進(jìn)口燃?xì)廨啓C(jī)國產(chǎn)化配套電站技術(shù)研究及應(yīng)用

勞新力中海石油(中國)有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057

引言

中海油湛江分公司利用東方終端自備電站項目，大膽采用進(jìn)口烏克蘭燃?xì)廨啓C(jī)UGT6000核心，依靠國內(nèi)技術(shù)力量進(jìn)行輔助、配套設(shè)備系統(tǒng)的研發(fā)，技術(shù)創(chuàng)新和機(jī)組配套系統(tǒng)的制造和總裝調(diào)試。實(shí)現(xiàn)了進(jìn)口燃?xì)廨啓C(jī)國產(chǎn)化配套電站關(guān)鍵技術(shù)研究及在東方終端生產(chǎn)中的成功應(yīng)用。

一、進(jìn)口燃?xì)廨啓C(jī)國產(chǎn)化配套電站關(guān)鍵技術(shù)研究

1.燃?xì)廨啓C(jī)與發(fā)電機(jī)連接軸系轉(zhuǎn)子動力學(xué)技術(shù)研究

燃?xì)廨啓C(jī)和發(fā)電機(jī)分別由國內(nèi)和國外的制造商生產(chǎn)，二者沒有配套先例，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)不一。為避免軸系連接后產(chǎn)生超扭和共振現(xiàn)象，需要對其進(jìn)行詳細(xì)的動力學(xué)分析。

動力學(xué)分析首先著重于模態(tài)分析技術(shù)，以便確定結(jié)構(gòu)、部件的振動特性，包括固有頻率和振型，這對于動態(tài)載荷結(jié)構(gòu)設(shè)計非常關(guān)鍵。由于該型烏克蘭燃?xì)廨啓C(jī)為三軸型，其動力輸出軸系為自由軸系，和其他兩軸沒有機(jī)械連接，其額定轉(zhuǎn)速3000rpm，相較于高、低壓氣機(jī)和透平軸系該轉(zhuǎn)速較低；在軸系連接設(shè)計上對其連接特性進(jìn)行了建模、加載及求解和擴(kuò)展模態(tài)，取得了較全面的分析結(jié)果。

除了上述的燃?xì)廨啓C(jī)、發(fā)電機(jī)對連接軸系的動力特性分析（即固有頻率和振型的求解），另外一方面是對受到一定載荷時的動力響應(yīng)分析?？紤]到該軸系特點(diǎn)，應(yīng)用該動力響應(yīng)特性分析結(jié)果，對于進(jìn)行聯(lián)軸節(jié)的改型具有指導(dǎo)意義。

對連接軸系設(shè)計上，對燃?xì)廨啓C(jī)和被驅(qū)動設(shè)備的連接軸動力學(xué)機(jī)械特性，采用軟件計算模擬，是較為經(jīng)濟(jì)和通用的方法?？紤]到該驅(qū)動軸系類似轉(zhuǎn)子運(yùn)動，可以使用轉(zhuǎn)子分析的方法和軟件進(jìn)行建模分析。

首先根據(jù)連接軸系的尺寸標(biāo)準(zhǔn)，和初步設(shè)計的改型聯(lián)軸節(jié)的尺寸進(jìn)行三維立體建模。利用數(shù)據(jù)網(wǎng)格劃分工具，進(jìn)行模型網(wǎng)格劃分，根據(jù)軸系的轉(zhuǎn)子動力學(xué)邊界條件和材料參數(shù)，進(jìn)行有限元分析，得到了較詳細(xì)的分析結(jié)果。

根據(jù)計算分析結(jié)果，對燃?xì)廨啓C(jī)和發(fā)電機(jī)連接軸的動力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證，提出了對其配套尺寸和動平衡參數(shù)要求，并要求連接軸分別在燃?xì)廨啓C(jī)和發(fā)電機(jī)出廠前進(jìn)行動平衡試驗(yàn)，從而確保了現(xiàn)場裝配一次成功。進(jìn)口燃?xì)廨啓C(jī)國產(chǎn)化配套電站建設(shè)投產(chǎn)后，現(xiàn)場實(shí)測驅(qū)動軸系運(yùn)行振動參數(shù)遠(yuǎn)低于限制值。

2.燃?xì)廨啓C(jī)箱裝體設(shè)計要求和模態(tài)分析研究

燃?xì)廨啓C(jī)作為高速動力設(shè)備，其振動情況對機(jī)組核心的壓氣機(jī)、動靜葉片、和轉(zhuǎn)子軸承等都有重大影響。燃?xì)廨啓C(jī)一般情況下，通過減震彈簧、或減震拉桿、支撐板等連接到機(jī)組箱裝體支撐上。在機(jī)械連接機(jī)構(gòu)中，主動部件和從動部件、支持結(jié)構(gòu)的特性頻率不能接近，防止產(chǎn)生共振現(xiàn)象，造成機(jī)組或其他設(shè)備在大振幅的共振中造成損傷。

該UGT6000燃?xì)廨啓C(jī)箱裝體采用自主技術(shù)設(shè)計制造。為了避免燃?xì)廨啓C(jī)與箱裝體成套后產(chǎn)生共振，進(jìn)行了箱裝體固有頻率和模態(tài)變形計算。

由計算結(jié)果可知箱裝體振動頻率值遠(yuǎn)離燃?xì)廨啓C(jī)的最低工作頻率，因此不會與燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)生共振現(xiàn)象。

根據(jù)海洋石油平臺的空間限制，借鑒船用箱裝體的設(shè)計技術(shù)，箱裝體尺寸進(jìn)行減小，并采用輕型壁板結(jié)構(gòu)，在保持足夠結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的同時降低箱裝體重量。

同時由于燃?xì)廨啓C(jī)流道內(nèi)的空氣動力學(xué)特性，機(jī)組產(chǎn)生的噪聲很大，機(jī)組箱裝體必須能夠進(jìn)行良好的隔音。一般是在箱壁上設(shè)計消音孔板和吸音材料。本箱體隔音設(shè)計中采用帶微消聲孔的薄不銹鋼板，內(nèi)部填充吸聲材料，吸收聲能。各隔音機(jī)構(gòu)均通過柔性連接和鋼絲固定，防止剛性連接，出現(xiàn)聲橋，造成結(jié)構(gòu)噪聲傳入箱裝體，減弱隔音效果。箱體空間結(jié)構(gòu)、形狀必須合理。防止駐波效應(yīng)。

改進(jìn)設(shè)計后的燃?xì)廨啓C(jī)箱裝體，同樣具有隔熱、降噪和戶外防護(hù)功能，箱體配備通風(fēng)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、消防系統(tǒng)以及監(jiān)測系統(tǒng)等。

二、實(shí)際應(yīng)用和技術(shù)推廣情況

東方終端自備電站從2009年5月12日投入運(yùn)行至今，機(jī)組已經(jīng)運(yùn)轉(zhuǎn)超過33000小時，其間運(yùn)行穩(wěn)定，到達(dá)了最初設(shè)計的要求和效果。該型進(jìn)口燃?xì)廨啓C(jī)國產(chǎn)化配套電站技術(shù)的研究和應(yīng)用中，采用了多項創(chuàng)新性的關(guān)鍵設(shè)計技術(shù)，選型了多項國內(nèi)燃?xì)廨啓C(jī)配套產(chǎn)品。其價值體現(xiàn)在：

1.打破了歐美燃?xì)廨啓C(jī)壟斷，引入了競爭機(jī)制。

2.提高了我國燃機(jī)裝備制造業(yè)的技術(shù)水平和國際競爭力。

3.降低了機(jī)組的購置、運(yùn)行費(fèi)用。

東方終端自備電站項目UGT6000燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組經(jīng)過國內(nèi)成套后，與歐美同功率的機(jī)組價格相比，降低了約39.1%。對第三方進(jìn)口燃?xì)廨啓C(jī)國產(chǎn)化配套電站建設(shè)的成功經(jīng)驗(yàn)，也將使得中海油在與歐美燃?xì)廨啓C(jī)供貨商的價格談判上取得更多的主動權(quán)。

4.培養(yǎng)提高了國內(nèi)燃?xì)廨啓C(jī)相關(guān)企業(yè)技術(shù)能力

由于機(jī)組是國內(nèi)成套，憑借國內(nèi)相關(guān)企業(yè)的長期從事燃?xì)廨啓C(jī)研制和維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)，機(jī)組的日常維護(hù)保養(yǎng)和年度維護(hù)完全可以由國內(nèi)技術(shù)力量來組織實(shí)施。

5.起到了良好的示范效應(yīng)

由于中海油東方終端廠進(jìn)口燃?xì)廨啓C(jī)國產(chǎn)

化配套電站建設(shè)項目的成功投用，并且發(fā)揮了燃?xì)廨啓C(jī)國產(chǎn)化配套建設(shè)的諸多優(yōu)勢，依托我國天然氣管線建設(shè)的時機(jī)，中石油也開展了燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)組國產(chǎn)化項目研究，并在“西氣東輸”淮陽站進(jìn)行首臺國產(chǎn)化成套壓縮機(jī)組的嘗試。

[1]李作琨、王大勇等《燃?xì)廨啓C(jī)在海洋石油平臺上的應(yīng)用》中國修船2008.08.

[2]郭磊《燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)建模與性能分析》中國科學(xué)院研究生院（工程熱物理研究所）2009.05.

[3]俞谷穎《發(fā)電設(shè)備裝備業(yè)技術(shù)發(fā)展及需要突破的技術(shù)難題》發(fā)電設(shè)備2010.01.

[4]《UGT6000燃?xì)廨啓C(jī)組技術(shù)手冊》東方終端自備電站項目組2009.04.

[5]《東方終端自備電站設(shè)計報告》東方終端自備電站項目組2009.04.