劉千駒, 劉海博, 嚴 晶

(1. 上海晗真能源科技有限公司， 上海 201104； 2. 上海電氣燃氣輪機有限公司， 上海 200240；3. 清華大學(xué) 熱能工程系， 北京 100084)

燃氣輪機潤滑油系統(tǒng)主要為機組軸承提供潤滑油、減少磨損、帶走系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量，同時通過盤車裝置驅(qū)動轉(zhuǎn)子盤車、通過轉(zhuǎn)子位移系統(tǒng)模塊控制推動轉(zhuǎn)子移動從而提高機組效率。潤滑油作為這些運行過程的介質(zhì)發(fā)揮著重要的作用[1]。

這些特殊模塊和裝置由大量精密的控制元件和機構(gòu)組成，如控制電磁閥、調(diào)節(jié)閥、執(zhí)行器等。這些部件都是直接或者間接和潤滑油接觸，因此油品的清潔度將對這些設(shè)備的正常運行產(chǎn)生重大的影響。燃氣輪機潤滑油過濾系統(tǒng)是有其自身特點的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的一種過濾系統(tǒng)。

筆者根據(jù)現(xiàn)有燃氣輪機機組潤滑油系統(tǒng)在正常運行和檢修過程中發(fā)現(xiàn)的存在設(shè)備異常和部分零件磨損的情況進行系統(tǒng)分析，提出改進方案，并在實際項目中進行運用，取得了明顯的效果。

1 燃氣輪機潤滑油過濾系統(tǒng)

1.1 特點

在燃氣輪機發(fā)電機組中，轉(zhuǎn)子與滑動軸承之間發(fā)生高速的相對運動，容易造成磨損和能量損失；因此必須有一套完整的潤滑油系統(tǒng)來確保機組的正常運行。

燃氣輪機潤滑油過濾器布置在潤滑油泵出口、冷油器和溫控閥MBV24AA281的下游(見圖1)，過濾器MBV25AT001和MBV25AT002為雙聯(lián)，一用一備，可以通過切換閥MBV25AA251實現(xiàn)在線切換。

圖1 潤滑油過濾系統(tǒng)P&ID圖

為了保證潤滑油系統(tǒng)的正常運行，必須確保潤滑油的清潔度滿足一定的要求。油品的清潔度將影響潤滑油的使用壽命、設(shè)備元件的安全可靠性和整個機組的正常運行。

由于用于燃氣輪機潤滑和頂軸的油路是單獨的，各自的流量和壓力差異比較大，所以分別設(shè)置了獨立的潤滑油過濾器和頂軸油過濾器。

頂軸油過濾器布置在頂軸油泵的出口下游，頂軸油不經(jīng)過冷油器，直接進入過濾器，最后進入軸承。

油系統(tǒng)自身的精密元件等都會受到油品中污染物的直接影響，油品中的顆粒污染物會對相關(guān)密封面造成磨損甚至卡澀，從而影響設(shè)備的功能。系統(tǒng)中80%的零部件損壞都是由于油品中顆粒度超標造成的磨損引起的。

在燃氣輪機的潤滑油系統(tǒng)中，油液在密閉的系統(tǒng)中循環(huán)，看似不與外界接觸，但是外部污染物顆粒還是可以從多方面侵入，例如從軸承座的縫隙中飄入、安裝檢修過程中帶入等；同時系統(tǒng)內(nèi)部還會不斷產(chǎn)生污染物，如部件的磨損和元件的老化等，都會產(chǎn)生固體顆粒。

1.2 升級改進

油模塊上的集成過濾器主要是起保護作用，過濾精度過去按照引進技術(shù)一直用的是20 μm孔徑的濾芯。

在目前運行的數(shù)十臺機組中，已經(jīng)有不少進行了例行的小修、中修甚至大修。該型燃氣輪機總共積累了上百萬的運行小時。這些機組檢修過程中發(fā)現(xiàn)在達到中修周期以后，一部分機組會出現(xiàn)盤車轉(zhuǎn)速周期性小幅波動或者不能從靜止狀態(tài)盤動轉(zhuǎn)子的狀況，轉(zhuǎn)子液壓間隙優(yōu)化的動力模塊也時常出現(xiàn)保壓不穩(wěn)、壓力低報警的情況。最后檢查拆解發(fā)現(xiàn)，這些模塊的精密部件都出現(xiàn)了不同程度的磨損，造成潤滑油泄漏，從而引發(fā)相關(guān)故障。

因此，結(jié)合運行經(jīng)驗和對潤滑油系統(tǒng)設(shè)計的綜合評估，決定將燃氣輪機潤滑油系統(tǒng)過濾器的過濾精度由20 μm提升到10 μm。

2 過濾精度影響分析

2.1 改進型過濾系統(tǒng)的目標

改進型過濾系統(tǒng)的主要目標為：(1)提高潤滑油品的清潔度；(2)延長設(shè)備正常運行時間；(3)提高設(shè)備組件的可靠性；(4)減少維修。

通過提高過濾精度，能夠高效移除大于一定尺寸的污染物顆粒，延長設(shè)備的整體使用壽命，降低平均成本，即獲得高的性價比[2]。

2.2 對壓差的影響分析

為便于對過濾器的檢修和維護，潤滑油過濾器和頂軸油過濾器分別配置了壓差報警指示裝置(見圖2)，可實現(xiàn)就地壓差高報警。

圖2 壓差報警指示裝置

當(dāng)濾芯壓差達到設(shè)定值的時候，活塞因受力而壓縮彈簧，從而使按鈕和活塞的磁體分離。此時按鈕的彈簧彈起指示器，顯示報警。一旦報警，按鈕就會保持報警狀態(tài)，直至人工重新設(shè)置。

燃氣輪機發(fā)電機組一般作為調(diào)峰機組的工況較多，在低氣溫季節(jié)里長時間停機后，潤滑油溫會降到與環(huán)境溫度相同，潤滑油黏度較大[3]，通過濾芯時阻力增大，造成的壓差也增大。為了防止冷啟動時的誤報警，安裝了熱閉鎖裝置的報警裝置，可以手動復(fù)位，油溫在27 ℃以上時有信號，以防止冷啟動誤報警。

為確保整個燃氣輪機油系統(tǒng)的安全可靠，系統(tǒng)設(shè)計的壓差一般低于過濾器的失效壓差。低壓過濾器濾芯的失效壓差可以達到200 kPa以上，但是潤滑油過濾器在運行溫度50 ℃下的報警壓差設(shè)定值為100 kPa，確保整個系統(tǒng)有足夠的安全裕量。

由于過濾器濾芯精度的變化，必然對整個油路的壓差產(chǎn)生影響，過濾精度提高，油路中的壓差也增大，根據(jù)同種濾芯特性的對比，10 μm精度濾芯的壓差在設(shè)計溫度和設(shè)計流量下增大約10 kPa。綜合考慮壽命因素的影響，將設(shè)計工況下潤滑油過濾器的壓差報警值提高到120 kPa。

2.3 提升保護措施

過濾精度由20 μm提高到10 μm，極大地增加了潤滑油供油的阻力，同時也大大增加系統(tǒng)斷油的風(fēng)險。

為了將斷油的風(fēng)險降到最低，潤滑油過濾器新設(shè)置了旁通閥(見圖3)。

圖3 旁通閥結(jié)構(gòu)

當(dāng)濾芯壓差達到設(shè)定值時，旁通閥打開，從而可以保證潤滑油不通過濾芯，由進口直接流入出口。它是集成在過濾器的濾筒中的，可以防止過濾器上游壓力過高和過濾器下游斷流；同時也可以防止濾芯壓潰或者破裂。

旁通閥有獨立的彈簧和卡座對應(yīng)不同的開啟壓力，從而適配于不同的壓力報警裝置。一般沒有專用于指示旁通閥已經(jīng)打開的報警裝置。綜合考慮上下游特定的壓力匹配關(guān)系，燃氣輪機潤滑油過濾器旁通閥設(shè)計的開啟壓差為Δp0=300 kPa。對于頂軸油過濾器從安全角度考慮可以不設(shè)置旁通閥，其設(shè)計報警壓差為690 kPa。低壓過濾器和高壓過濾器的報警壓差見圖4。

圖4 旁通閥與報警壓力

3 結(jié)語

根據(jù)已投運機組在運行和檢修過程中遇到的問題展開分析，提出對潤滑油過濾系統(tǒng)的設(shè)計改進方案，將原來的20 μm過濾精度提高到10 μm，在充分評估對上下游可能產(chǎn)生影響的情況下，將10 μm的過濾方案進行完善，更新了過濾系統(tǒng)的配置，增加了部分監(jiān)測和保護設(shè)備，并修改了相應(yīng)的保護邏輯。

在已經(jīng)投運的新項目中跟蹤發(fā)現(xiàn)，采用上述措施后各機組運行良好，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性得到了提高，延長了各重要模塊的使用壽命。