茍新超 唐世應 朱炎周 周 川

一、前言

大型旋轉設備是鋼鐵、冶金、石化、電力等行業(yè)的重點關鍵設備，如，壓縮機、汽輪機、電動機、發(fā)電機等，具有高轉速、大功率、高精密等特點。對此類設備潤滑，多設計為集中稀油潤滑系統(tǒng)（以下簡稱潤滑系統(tǒng)）。實踐表明，由潤滑系統(tǒng)故障引起的機組重大事故較多，因此，潤滑系統(tǒng)的可靠性設計一直是制造廠家和使用單位最為關心的問題。分析幾例典型事故實例，對大型旋轉設備潤滑系統(tǒng)的可靠性設計進行研究，提出三種設計思路，給出設計中節(jié)流孔板的選型方法，實現(xiàn)在供油管上并聯(lián)試驗管路對輔助油泵的在線、定期試驗。

二、大型旋轉設備潤滑系統(tǒng)的功能和原理

大型旋轉設備的潤滑系統(tǒng)通常由油箱（包括高位油箱）、油泵、調(diào)節(jié)閥組、冷卻過濾、儀控和管道等組成，功能主要是給機組提供壓力、流量、溫度、品質等性能參數(shù)正常的潤滑油或動力油。潤滑油主要為滑動軸承建立良好的油膜和帶走軸承摩擦產(chǎn)生的熱量，動力油主要用于液壓控制，如汽輪機調(diào)速控制、軸流壓縮機靜葉角度控制、大型閥門開關等。

常見的潤滑系統(tǒng)有兩類。第一類潤滑系統(tǒng)（圖1），主油泵為容積泵或離心泵，安裝在機組齒輪箱低速軸、電機或主機軸端。輔助油泵為容積泵，安裝在潤滑油站。主輔油泵互為聯(lián)鎖，供油壓力小于設定值時（如0.08MPa）輔助油泵啟動，大于設定值時（0.2MPa）主油泵投用、輔助油泵停止。機組正常運行時由主油泵供油，啟停過程和故障時由輔助油泵供油。

第二類潤滑系統(tǒng)（圖2），主輔油泵均為容積泵，都安裝在潤滑油站；機組啟動前人為確定一臺泵為主油泵，另一臺為輔助油泵，主輔油泵互為聯(lián)鎖，聯(lián)鎖條件與第一類相同。正常運行時由主油泵供油，故障時由輔助油泵供油。

三、問題的提出

1.一起高爐鼓風機倒轉造成的燒瓦事故

一動力廠風機房有高爐鼓風機6臺，4用2備，機組潤滑系統(tǒng)原理屬前述第一類。主油泵為齒輪泵，安裝在機組齒輪箱低速軸端。2003年夏，2號風機（電拖）因低壓電中斷同步電機失勵保護動作（跳機），為維持高爐生產(chǎn)開6號風機混風閥向2號風機對應高爐混風，此時，2號風機逆止閥閥板脫落，從6號風機（汽拖）混過的70kPa（G）左右壓縮空氣倒流入2號風機出風管，使2號風機倒轉，而此時2號風機潤滑油站油泵也因低壓電中斷停止工作，10min后操作工發(fā)現(xiàn)2號風機各軸瓦冒煙，隨即手動關閉2號風機出風閥，15min后機組停止倒轉。這起事故造成2號風機8副軸瓦報廢，因處理及時，未影響生產(chǎn)。

2.兩起燒結主抽風機主輔油泵聯(lián)鎖故障造成的燒瓦事故

一燒結廠3個主抽風機房，每個機房有主抽風機兩臺，無備機，機組潤滑系統(tǒng)原理屬前述第一類。主油泵為齒輪泵，安裝在風機主軸軸端。

2003年冬，1號主抽風機房一臺主抽風機主油泵故障，供油壓力下降，輔助油泵未自動投用，后因發(fā)現(xiàn)及時，手動啟動輔助油泵未造成停機事故，查為控制系統(tǒng)無輔助油泵壓力聯(lián)鎖。2004年夏，2號主抽風機房又有一臺主抽風機主油泵故障，供油壓力下降，輔助油泵未自動投用，后導致軸瓦冒煙，共報廢4副軸瓦，查為控制系統(tǒng)無輔助油泵壓力聯(lián)鎖。

3.一起油泵進口閥門誤操作全關引起的閥門爆裂事故

2001年冬，一高爐鼓風機潤滑油站的電動油泵，關閉了油泵進出閥門，試車時誤操作、油泵出口閥門未打開，啟動電動油泵2min后，油泵出口逆止閥閥體爆裂，閥門碎片飛出5m遠，潤滑油呈柱狀噴射，影響機組試車數(shù)小時。

此外，油泵出口閥門誤操作長時間（＞1min）全關，潤滑油在泵腔內(nèi)產(chǎn)生漩渦，壓力增大、溫度升高，潤滑油易飽和，易產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象，損壞油泵；而油泵進口閥門誤操作長時間全關，使進口處壓力降低，易達到飽和壓強，也會誘發(fā)汽蝕現(xiàn)象，損壞油泵。

四、三種潤滑系統(tǒng)的可靠性設計原理

上述三類故障重復出現(xiàn)的機率較大，任一故障都會對機組連續(xù)優(yōu)質運行造成極大威脅，只有在優(yōu)化原有設計，采用預防性設計、提高機組潤滑系統(tǒng)的運行可靠性，才能徹底解決問題。為此，提出三種設計思路。

1.防倒轉設計

為了防止機組倒轉帶來的潤滑系統(tǒng)故障，對機組潤滑系統(tǒng)做如圖3的改造。在主油泵與油箱的連接管道中對稱的布置兩個方向并聯(lián)相同、串聯(lián)相反的逆止閥，逆止閥的作用是主油泵正反轉均能順利吸油；在主油泵與過濾、冷卻、調(diào)節(jié)系統(tǒng)之間對稱的布置兩個方向相同的對夾式逆止閥，對夾式逆止閥的作用是正向導通，反向逆止節(jié)流，逆止閥的全開條件是正向壓力大于反向壓力，節(jié)流的目的是在主油泵工作之前由輔助油泵對主油泵進出油管灌油，排出油泵腔室及管道中的空氣，不至使油泵產(chǎn)生氣縛，造成吸不上油的現(xiàn)象，特別是主油泵為自吸能力差的離心泵時更容易發(fā)生氣縛現(xiàn)象。工作原理是：在主油泵工作之前，由輔助油泵向系統(tǒng)供油，壓力油經(jīng)過對夾式逆止閥節(jié)流孔為主油泵灌油，使主油泵滿足啟動條件，當主油泵達到倒泵條件后，系統(tǒng)由主油泵供油，主油泵吸油管（或倒轉時的排油管）壓力低于系統(tǒng)壓力，所以只有一對逆止閥和對夾式逆止閥導通；當機組倒轉時，改由另外一對逆止閥和對夾式逆止閥導通，這樣就不會使系統(tǒng)缺油發(fā)生燒瓦事故。

2.在線主輔油泵壓力聯(lián)鎖試驗設計

試驗管路與壓力變送器的排污管類似，在供油總管上并聯(lián)一路試驗管，試驗管路原理圖如圖4所示。試驗管由節(jié)流孔板、壓力變送器（壓力開關）、壓力顯示表和卸壓閥等組成。為了卸壓時不對供油總管的壓力和流量造成大的影響，在試驗管與供油總管連接處增加節(jié)流孔板，以達到限流的作用。工作原理是：先打開試驗管上的針型閥，試驗管中的壓力下降，但由于節(jié)流孔板的限流作用供油總管中的壓力和流量并不下降，壓力開關“開”，輔助油泵連鎖啟動，由于輔助油泵啟動條件被優(yōu)先，輔助油泵不會因為總管中壓力正常而停止、造成主油泵反復啟停的現(xiàn)象，供油總管中的壓力由自力式調(diào)節(jié)閥自動調(diào)整，不影響機組的正常供油；關閉卸壓閥后，試驗管中的壓力恢復，壓力開關“關”，輔助油泵連鎖接觸，輔助油泵停止，供油總管中的壓力由自力式調(diào)節(jié)閥自動調(diào)整后恢復，試驗結束。輔助油泵的控制邏輯圖如圖5所示。

3.防油泵進出口閥門誤操作設計

為了避免檢修后的誤操作使油泵在未打開進出閥的情況下啟動運行，造成油泵高溫、汽蝕、閥門損壞等事故，在油泵進出口增添限位開關并參加油泵控制，只有進出閥全開，油泵才具備啟動條件。

通過上述三種改造后的潤滑系統(tǒng)原理圖如圖6所示，系統(tǒng)中對稱布置了兩對逆止閥和對夾式逆止閥、在供油總管上增添了試驗管路、在輔助油泵進出閥上增添了限位開關，并修改了輔助油泵的控制程序，圖6中用虛線框出。

4.現(xiàn)場應用與試驗效果

對夾式逆止閥和實驗管路均涉及節(jié)流孔板計算，節(jié)流孔板孔徑d算法如式1。

式中 Q—通過孔板的流量，L/min

C—流量系數(shù)，C=0.6～0.62，一般取 0.62

△P—孔板的壓降，kgf/cm2

以試驗管節(jié)流孔板選型為例。根據(jù)潤滑油站技術指標和相關要求，Q=4L/min，即通過孔板的流量限流為總管流量的1%，不對總管供油流量造成明顯影響。當卸壓閥全開時，試驗管壓力開關處從總管0.3MPa 降 至 0.05MPa，考慮到試驗管管路沿程損失、局部損失、閥門損失產(chǎn)生的壓降，孔板△P=0.1～0.2MPa。為加工方便，孔板孔徑按理論數(shù)據(jù)圓整。孔板計算見表1，最終孔板孔徑選3mm。

表1 孔板計算表

對夾式逆止閥節(jié)流孔徑計算相同，流量取10L/min、壓差0.01～0.02MPa，最終孔徑選 8mm。

上述三種改造在實際中被部分應用，這里給出了第二種設計思路的現(xiàn)場應用數(shù)據(jù)。在壓力總管上添加試驗管路、節(jié)流閥、壓力開關和針型閥，按圖6給出的邏輯圖修改輔助油泵的控制程序，通過試驗管路做輔助油泵壓力聯(lián)鎖自啟動試驗。

表2 試驗過程中控制系統(tǒng)報警列表與現(xiàn)場情況表

試驗過程中輔助油泵共啟停3次，其中3次啟動集中在試驗管卸壓閥漸開過程中，潤滑油站遠端壓力波動為輔助油泵啟停和自力式調(diào)節(jié)閥共同作用所致，壓力P=0.26±0.05MPa，波動在允許范圍內(nèi)（遠端壓力＜0.11MPa啟動輔助油泵，遠端壓力＜0.06MPa主機組聯(lián)鎖停機）。試驗過程中控制系統(tǒng)報警記錄如表2所示，遠端供油壓力歷史趨勢如圖7所示。

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