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摘要：汽轮机给水泵机组是用汽轮机来驱动给水泵供水的设备，其广泛应用在火电、核电以及大型舰船中，主要作用是满足锅炉(或蒸汽发生器)所需的给水。汽轮机给水泵机组在运行过程中出现异常，通常会触发机组保护系统，造成机组跳机。跳机故障会给机组的正常与安全运行带来巨大的影响，这就需要对机组跳机的原因进行深入研究，并找到有效的解决方法，使机组尽快恢复到正常的工作状态。本文对汽轮机给水泵机组跳机故障诊断进行探讨。
关键词：汽轮机给水泵机组;跳机;故障诊断
引言：某新型汽轮机给水泵机组主要用于在核动力装置正常运行过程中向蒸汽发生器供给满足流量及压力要求的给水。该汽轮机给水泵机组作为核动力装置二回路系统主要部件之一，其安全可靠地运行直接影响了核动力装置的运行。与以往的汽轮机给水泵机组不同，该机组的供油装置主要以汽轮机作为动力输入源，其具有结构紧凑，节省用电，可根据汽轮机转速自动调节滑油供应量的特点。该机组与以往同类设备存在差异，故引发其跳机原因也有所不同。本文以该机组某次跳机事件为研究对象，对引发其跳机的原因进行探讨，可为类似机组的跳机故障诊断提供参考。
1异常现象
该汽轮机给水泵机组稳定运行了约一年，在某次试验中突然出现了跳机现象。现场运行显示，该机组在转速达到3900r/min(此转速为电动油泵自动切除转速)附近，机组完成电动油泵自动切除后，随即出现跳机现象。查看运行参数可知，该机组跳机前运行平稳，给水泵进水流量稳定，润滑油温约在32℃。主蒸汽(机组进汽端)压力曲线平稳，无较大波动，乏汽(机组排汽端)压力曲线也平稳，凝水泵出口压力(给水泵进口端)也无明显波动。现场观察该机组整个过程的转速曲线，机组转速线性降低，直至停机。为确定该汽轮机给水泵机组此次跳机的原因，通过分析机组的工作原理，明确促发机组跳机动作的信号源，并由此查找机组的故障位置。
2机组工作原理
2.2滑油系统
机组汽轮机转子后端接入减速传动机构，可驱动双联泵为机组供油。双联泵包含有两个相对独立的油泵(信号泵和主油泵)，其中主油泵(靠减速传动机构侧)为机组提供润滑油、速关阀驱动装置压力油以及控制用油，信号泵为机组汽轮机提供超速保护用油。为了满足机组启动和低转速运行阶段时的需要，机组配置了一台电动油泵。电动油泵与机组转速以及润滑油压之间存在联锁，当机组的转速大于3900r/min时，电动油泵将自动切除;当机组的转速低于3800r/min或润滑油压低于0．07MPa时，电动油泵将自动启动。为保证双联泵或电动油泵失效时机组的润滑用油，机组还配置了一台手摇泵。
2.2保护系统
机组保护系统主要包括手动遮断复位阀、遮断电磁阀、油遮断器、速关阀驱动装置等部件，其主要功能是实现对速关阀的控制。速关阀可以通过就地转动手轮开启和关闭，也可以通过液压方式控制速关阀驱动装置完成。当速关阀驱动装置驱动油压高于0．6MPa时，速关阀克服弹簧力后开启。手动遮断复位阀为转阀形式，有3个工作位(Ⅰ复位位、Ⅱ正常位、Ⅲ遮断位)。手动遮断复位阀在停机阶段应置于Ⅲ遮断位，以卸掉安全油压，保证机组无法启动；在启动阶段将其缓慢转至Ⅰ复位位，可建立安全油压，使速关阀开启;待机组稳定运行后将其转至Ⅱ正常位，可保持安全油压稳定。油遮断器包含4个滑阀(①超速保护滑阀、②低油压保护滑阀、③中间滑阀、④遮断滑阀)。当润滑油压低或汽轮机转速超过设定转速时，相应的滑阀动作，引起安全油失压，使遮断滑阀动作，卸掉速关阀驱动装置的压力油，实现速关阀快速关闭，保证机组安全。遮断电磁阀可远程和就地控制，通电动作后可引起安全油失压，关闭速关阀。此外，遮断电磁阀还与汽轮机排气压力存在联锁，当排气压力高于0．27～0．3MPa时，遮断电磁阀动作，关闭速关阀。
3跳机信号源确认
3.1排气压力高分析
现场运行记录显示，该机组跳机前的排气压力处于正常范围，可排除机组排气压力过高引起速关阀关闭，导致机组跳机。
3.2油压低分析
1)输油管路泄漏
输油管道布置在机组外表面，现场检查未发现有明显的漏油痕迹，可排除此原因。
2)调压阀附近泄漏
现场记录显示，机组启动前电动油泵单独供油，调节阀前压力正常(＞0．6MPa)，表面此处未发生严重泄漏，可排除此原因。
3)溢油阀卡涩
在机组低转速运行阶段，电动油泵和双联泵同时为机组供油。在电动自动油泵切除前，总供油量约为69．1L/min，机组所需油量为32L/min，约有37．1L/min油量从溢油阀流出。此时，溢油阀处于较大开度。当电动油泵自动切除后，总供油量减少到34．6L/min，理论溢流量为2．6L/min。如果溢油阀调整滞后，仍处于较大开度，系统供油会通过溢油阀大量排走。若引起调压阀前油压降低，超出了调压阀范围，低于了润滑油压限值，则油遮断器低油压保护滑阀动作，引起速关阀关闭，机组跳机。若引起速关阀驱动装置的驱动油压力降低，低于限值，无法克服弹簧力，速关阀关闭，机组跳机。
4)双联泵供油不足
机组在启动和低转速运行阶段，由电动油泵和双联泵同时供油。如果双联泵出现异常供油不足，在电动油泵切除后，系统供油量减少。若引起调压阀前油压降低，超出了调压阀范围，低于润滑油压限值，则油遮断器低油压保护滑阀动作，引起速关阀关闭，机组跳机。
3.3初步结论
将上述分析结果汇聚到表1，由表可知，触发汽轮机给水泵机组速关阀动作的信号源为汽轮机的润滑油压或(和)速关阀驱动装置驱动油压低，而引起该信号的故障原因可能为:①溢油阀卡涩;②双联泵供油不足。
表1 机组跳机原因分析结果表
4试验排查
(1)对溢油阀拆卸、检查、清洗，确认无异常后(或修复后)进行复装;
(2)启动电动油泵，待其正常运转后，在常温(22℃)下调整溢油阀，将电动油泵出口油压由0．82MPa整定至0．9MPa(设定溢油阀起跳压力);
(3)将油温控制到工作温度范围内(40℃～45℃)，待稳定后，记录安全油压、机组润滑油压、滑油温度;
(4)启动机组，待机组运行到3600r/min附近，稳定运行5min后，手动切除电动油泵，记录电动油泵切断前后的安全油压、机组润滑油压、滑油温度。分别在3560r/min和3650r/min两种转速下进行了电动油泵手动切除试验。电动油泵切除后，机组均发生了跳机现象，随后电动油泵自动启动(低油压联锁处于投入状态，检测到润滑油压低后动作)，将相关试验数据记录，如表2所示。
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表2 电动油泵切除试验数据表
通过分析试验结果和数据，确认了汽轮机给水泵机组跳机的故障原因:机组转速达到3600r/min附近时，双联泵单独运行的出口压力理论值应为约0．7MPa，而两次试验中，电动油泵切除———机组跳机时油泵出口压力均降至0．18MPa以下(由表2可知)，虽为电动油泵切除时的瞬时压力，但与设计要求值存在显著偏差。对比机组以往运行数据可知:在机组转速到达3900r/min附近，电动油泵顺利切除后，油泵出口稳态油压为0．68MPa。由此可以确定引起该机组跳机的故障原因是双联泵异常，供油不足。
结束语
该汽轮机给水泵机组在长期运行后，双联泵主轴发生断裂，导致双联泵无法工作。双联泵失效后无法为机组提供润滑油以及速关阀驱动装置压力油以及控制用油，切除电动油泵后，机组汽轮机的润滑油压或(和)速关阀驱动装置驱动油压随即降低，引起速关阀关闭，机组跳机。若发生类似事故(双联泵失效)，可采取切除电动油泵与机组转速之间联锁，依靠电动油泵为机组供油，维持机组正常运行。为防止类似事故再次发生，建议对双联泵性能进行提升，增加其使用寿命。
参考文献
［1］王晓峰．给水泵汽轮机油系统故障原因分析及改进措施［J］．机械管理开发，2019，34(10):275－276．
［2］宋飞翔．M701F3型燃气轮机燃烧室压力波动大跳闸原因分析及处理方法［J］．智能城市，2019，5(13):212－213．