大型高速動(dòng)平衡試驗(yàn)裝置真空供油系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳波，曾鵬

（1.天臺(tái)縣基礎(chǔ)設(shè)施投資有限公司，浙江 臺(tái)州 317200；2.中國(guó)聯(lián)合工程有限公司，杭州 310052）

1 引言

高速動(dòng)平衡試驗(yàn)裝置的潤(rùn)滑油系統(tǒng)包括大氣潤(rùn)滑油系統(tǒng)和真空潤(rùn)滑油及頂軸油系統(tǒng)[1]。大氣潤(rùn)滑油系統(tǒng)為裝置的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備（大氣環(huán)境）提供潤(rùn)滑油，真空潤(rùn)滑油及頂軸油系統(tǒng)主要為裝置真空艙內(nèi)的動(dòng)平衡機(jī)（擺架）和試驗(yàn)轉(zhuǎn)子之間的滑動(dòng)軸承提供潤(rùn)滑油，以及為大型試驗(yàn)轉(zhuǎn)子啟動(dòng)時(shí)提供高壓頂軸油。由于該系統(tǒng)整體運(yùn)行在較高的真空環(huán)境（絕壓不高于133 Pa）下，與一般大氣環(huán)境潤(rùn)滑油系統(tǒng)相比，其系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備選型和工藝布置上均有較大差異。

2 真空潤(rùn)滑油及頂軸油系統(tǒng)組成

高速動(dòng)平衡試驗(yàn)裝置的真空潤(rùn)滑油及頂軸油系統(tǒng)一般由真空低位油箱、真空潤(rùn)滑油站、真空頂軸油站、真空高位油箱及連接管道系統(tǒng)組成，圖1 為真空潤(rùn)滑油及頂軸油系統(tǒng)原理圖。

圖1 真空潤(rùn)滑油及頂軸油系統(tǒng)原理圖

由于系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)真空低位油箱處于較高真空狀態(tài)，真空低位油箱結(jié)構(gòu)形式和耐壓計(jì)算應(yīng)按真空容器進(jìn)行設(shè)計(jì)，其有效容積一般不小于裝置最大動(dòng)平衡機(jī)（2 只擺架）15 min 的最大供油量。

真空低位油箱上應(yīng)設(shè)置檢修人孔、出油口、回油口、高位油箱溢流回油口、抽氣（真空）口等接口，其中出油口數(shù)量及通徑應(yīng)與真空油站上油泵數(shù)量及吸入口通徑相同，即一個(gè)出油口對(duì)應(yīng)一個(gè)油泵，出油口宜均勻設(shè)置于油箱下部與油箱縱向豎直剖面成30°角處，以利于減少油箱出油口到油泵吸入口之間的管道阻力；回油口通徑一般為出油口通徑的2 倍，宜設(shè)計(jì)成水平朝向且中心高度應(yīng)盡量降低，以利于減小真空艙回油口與低位油箱回油口之間的管道阻力，且增大二者之間的位差。真空低位油箱上應(yīng)設(shè)置電加熱器和液位計(jì)，電加熱器的功率應(yīng)能滿足在2 h 內(nèi)能將油溫度提升15～20 ℃，液位計(jì)應(yīng)具有就地顯示和遠(yuǎn)傳功能。真空低位油箱一般采用碳鋼材質(zhì)，各接口宜采用真空法蘭。

真空潤(rùn)滑油站系統(tǒng)如圖1 所示，宜設(shè)計(jì)成2 用1 備（從油泵到過(guò)濾器部分），共3 組模式，每組供油量應(yīng)能滿足單只最大擺架的最大供油要求。一般設(shè)計(jì)選擇油泵時(shí)，油泵的額定出口壓力宜為500～600 kPa，額定供油量宜為單只擺架最大供油量的120%～130%，以確保使用不同黏度潤(rùn)滑油時(shí)的實(shí)際供油量，能滿足最大用油需求并分流一部分潤(rùn)滑油去高位油箱。另外，由于系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)低位油箱處于高真空狀態(tài)，為避免油泵吸油不暢或發(fā)生氣蝕，造成油泵實(shí)際供油量不足或壽命減短，在選擇油泵時(shí)要求選擇轉(zhuǎn)數(shù)較低（一般不大于1 500 r/min）、泵汽蝕余量（NPSHr）盡量小的螺桿油泵，一般要求NPSHr 不大于2 m，這樣的選擇有利于避免油站實(shí)際供油量不足的風(fēng)險(xiǎn)，減小油站地坑的深度，節(jié)省投資。

真空潤(rùn)滑油站的過(guò)濾器一般應(yīng)選擇雙聯(lián)過(guò)濾器，能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)行時(shí)的切換，其公稱流量應(yīng)不小于油泵額定流量的2 倍，過(guò)濾精度一般宜選為20～40 μm。冷油器宜選擇為立式管殼式油冷卻器且設(shè)計(jì)成1 用1 備模式，以利于減少占地面積。真空頂軸油站的主要作用是通過(guò)擺架上的軸承將大型試驗(yàn)轉(zhuǎn)子在啟動(dòng)或低速運(yùn)行時(shí)頂起，避免轉(zhuǎn)子軸頸與軸瓦之間發(fā)生干摩擦。頂軸油站運(yùn)行時(shí)從真空潤(rùn)滑油供油管引油，其供油壓力和供油量應(yīng)根據(jù)擺架要求，每只擺架宜單獨(dú)配置管路和油泵，油泵根據(jù)需要可選擇高壓齒輪泵或柱塞油泵。真空潤(rùn)滑油站及頂軸油站管道宜采用不銹鋼材質(zhì)。

與真空低位油箱一樣，真空高位油箱也要按真空容器進(jìn)行設(shè)計(jì)，其有效容積應(yīng)不小于裝置最大動(dòng)平衡機(jī)（2 只擺架）3 min 的最大供油量。一般設(shè)計(jì)時(shí)，真空高位油箱有效容積可定為低位油箱有效容積的1/3 左右。真空高位油箱上應(yīng)設(shè)置檢修人孔、溢流管及接口、進(jìn)/出油口、抽氣口等接口。由于試驗(yàn)轉(zhuǎn)子的規(guī)格范圍比較大，所需潤(rùn)滑油量變化也比較大，高位油箱溢流管及回油管路作為真空供油系統(tǒng)最主要的調(diào)節(jié)支路，應(yīng)確保溢流回油順暢。一般設(shè)計(jì)時(shí)，高位油箱上溢流管管徑及喇叭口口徑宜按單臺(tái)油泵供油量作為最大溢流量來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)在正常運(yùn)行時(shí)，高位油箱內(nèi)的油始終流動(dòng)且平衡狀態(tài)，能夠確保內(nèi)部油溫處于合適的溫度，一般情況下，高位油箱內(nèi)可不設(shè)電加熱器。真空高位油箱上應(yīng)設(shè)置液位計(jì)，并具有就地顯示和遠(yuǎn)傳功能。真空高位油箱一般采用碳鋼材質(zhì)，各接口宜采用真空法蘭。

真空潤(rùn)滑油總的供油量通過(guò)總供油管上的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥F0來(lái)進(jìn)行控制，多余油量流向高位油箱，經(jīng)溢流管返回低位油箱。不同轉(zhuǎn)子試驗(yàn)時(shí)，根據(jù)轉(zhuǎn)子軸承用油量需求啟動(dòng)1～2 臺(tái)常用泵供油，常用泵故障時(shí)啟動(dòng)備用泵。真空潤(rùn)滑油及頂軸油系統(tǒng)管道及閥門(mén)等宜采用不銹鋼材質(zhì)。

3 真空潤(rùn)滑油及頂軸油系統(tǒng)的工藝布置

真空低位油箱應(yīng)盡量布置在靠近真空艙后墻板（真空潤(rùn)滑油及頂軸油等進(jìn)、出真空艙之處）標(biāo)高約為-4.50～-3.50 m的地坑內(nèi)，以利于減少主回油管長(zhǎng)度，確?；赜晚槙场Ｒ话闱闆r下，真空艙回油口與真空低位油箱回油口之間的豎向位差宜不小于0.5 m（傾斜度不小于0.03）。真空油站應(yīng)布置在緊靠真空低位油箱且標(biāo)高更低的地坑內(nèi)，真空低位油箱出油口與真空油站油泵進(jìn)油口之間的豎向位差應(yīng)滿足所選油泵的NPSHr 要求，一般情況下，應(yīng)不小于2.0 m。真空高位油箱宜就近布置在標(biāo)高不小于10.0 m 的建構(gòu)筑物頂部或支撐結(jié)構(gòu)上。頂軸油站由于體積比較小且是有壓供油，可布置于靠近后墻板之處。

真空潤(rùn)滑油及頂軸油系統(tǒng)的管道分為真空艙內(nèi)管道和真空艙外管道。真空艙外管道按一般管道設(shè)計(jì)和安裝規(guī)范進(jìn)行布置，值得注意的是，由于真空艙內(nèi)的主回油管是無(wú)壓回油（事實(shí)上，由于抽真空管長(zhǎng)度等原因，真空油箱內(nèi)的真空度略低于真空艙內(nèi)真空度，不利于回油），為確?；赜晚槙常婵张摶赜涂诘秸婵盏臀挥拖溥M(jìn)油口之間的管道應(yīng)盡量短且少折彎，傾斜度宜不小于0.03，最大流速應(yīng)不大于0.5 m/s。真空艙內(nèi)各管線應(yīng)布置于真空艙筒體底部沿縱向布置，由于空間比較小，應(yīng)先確定回油管位置，回油管傾斜度應(yīng)根據(jù)內(nèi)部尺寸具體確定，一般宜不小于0.01，其他供油管、頂軸油管等管道緊臨回油管布置。為便于不同長(zhǎng)度轉(zhuǎn)子試驗(yàn)時(shí)就近接管，真空艙內(nèi)潤(rùn)滑油供油、頂軸油供油和回油接口均應(yīng)設(shè)置多個(gè)，一般各類接口設(shè)置間距宜不大于1.5 m，各接口與擺架上對(duì)應(yīng)接口采用快速接頭連接。另外，為便于沖洗真空油路和冬天時(shí)進(jìn)行暖管，真空艙內(nèi)潤(rùn)滑油供油管與回油管在最遠(yuǎn)端需設(shè)置短接（帶閥門(mén)）連通管。

4 真空潤(rùn)滑油系統(tǒng)設(shè)計(jì)和制造時(shí)的關(guān)鍵點(diǎn)

真空潤(rùn)滑油系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，真空低位油箱處于高真空狀態(tài)即油箱內(nèi)油液面上部只有非常低的油汽壓（約133 Pa），這使得油站油泵“吸油”比較困難。因此，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)和制造的關(guān)鍵點(diǎn)就是確保油泵吸油順暢，即油泵吸入口前的靜壓（油液位差）在運(yùn)行期間必須始終大于油泵汽蝕余量（NPSHr），否則就會(huì)造成油泵供油不足或油泵壽命減短。例如，東方汽輪機(jī)有限公司12 t 高速動(dòng)平衡試驗(yàn)裝置真空潤(rùn)滑油系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)備和管道布置按油泵NPSHr=2.0 m 進(jìn)行設(shè)計(jì)，油泵選型為螺桿油泵，轉(zhuǎn)速1450 r/min，額定供油量163 L/min，NPSHr=2.0 m，但油站制造廠家忽視了NPSHr 的問(wèn)題，將油泵改選為離心油泵，轉(zhuǎn)速2 900 r/min，額定供油量170 L/min，NPSHr=7.0 m，交貨后現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)機(jī)調(diào)試時(shí)，真空環(huán)境的實(shí)際供油量只能達(dá)到85 L/min，且油泵工作噪聲異常，最后造成經(jīng)濟(jì)和工期損失。

另外，當(dāng)真空高、低位油箱罐體采用碳鋼制作時(shí)，其內(nèi)表面不宜涂覆油漆，以免系統(tǒng)工作時(shí)因油箱內(nèi)部處于高真空狀態(tài)出現(xiàn)大面積漆膜脫落，堵塞出油口、管道或油泵等造成供油困難而發(fā)生生產(chǎn)事故。一般可采取在油箱制作檢驗(yàn)完畢且內(nèi)表面打磨光滑并清理干凈后，對(duì)其所有內(nèi)表面涂刷潤(rùn)滑油或油脂進(jìn)行防銹蝕防護(hù)。存放期較長(zhǎng)時(shí)，可定期用潤(rùn)滑油涂刷其內(nèi)表面進(jìn)行防護(hù)。系統(tǒng)投入運(yùn)行后，真空高、低位油箱工作時(shí)其內(nèi)表面各處將處于油或油霧汽的“浸潤(rùn)”狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)表面自防護(hù)。

5 結(jié)語(yǔ)

大型渦輪轉(zhuǎn)子在真空艙內(nèi)進(jìn)行高速動(dòng)平衡時(shí)，轉(zhuǎn)速高、動(dòng)能大且在高真空環(huán)境內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)，其停機(jī)是一個(gè)“漫長(zhǎng)”過(guò)程，一般驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)帶制動(dòng)功能時(shí)，停機(jī)時(shí)間需要35 min 以上，而不帶制動(dòng)功能的高速動(dòng)平衡裝置，停機(jī)時(shí)間則達(dá)到120 min 或以上。因此，真空潤(rùn)滑油及頂軸油系統(tǒng)的可靠性和持續(xù)供油能力至關(guān)重要。一般設(shè)計(jì)時(shí)，真空滑油油泵、頂軸油泵均需配置備用電源（如柴油發(fā)電機(jī)組），且在常用電力中斷2 min 內(nèi)能完成備用電源自動(dòng)切換，以實(shí)現(xiàn)持續(xù)供油，確保生產(chǎn)安全。