PG9171E燃氣輪機用輔助潤滑油泵的設計與性能優(yōu)化

陸國平，李清浦，莊 健，鄭志強，陳 崗，章雷申

(1. 南京汽輪電機(集團)有限責任公司，南京 210037； 2. 上海市電力公司閘北發(fā)電廠，上海 200438)

上海市電力公司閘北發(fā)電廠擁有4臺美國GE公司 PG9171E燃氣輪機，采用2拖1的布局方式，并加帶2臺汽輪機，形成機組的聯合循環(huán)。自1996年4臺燃氣輪機依次投產，至今已運行了22年[1]。

輔助潤滑油泵是燃氣輪機啟、停過程中給潤滑油系統供油的泵站，其關系到機組的冷卻、潤滑等作用[2]。原先使用GE的輔助潤滑油泵，使用年代久遠，故障率極高，平均每月修理一次，給修理維護增加了不少工作量，且成本較高。因此，亟需自主設計、本土化生產的輔助潤滑油泵取代，以降低燃氣輪機的工作成本，優(yōu)化其結構，進一步完善現階段輔助油泵的性能。

1 LYT180-90型輔助油泵的結構設計

1.1 輔助油泵的結構設計

LYT180-90型輔助油泵為立式、單級、單吸離心油泵，專為上海電力公司閘北發(fā)電廠燃氣輪機輔助潤滑油泵設計并生產，該輔助潤滑油泵與電機的連接結構形式如圖1所示，設計結構圖如圖2所示，具體參數如表1所示。

圖1 輔助油泵與電機的實際裝配圖

該輔助潤滑油泵的進口位于泵的下部，采用軸向吸入的方式；泵的出口位于支撐板的下方，呈徑向布置。排油管路的接口布置在支撐板上，垂直向下分布，通過排油管組件和彎管組件將泵的出口和支撐板上的排油管路的接口進行連接。另外，泵的上部采用一對背靠背的推力球軸承進行定位，并承受轉子部分的重量及剩余軸向力，下部采用滑動軸承進行輔助定位。通過潤滑油管將泵輸送的介質引入，對上部推力軸承進行潤滑。葉輪采用離心式，葉輪設有平衡孔及前后密封環(huán)以平衡軸向力并減少泄漏。

表1 LYT180-90交流輔助油泵的性能參數

1. 濾網；2. 葉輪螺母；3. 密封環(huán)；4. 泵蓋；5. 葉輪；6. 泵體；7. 鍵(葉輪)；8. 滑動軸承；9. 支撐管；10. 軸；11. 軸承體；12. 鍵(軸承內套)；13. 軸承內套；14. 滾動軸承；15. O型密封圈；16. 軸承壓蓋；17. 油封；18. 軸承擋套；19. 圓螺母；20. 鍵(泵聯)；21. 聯軸器部件；22. 鍵(電聯)；23. 電機支架；24. 排油管組件；25. 潤滑油管部件；26. 支撐板；27. 彎管組件；28. 排氣管組件；29. 交流電機圖2 LYT180-90交流輔助油泵-結構圖

1.2 關鍵零部件的使用壽命

在設計后期，將LYT180-90型輔助油泵的關鍵部件的使用壽命做了實驗驗證，具體結果如表2所示，表明該輔助油泵的關鍵零部件滿足國標的使用要求，間接說明該泵的結構設計合理，運行較為平穩(wěn)。

表2 LYT180-90型輔助油泵關鍵零部件的使用壽命

2 LYT180-90型輔助油泵的改進

2.1 葉輪結構優(yōu)化

當機組停機時，積存在氣缸內部的蒸氣將使機組上缸溫度高于下缸，因此導致轉子受熱不均勻，進而導致彎曲變形?；谝陨媳尘?，在啟動之前必須進行盤車，進一步減小上下氣缸的溫差，進一步降低沖轉力矩，因此在起動機啟動時，各摩擦副之間的潤滑效果會進一步影響壓氣缸的盤車阻力，為此，進一步改進該輔助潤滑油泵的流量對于機組的平穩(wěn)的運行具有重要的作用。

LYT180-90型輔助油泵的葉輪結構圖與軸功率-流量，效率-流量和揚程-流量曲線如圖3所示，可以看出當泵的流量為190 m3/h時，該輔助潤滑油泵的機械功率為76 %，軸功率為61.3 kW，揚程為90 m；當流量大于190 m3/h時，該泵的機械效率降低，因此該輔助油泵的運行流量不應大于190 m3/h。

在試運行過程中，發(fā)現該泵的流量仍不足保證機組運行平穩(wěn)，為此，需進一步優(yōu)化葉輪結構，具體葉輪結構與尺寸的優(yōu)化結果，如圖4與表3所示。具體將葉輪進口直徑(D0)增大了20%，增大到132 mm，葉輪出口直徑(D2)從275 mm增大到280 mm，葉輪徑向剖面進口節(jié)圓直徑(d1)增大了37.1%，增大到42.52 mm，葉輪徑向剖面出口節(jié)圓直徑(d2)增大了33.3%，達到20 mm。優(yōu)化后的泵型號由LYT180-90更正為LYT230-90。優(yōu)化后泵的軸功率-流量，效率-流量和揚程-流量曲線如圖4(b)所示。當泵的流量為230 m3/h時，該輔助潤滑油泵的機械功率處于最高值，且軸功率為81.6 kW，較LYT180-90型泵的軸功率增大了33 %。

(a) 葉輪結構圖

(b) 軸功率-流量，效率-流量和揚程-流量

(a) 葉輪結構圖

(b) 軸功率-流量，效率-流量和揚程-流量

表3 優(yōu)化前后葉輪的關鍵技術尺寸 mm

葉輪進口直徑(D0)葉輪出口直徑(D2)葉輪徑向剖面進口節(jié)圓直徑(d1)葉輪徑向剖面出口節(jié)圓直徑(d2)葉輪出口寬度(b2)改進前110 27531.02 15 15 改進后132 280 42.52 20 20

2.2 電機與泵連接的同心度調整

電機與輔助潤滑油泵的連接方式為立式連接，配套電機的位置較高，重心較高，導致運行不穩(wěn)定。在設備試運行階段，采用百分表測量電機與該輔助潤滑油泵的同心度，其結果為0.2 mm，不滿足國標要求(同心度不超過0.1 mm)[3]，因此，采用加裝穩(wěn)定銷釘的方案進一步加固電機輸出軸、輔助潤滑油泵的齒輪與連軸器之間的連接，使其同心度從0.2降低到0.05 mm。

3 工程效果

自2018年12月10日使用至今，使用情況總結如下：

1) 該輔助潤滑油泵的運行穩(wěn)定性更加可靠，噪音降低(測量數據70 dB)。

2) 該輔助潤滑油泵結構緊湊，由一臺交流電機驅動，拆裝非常方便。

3) 該輔助潤滑油泵上部由一對推力球軸承定位，下部由巴氏合金滑動軸承徑向輔助支撐。軸承采用輸送的潤滑油進行潤滑、冷卻。使用維護極為方便，對比原油脂潤滑軸承，無需考慮軸承潤滑油脂的消耗、添加等問題，省去了原來泵維護中添加軸承潤滑脂的諸多不便，同時可延長軸承使用壽命。

4) 該輔助潤滑油泵定型后互換性強、不同購買日期的設備都可互換使用。

5) 該輔助潤滑油泵在使用過程中對流量做了一次提升改進，考慮了壓氣機盤車阻力增加時，將流量增加了15%的富裕量，目前已基本達到預期效果。

6) 該泵采用先進的驗證方法，獲得較高的效率，從而使得泵的流量提高15%后，配套功率仍然夠用。