胡爽　胡敬輝

摘要：文章設(shè)計了一種集成式汽輪機試驗平臺，該試驗平臺是在汽輪機陸地發(fā)電試驗中模擬油系統(tǒng)持續(xù)運行工況而設(shè)計的，實現(xiàn)的功能是汽輪機起機、運行、停機過程中油系統(tǒng)的作用。該試驗臺主要由主油箱1套、螺桿泵組4套、雙筒濾油器1臺、板式冷油器2臺、溢流閥1臺、排油煙風(fēng)機1臺、壓力開關(guān)6只組成。

關(guān)鍵詞：集成式汽輪機；發(fā)電機組；油系統(tǒng)；運行工況；試驗臺 文獻標(biāo)識碼：A

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

1 實驗平臺的研發(fā)背景

本試驗平臺的研發(fā)背景：某海洋船用汽輪發(fā)電機在船上安裝、發(fā)電之前要在陸地進行試驗，汽輪發(fā)電機組是高速運轉(zhuǎn)的大型機械，汽輪機油系統(tǒng)的主要作用是向機組各軸承供油，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)和保護裝置穩(wěn)定充足的壓力油，使之正常工作，并在機組盤車時向盤車裝置和頂軸裝置供油。集成式汽輪機試驗平臺是在汽輪機陸地發(fā)電試驗中模擬油系統(tǒng)持續(xù)運行工況而設(shè)計的試驗臺。實現(xiàn)的功能是汽輪機起機、運行、停機過程中油系統(tǒng)的作用。油系統(tǒng)的正常工作對于保證汽輪機的安全運行具有重要作用，如果潤滑系統(tǒng)突然中斷油流，即使只是很短時間的中斷，也將引起軸承燒瓦，從而可能引發(fā)嚴(yán)重事故，此外，油流的中斷同時還會使調(diào)節(jié)系統(tǒng)失去壓力油而無法正常工作，結(jié)果汽輪機會失去控制，其后果更為嚴(yán)重，必須給予足夠的重視。

電廠中汽輪機油系統(tǒng)主要由潤滑油主油箱、主油泵、高壓啟動油泵、交流潤滑油泵、直流事故油泵、注油器、冷油器、過濾器、排油煙風(fēng)機裝置以及相關(guān)系統(tǒng)附件等組成。在該集成式油系統(tǒng)試驗臺中，取消常規(guī)設(shè)計中的注油器，用效率高的螺桿泵代替效率低的離心式主油泵，用兩臺螺桿泵用作啟動油泵，一臺螺桿泵用作直流油泵。螺桿泵的優(yōu)點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)，振動小，結(jié)構(gòu)堅實，安裝保養(yǎng)容易，適合長時間運轉(zhuǎn)的試驗臺使用。將試驗平臺的所有部件集成在一個基座之上，安裝簡單，占地面積小，非常適合試驗使用。

2 實驗臺的組成

本試驗臺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套用作啟動油泵、1套用作直流油泵）、雙筒濾油器1臺、板式冷油器2臺、溢流閥1臺、排油煙風(fēng)機1臺、壓力開關(guān)6只。

油箱是儲存潤滑油的容器，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。油液進入油箱后，油流動的路線受油箱內(nèi)擋板的控制，回油從擋板的下端曲折迂回流過，加長其沉淀和分離的過程，合理安排擋板能使油的停留時間最短，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，每個濾網(wǎng)盤都可以從油箱上蓋抽出進行清洗。油箱上安裝一臺具有就地顯示和遠傳功能的磁翻板液位計，當(dāng)油箱內(nèi)油面達到最高油位或者降低到最低油位時，將通過行程開關(guān)和遠傳發(fā)訊器發(fā)出報警信號，液位計的量程為400mm。油箱底部設(shè)計有一定坡度，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，長度400mm，熱電阻傳送的溫度信號發(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)啟動時由于油箱油液內(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。在油箱頂部設(shè)有人孔，以便檢修或清洗時用。此外，油箱上還開有溢油閥接口、油凈化裝置進油口、回油口，在油箱底部有事故排油口、備用油泵接口等。

本試驗平臺中主油泵的作用主要是向汽輪機調(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主軸上，沒有自吸能力，因此在汽輪機啟、停階段要依靠電動機驅(qū)動的輔助油泵供給機組用油和主油泵的進口油，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速達到2800r/min左右才能供給潤滑油系統(tǒng)的全部壓力油，而試驗平臺選用的螺桿泵組是直接用電機驅(qū)動，安裝維護簡便，啟停不受機組的運行影響，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。

試驗平臺選用兩臺交流電機驅(qū)動的螺桿泵作為啟動油泵，一臺運行一臺備用，一臺直流電機驅(qū)動的螺桿泵作為直流油泵。啟動油泵在機組啟動前給整個系統(tǒng)打油循環(huán)，在系統(tǒng)運行時給潤滑油系統(tǒng)及頂軸油系統(tǒng)供油，在停機或盤車時向各軸承提供潤滑油，啟動油泵的流量為1684L/min，出口壓力為0.5MPa。當(dāng)機組試驗運行發(fā)生故障而潤滑油壓下降時，備用螺桿泵組能自動啟動以維護必要的潤滑油壓。當(dāng)潤滑油壓因故障下降而兩臺啟動油泵都不能正常投入工作或當(dāng)試驗時的廠用電全停啟動油泵不能啟動時，直流事故油泵則向潤滑系統(tǒng)供油并靠蓄電池供電。

油系統(tǒng)中設(shè)置6個壓力開關(guān)，其中一個是當(dāng)系統(tǒng)壓力降至0.07MPa時啟動交流泵，另一個是當(dāng)壓力下降到0.05MPa時啟動直流潤滑油泵，另外三只打閘停機信號整定壓力也是0.05MPa，3取2，還有一只是當(dāng)系統(tǒng)壓力下降到0.03MPa時切斷自動盤車裝置改手動盤車。

為了保證汽輪機油系統(tǒng)中的潤滑油壓穩(wěn)定在軸承的供油壓力之上，在試驗平臺的回路上設(shè)置溢油閥，以實現(xiàn)潤滑油壓的自動調(diào)整，溢油閥的閥前壓力0.118MPa（機組潤滑油壓力），通過閥的流量為400L/min。

排油煙風(fēng)機的作用是將油系統(tǒng)中的油煙和水蒸汽排出，以保證運行中的透平油質(zhì)量，考慮到環(huán)保的要求，將排油煙風(fēng)機設(shè)置在試驗場地的窗戶附近比油箱高的平臺上。驅(qū)動電機的功率為2.2kW，選用防爆電機，防止發(fā)電機氫密封處泄露而導(dǎo)致爆炸，排油煙風(fēng)機分離出來的細小油珠經(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。雙筒濾油器在運行時一運一備，根據(jù)運行情況及過濾器濾芯的使用情況現(xiàn)場手動切換。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)差壓達到0.35MPa時壓差發(fā)訊器發(fā)出信號提示需要更換濾芯，當(dāng)壓差達到0.5MPa時旁通閥開啟，這時潤滑油將不經(jīng)過濾油器直接從管路進入系統(tǒng)。

在汽輪機運行過程中由于軸承摩擦而消耗了一部分功率，這部分機械耗功約占機組額定功率的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，潤滑油溫必須保持在一定范圍內(nèi)，一般要求進入軸承的油溫在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入軸承潤滑，冷油器就是為了滿足這一要求而設(shè)置的，溫度較高的潤滑油和低溫冷卻水在冷油器中進行熱交換，并通過了解冷卻水的流量來達到控制潤滑油溫度的目的。

冷油器的冷卻水一般采用循環(huán)水常規(guī)將設(shè)計水溫取為33℃。選用的板式冷油器優(yōu)點是占地面積小、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，透平油在管外流動，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。試驗平臺并聯(lián)配置兩臺冷油器，一臺運行一臺備用。冷油器上有一個水排污口、一個水排氣口、一個油排污口和一個油排氣口，在進出水和油接口處有四個雙金屬溫度計接口。如圖1 所示：

圖1

3 結(jié)論

集成式模擬汽輪機發(fā)電機組油系統(tǒng)運行工況的試驗臺（汽輪機試驗平臺）的參數(shù)設(shè)計、圖紙設(shè)計、設(shè)備選擇遵循合理、經(jīng)濟、實用性原則，能滿足某海洋船用汽輪發(fā)電機在船上安裝、發(fā)電之前要在陸地進行試驗的要求，設(shè)計成集成式，主要考慮在試驗現(xiàn)場方便安裝的需要，并且占地面積小，非常適合試驗使用。目前，該汽輪機試驗平臺已經(jīng)在交付客戶使用，并為公司創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟效益。

參考文獻

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（責(zé)任編輯：黃銀芳）