油泵無出力故障原因分析

王輝

(廣東大唐國際潮州發(fā)電有限責任公司，廣東潮州515723)

1 設備概況

汽輪機潤滑油系統(tǒng)為汽輪機軸承提供潤滑油，主要由油箱、油泵系統(tǒng)、冷油器、汽輪機軸承等組成。油泵系統(tǒng)包括1臺由汽輪機主軸驅動的主油泵、3個電動油泵和油渦輪泵。

某電廠為新建1000MW火力發(fā)電機組，3個電動油泵安裝在主油箱上，分別是主吸油泵、交流潤滑油泵和直流事故油泵。主吸油泵為主油泵入口供油;交流潤滑油泵在盤車裝置運行時，為軸承供油以運轉汽輪機并作為主油泵的備用油泵，以防油壓異常降低;直流事故油泵在潤滑油壓異常降低時自動啟動。其中主吸油泵出口油壓為0.23MPa，出口管直徑為DN250，流量為8900L/min;交流潤滑油泵出口油壓為0.43MPa，出口管直徑為DN200，流量為7850L/min;直流事故油泵出口油壓為0.36MPa，出口管直徑為DN200，流量為7020L/min。油箱內部及油泵結構示意圖如圖1所示。

2 事故經過

該機組在進行168h試運行時，3臺電動油泵時常有不出力現(xiàn)象，表現(xiàn)為啟動后電流偏小，達不到額定值。168h試驗完成停機時，油泵聯(lián)啟后不出力，造成了主機燒瓦的較大事故并因此停機檢修達1個月之久，給企業(yè)造成了巨大的經濟損失。

3 事故處理經過

圖1 油箱內部及油泵示意圖

油泵不出力運行時，通過松開油泵出口倒U形彎處法蘭盤排氣后可恢復正常出力。因此，在該U形彎處增加了手動排氣閥，發(fā)生不出力故障時可臨時手動排氣。由此可確定，造成油泵無出力的原因為油泵出口倒U形彎處存在氣阻現(xiàn)象。油泵出口逆止門安裝于油箱內部水平管路，油泵停運后空氣通過倒U形彎處法蘭盤滲入油泵出口管路并積聚于倒U形彎最高處，當油泵開啟運行時，倒U形彎處空氣無法排出，減小了油泵出口截面積并吸收油泵出口壓力形成氣阻，造成油泵無出力。

通過手動排氣可解決該問題，當機組發(fā)生事故時，油泵從啟動到正常工作時間非常短，手動排氣不能滿足要求。因此，與汽輪機廠技術人員協(xié)商后，決定將該排氣管路改為自動排氣，即在主吸油泵、交流油泵、直流事故油泵出口倒U形彎最高點處加裝一排氣管路，排氣管路末端伸至低低油位液面以下0.5m并在末端加裝?3mm節(jié)流孔。伸入液面以下是為了防止停泵時有大量空氣被吸入U形彎處;加裝節(jié)流孔是為了不影響油泵出力。

改造后，油泵無出力的現(xiàn)象未能得到解決，在機組正常運行期間進行定期試驗時油泵仍舊存在不出力的現(xiàn)象，氣阻現(xiàn)象仍然存在。

后經再次改造，將增加的排氣管路接入油箱，末端位于液面以上，不伸入液面以下。改造完成后經反復試驗未再出現(xiàn)無出力的現(xiàn)象，氣阻現(xiàn)象消失。

4 原因分析

氣阻的形成是因為彎頭處進入空氣，當泵運行時，在此處形成了氣－液兩相流，氣泡在液體中由于密度小而上浮，同時會帶動一部分液體上升。在彎管段中，流體轉彎時受到離心力和重力的合成作用，形成各種不對稱的流型:液體流速較低時，離心力對液體的作用小于重力的作用，因而氣泡偏向彎頭外側;當液體速度增大時，離心力對液體的作用大于重力的作用，因而氣泡偏向彎頭內側。因為離心力和重力作用方向相反，因此形成了一個流動不穩(wěn)定區(qū)域，在氣速和液速均較低時，液體只能間歇性地流過彎管段。該彎頭處的兩相流狀態(tài)較為復雜多變，無法通過理論精確計算。彎頭垂直向下的U形管中的氣－液兩相流流型如圖2所示。

對照西安交通大學U形管中氣－液兩相流試驗的結果，對改造原因認真分析，得出第1次改造失敗的主要原因是:油泵停運后，加裝的排氣管路因伸入了液面以下，排氣管路充滿部分油液;開啟油泵后，因油泵流量較大，油液速度較快(約3m/s)，離心力大于重力，倒U形管中的氣體排出時受到排氣管中充滿部分油液的阻力而造成排氣速度較慢;當存在的氣體沒有全部排出時，兩相流的狀態(tài)可能已成為波狀分層流或分散泡狀流，此時排氣管路只能排出油液，而位于彎頭內壁的空氣無法再排出，造成管路內徑變小，油泵無流量。

圖2 彎頭垂直向下的U形管中的氣－液兩相流流型

第2次改造后，排氣管路末端位于液面以上，減小了排氣管路中存在油液對排氣產生的阻力，增大了排氣速度，相同時間內多排出了彎頭內的空氣量，降低了彎頭處的含氣量，改變了兩相流的流型，增大了通流面積，但可能依舊存在部分空氣。

5 結束語

氣阻現(xiàn)象在日常生活中普遍存在，氣阻現(xiàn)象的產生導致系統(tǒng)出現(xiàn)滯流、管道振顫、管道撕裂、運行不穩(wěn)等現(xiàn)象，給系統(tǒng)設備造成重大安全隱患，嚴重影響系統(tǒng)的正常運行，會給企業(yè)帶來重大的經濟損失。氣阻的計算較為復雜，存在諸多不確定因素，造成理論計算結果與實際不符。因此，在條件允許的情況下應做相應試驗，防止造成不必要的經濟損失。設計人員在系統(tǒng)設計時應給予重視，對可能產生氣阻的系統(tǒng)設備采取措施，保證系統(tǒng)設備正常運行。

[1]安金龍.長輸管道排水過程中的氣阻現(xiàn)象與氣阻定律[J].石油工程建設，2010(5):13－16.

[2]孫宏志，韓志山.熱水采暖系統(tǒng)氣阻現(xiàn)象的分析[J].科協(xié)論壇(下半月)，2009(3):85－86.

[3]閻昌琪.氣－液兩相流[M].哈爾濱:哈爾濱工程大學出版社，2007.