一種集成式模擬汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組油系統(tǒng)運(yùn)行工況的試驗(yàn)臺(tái)

胡爽　胡敬輝

摘要：文章設(shè)計(jì)了一種集成式汽輪機(jī)試驗(yàn)平臺(tái)，該試驗(yàn)平臺(tái)是在汽輪機(jī)陸地發(fā)電試驗(yàn)中模擬油系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行工況而設(shè)計(jì)的，實(shí)現(xiàn)的功能是汽輪機(jī)起機(jī)、運(yùn)行、停機(jī)過程中油系統(tǒng)的作用。該試驗(yàn)臺(tái)主要由主油箱1套、螺桿泵組4套、雙筒濾油器1臺(tái)、板式冷油器2臺(tái)、溢流閥1臺(tái)、排油煙風(fēng)機(jī)1臺(tái)、壓力開關(guān)6只組成。

關(guān)鍵詞：集成式汽輪機(jī)；發(fā)電機(jī)組；油系統(tǒng)；運(yùn)行工況；試驗(yàn)臺(tái) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TK269 文章編號(hào)：1009-2374（2017）04-0013-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.04.007

1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的研發(fā)背景

本試驗(yàn)平臺(tái)的研發(fā)背景：某海洋船用汽輪發(fā)電機(jī)在船上安裝、發(fā)電之前要在陸地進(jìn)行試驗(yàn)，汽輪發(fā)電機(jī)組是高速運(yùn)轉(zhuǎn)的大型機(jī)械，汽輪機(jī)油系統(tǒng)的主要作用是向機(jī)組各軸承供油，減少軸承接觸表面的摩擦損失并帶走因摩擦產(chǎn)生的熱量及由轉(zhuǎn)子傳來的熱量，供給調(diào)速系統(tǒng)和保護(hù)裝置穩(wěn)定充足的壓力油，使之正常工作，并在機(jī)組盤車時(shí)向盤車裝置和頂軸裝置供油。集成式汽輪機(jī)試驗(yàn)平臺(tái)是在汽輪機(jī)陸地發(fā)電試驗(yàn)中模擬油系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行工況而設(shè)計(jì)的試驗(yàn)臺(tái)。實(shí)現(xiàn)的功能是汽輪機(jī)起機(jī)、運(yùn)行、停機(jī)過程中油系統(tǒng)的作用。油系統(tǒng)的正常工作對(duì)于保證汽輪機(jī)的安全運(yùn)行具有重要作用，如果潤(rùn)滑系統(tǒng)突然中斷油流，即使只是很短時(shí)間的中斷，也將引起軸承燒瓦，從而可能引發(fā)嚴(yán)重事故，此外，油流的中斷同時(shí)還會(huì)使調(diào)節(jié)系統(tǒng)失去壓力油而無法正常工作，結(jié)果汽輪機(jī)會(huì)失去控制，其后果更為嚴(yán)重，必須給予足夠的重視。

電廠中汽輪機(jī)油系統(tǒng)主要由潤(rùn)滑油主油箱、主油泵、高壓?jiǎn)?dòng)油泵、交流潤(rùn)滑油泵、直流事故油泵、注油器、冷油器、過濾器、排油煙風(fēng)機(jī)裝置以及相關(guān)系統(tǒng)附件等組成。在該集成式油系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)中，取消常規(guī)設(shè)計(jì)中的注油器，用效率高的螺桿泵代替效率低的離心式主油泵，用兩臺(tái)螺桿泵用作啟動(dòng)油泵，一臺(tái)螺桿泵用作直流油泵。螺桿泵的優(yōu)點(diǎn)是壓力和流量范圍寬闊，吸入性能好，具有自吸能力，流量均勻連續(xù)，振動(dòng)小，結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)，安裝保養(yǎng)容易，適合長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)的試驗(yàn)臺(tái)使用。將試驗(yàn)平臺(tái)的所有部件集成在一個(gè)基座之上，安裝簡(jiǎn)單，占地面積小，非常適合試驗(yàn)使用。

2 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的組成

本試驗(yàn)臺(tái)的組成主要是有主油箱1套、螺桿泵組4套（其中1套是用作主油泵、2套用作啟動(dòng)油泵、1套用作直流油泵）、雙筒濾油器1臺(tái)、板式冷油器2臺(tái)、溢流閥1臺(tái)、排油煙風(fēng)機(jī)1臺(tái)、壓力開關(guān)6只。

油箱是儲(chǔ)存潤(rùn)滑油的容器，起著沉淀雜質(zhì)、分離泡沫，散去油煙氣體、水汽的作用。由于透平油有一定的粘度，油煙雜質(zhì)的分離和沉淀需要一定的時(shí)間，故要求油箱有足夠的容量。油箱的容積是18m3，保證油循環(huán)倍率是8～10。油箱由Q235A鋼板焊接而成，外形尺寸是3730mm×3000mm×1985mm。油液進(jìn)入油箱后，油流動(dòng)的路線受油箱內(nèi)擋板的控制，回油從擋板的下端曲折迂回流過，加長(zhǎng)其沉淀和分離的過程，合理安排擋板能使油的停留時(shí)間最短，而沉淀和分離的效果最好。油箱內(nèi)部有兩道濾網(wǎng)，每道濾網(wǎng)都與兩排相同的濾網(wǎng)盤組成，濾網(wǎng)是不銹鋼網(wǎng)，規(guī)格為GFW0.500/0.315，每個(gè)濾網(wǎng)盤都可以從油箱上蓋抽出進(jìn)行清洗。油箱上安裝一臺(tái)具有就地顯示和遠(yuǎn)傳功能的磁翻板液位計(jì)，當(dāng)油箱內(nèi)油面達(dá)到最高油位或者降低到最低油位時(shí)，將通過行程開關(guān)和遠(yuǎn)傳發(fā)訊器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，液位計(jì)的量程為400mm。油箱底部設(shè)計(jì)有一定坡度，使油中沉淀下來的水分和雜質(zhì)沿著箱底泄集到排油口。油箱側(cè)面安裝一只Pt100鉑熱電阻，長(zhǎng)度400mm，熱電阻傳送的溫度信號(hào)發(fā)送至DCS控制部分。油箱上還裝有四只電加熱器，兩只6kW，兩只2kW，當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)由于油箱油液內(nèi)的溫度較低粘性較大，需要投入電加熱器將油溫加熱到20℃以上再啟動(dòng)。在油箱頂部設(shè)有人孔，以便檢修或清洗時(shí)用。此外，油箱上還開有溢油閥接口、油凈化裝置進(jìn)油口、回油口，在油箱底部有事故排油口、備用油泵接口等。

本試驗(yàn)平臺(tái)中主油泵的作用主要是向汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)供油，主油泵選用螺桿泵組代替原有的離心式主油泵，離心式的主油泵安裝在汽輪機(jī)主軸上，沒有自吸能力，因此在汽輪機(jī)啟、停階段要依靠電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的輔助油泵供給機(jī)組用油和主油泵的進(jìn)口油，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到2800r/min左右才能供給潤(rùn)滑油系統(tǒng)的全部壓力油，而試驗(yàn)平臺(tái)選用的螺桿泵組是直接用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，安裝維護(hù)簡(jiǎn)便，啟停不受機(jī)組的運(yùn)行影響，也免去了設(shè)置輔助油泵的麻煩。主油泵的流量為570L/min，出口壓力為2.0MPa。

試驗(yàn)平臺(tái)選用兩臺(tái)交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的螺桿泵作為啟動(dòng)油泵，一臺(tái)運(yùn)行一臺(tái)備用，一臺(tái)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的螺桿泵作為直流油泵。啟動(dòng)油泵在機(jī)組啟動(dòng)前給整個(gè)系統(tǒng)打油循環(huán)，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)給潤(rùn)滑油系統(tǒng)及頂軸油系統(tǒng)供油，在停機(jī)或盤車時(shí)向各軸承提供潤(rùn)滑油，啟動(dòng)油泵的流量為1684L/min，出口壓力為0.5MPa。當(dāng)機(jī)組試驗(yàn)運(yùn)行發(fā)生故障而潤(rùn)滑油壓下降時(shí)，備用螺桿泵組能自動(dòng)啟動(dòng)以維護(hù)必要的潤(rùn)滑油壓。當(dāng)潤(rùn)滑油壓因故障下降而兩臺(tái)啟動(dòng)油泵都不能正常投入工作或當(dāng)試驗(yàn)時(shí)的廠用電全停啟動(dòng)油泵不能啟動(dòng)時(shí)，直流事故油泵則向潤(rùn)滑系統(tǒng)供油并靠蓄電池供電。

油系統(tǒng)中設(shè)置6個(gè)壓力開關(guān)，其中一個(gè)是當(dāng)系統(tǒng)壓力降至0.07MPa時(shí)啟動(dòng)交流泵，另一個(gè)是當(dāng)壓力下降到0.05MPa時(shí)啟動(dòng)直流潤(rùn)滑油泵，另外三只打閘停機(jī)信號(hào)整定壓力也是0.05MPa，3取2，還有一只是當(dāng)系統(tǒng)壓力下降到0.03MPa時(shí)切斷自動(dòng)盤車裝置改手動(dòng)盤車。

為了保證汽輪機(jī)油系統(tǒng)中的潤(rùn)滑油壓穩(wěn)定在軸承的供油壓力之上，在試驗(yàn)平臺(tái)的回路上設(shè)置溢油閥，以實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑油壓的自動(dòng)調(diào)整，溢油閥的閥前壓力0.118MPa（機(jī)組潤(rùn)滑油壓力），通過閥的流量為400L/min。

排油煙風(fēng)機(jī)的作用是將油系統(tǒng)中的油煙和水蒸汽排出，以保證運(yùn)行中的透平油質(zhì)量，考慮到環(huán)保的要求，將排油煙風(fēng)機(jī)設(shè)置在試驗(yàn)場(chǎng)地的窗戶附近比油箱高的平臺(tái)上。驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率為2.2kW，選用防爆電機(jī)，防止發(fā)電機(jī)氫密封處泄露而導(dǎo)致爆炸，排油煙風(fēng)機(jī)分離出來的細(xì)小油珠經(jīng)下面的U形管流回油箱，沉淀在U形管底部的水分定期排放到地溝中。

雙筒濾油器是用于油系統(tǒng)中的低壓管路不間斷過濾，濾除油液中的固體顆粒污染物，有效控制系統(tǒng)油液清潔度。雙筒濾油器在運(yùn)行時(shí)一運(yùn)一備，根據(jù)運(yùn)行情況及過濾器濾芯的使用情況現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)切換。濾油器的濾芯是不銹鋼材質(zhì)，精度是40μm，電子壓差發(fā)訊器的發(fā)訊值為0.35MPa，旁通閥開啟壓差為0.5MPa，當(dāng)濾油器內(nèi)差壓達(dá)到0.35MPa時(shí)壓差發(fā)訊器發(fā)出信號(hào)提示需要更換濾芯，當(dāng)壓差達(dá)到0.5MPa時(shí)旁通閥開啟，這時(shí)潤(rùn)滑油將不經(jīng)過濾油器直接從管路進(jìn)入系統(tǒng)。

在汽輪機(jī)運(yùn)行過程中由于軸承摩擦而消耗了一部分功率，這部分機(jī)械耗功約占機(jī)組額定功率的0.5%左右，它將轉(zhuǎn)化為熱量使通過軸承的潤(rùn)滑油溫度升高，如果油溫太高，軸承有可能發(fā)生燒瓦事故。為使軸承正常，潤(rùn)滑油溫必須保持在一定范圍內(nèi)，一般要求進(jìn)入軸承的油溫在40℃～50℃之間，軸承的排油升溫一般為10℃～15℃，因而必須將軸承排出來的油冷卻之后再進(jìn)入軸承潤(rùn)滑，冷油器就是為了滿足這一要求而設(shè)置的，溫度較高的潤(rùn)滑油和低溫冷卻水在冷油器中進(jìn)行熱交換，并通過了解冷卻水的流量來達(dá)到控制潤(rùn)滑油溫度的目的。

冷油器的冷卻水一般采用循環(huán)水常規(guī)將設(shè)計(jì)水溫取為33℃。選用的板式冷油器優(yōu)點(diǎn)是占地面積小、散熱效率高。冷油器的材質(zhì)一般為TP304和TP316L，冷卻水在冷卻管內(nèi)流動(dòng)，透平油在管外流動(dòng)，油側(cè)壓力大于水側(cè)壓力，以防止管內(nèi)的冷卻水通過密封不嚴(yán)處泄漏到管外的油中。試驗(yàn)平臺(tái)并聯(lián)配置兩臺(tái)冷油器，一臺(tái)運(yùn)行一臺(tái)備用。冷油器上有一個(gè)水排污口、一個(gè)水排氣口、一個(gè)油排污口和一個(gè)油排氣口，在進(jìn)出水和油接口處有四個(gè)雙金屬溫度計(jì)接口。如圖1 所示：

圖1

3 結(jié)論

集成式模擬汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組油系統(tǒng)運(yùn)行工況的試驗(yàn)臺(tái)（汽輪機(jī)試驗(yàn)平臺(tái)）的參數(shù)設(shè)計(jì)、圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、設(shè)備選擇遵循合理、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用性原則，能滿足某海洋船用汽輪發(fā)電機(jī)在船上安裝、發(fā)電之前要在陸地進(jìn)行試驗(yàn)的要求，設(shè)計(jì)成集成式，主要考慮在試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)方便安裝的需要，并且占地面積小，非常適合試驗(yàn)使用。目前，該汽輪機(jī)試驗(yàn)平臺(tái)已經(jīng)在交付客戶使用，并為公司創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟(jì)效益。

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（責(zé)任編輯：黃銀芳）