由 12 级过滤至 6 级只需 8 h，微水由 532 mg/L 过滤至 50 mg/L 以内只需 5 h， 较整治前的过滤效率提高了 4~5 倍。滤油机的处理能 力增强后，在面对未来油系统不可预知的油质变差情 况能够很快地对其处理，系统抗异常能力大大增强。 

（5）顶轴油管接头优化后，经过 1 年的观察，3# 、4# 机 组未再发生顶轴油管脱落故障。在 2023 年 4# 机 C 修期 间，对各轴瓦接头检修检查，每个接头都非常牢固可靠， 无任何泄漏，证明接头优化取得了非常好的预后效果。 顶轴油系统故障率高问题的综合整治工作在 2022 年 3 月全部完成，对 2022 年 4 月—2023 年 6 月 期间的设备运行情况进行统计和检查。在 1 年多时间 的运行中，顶轴油系统发生故障的次数为 0 次，相较整 治前故障频发的情况，整治工作效果明显，达到了预期 效果，为汽轮机安全运行提供了可靠保障（图 8）。

6 结论 

（1）顶轴油系统主要作用是为汽轮机转子提供正 常、稳定的顶起油压，其故障形式主要为油压异常，而 顶轴油系统异常往往是由油质异常引起的。 

（2）为提高顶轴油系统的运行可靠性，除了要考虑 维持油质合格外，还应考虑在油质异常等特殊工况下， 顶轴系统是否能够适应和满足稳定运行要求。如果不 能满足，则应该分析、研究改善的方法，通过技术改造 等方式提高顶轴油系统的稳定性。 

（3）对于进口设备的维护，不应过度依赖外委检 修，要敢于担当，大胆尝试，吃透设备的工作原理和工 艺流程，把设备维护的主动权掌握在自己手中。 

（4）在设备管理和维修工作中，通过对某一问题 的系统分析和研究，可以解决许多相互关联潜在隐 患。例如本文为解决顶轴油系统频繁故障的问题， 系统地摸排、寻找末端因素，同时解决了润滑油系统 油质差，汽轮机轴封漏汽等关联系统中存在的隐患 与问题，最终成功改善了机组设备的整体健康运行 状况。

 （5）顶轴油系统运行状况对汽轮机健康运转的影 响极大，作为设备管理者要引起高度重视，认真分析故 障原因，及时消除故障隐患。