金雙雙 胡益鑫 劉子龍

摘要：高速動(dòng)平衡試驗(yàn)是大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子出廠試驗(yàn)必不可少的工藝過(guò)程。論文對(duì)某高速動(dòng)平衡試驗(yàn)裝置潤(rùn)滑油系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了闡述，以期為相關(guān)試驗(yàn)站潤(rùn)滑油系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考。

Abstract： The high-speed dynamic balance test is an essential process for the factory test of large rotating machinery rotors. This paper briefly introduces the working principle， system design and design points of 32t high-speed dynamic balance test device， in order to provide reference for the design of relevant test stations.

關(guān)鍵詞：高速動(dòng)平衡;試驗(yàn)裝置;潤(rùn)滑油系統(tǒng)

Key words： high speed dynamic balance;test device;lubricating oil system

0? 引言

旋轉(zhuǎn)機(jī)械種類(lèi)繁多包括離心壓縮機(jī)、水泵、汽輪機(jī)、風(fēng)機(jī)等，是冶金、化工、電力等工業(yè)生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備。隨著科技水平不斷提高，旋轉(zhuǎn)機(jī)械往大型化、高速化和智能化的方向發(fā)展，其一旦發(fā)生故障，不僅將造成重大經(jīng)濟(jì)損失，還危及人身安全[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，旋轉(zhuǎn)機(jī)械約一半以上的故障與轉(zhuǎn)子不平衡有關(guān)，所以對(duì)大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子進(jìn)行高速動(dòng)平衡試驗(yàn)已成為必不可少的工藝過(guò)程。

高速動(dòng)平衡試驗(yàn)裝置主要承擔(dān)工業(yè)汽輪機(jī)等產(chǎn)品轉(zhuǎn)子維修時(shí)的高速動(dòng)平衡試驗(yàn)和超速試驗(yàn)，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)數(shù)萬(wàn)轉(zhuǎn)，需設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)的試驗(yàn)場(chǎng)地和試驗(yàn)裝置保證試驗(yàn)安全、可靠、準(zhǔn)確的開(kāi)展。動(dòng)平衡試驗(yàn)站設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)性很強(qiáng)的工作，主要由高速動(dòng)平衡機(jī)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、真空艙鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、大氣潤(rùn)滑油系統(tǒng)、真空潤(rùn)滑油系統(tǒng)及頂軸油系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、起重運(yùn)輸設(shè)備和循環(huán)冷卻水系統(tǒng)等子系統(tǒng)組成[2]，如圖1所示。高速動(dòng)平衡試驗(yàn)裝置保證了轉(zhuǎn)子平衡精度，降低了大型回轉(zhuǎn)機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)中的振動(dòng)和噪聲，提高了工作轉(zhuǎn)速。高速動(dòng)平衡試驗(yàn)裝置的建設(shè)，為企業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量、延長(zhǎng)產(chǎn)品運(yùn)行壽命、提升產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力發(fā)揮了積極作用。本文以某高速動(dòng)平衡試驗(yàn)裝置為例，介紹了高速動(dòng)平衡試驗(yàn)裝置潤(rùn)滑油系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1? 潤(rùn)滑油系統(tǒng)工作原理

高速動(dòng)平衡試驗(yàn)裝置運(yùn)行過(guò)程中需大量潤(rùn)滑油，保證機(jī)器平穩(wěn)運(yùn)行，故需單獨(dú)設(shè)計(jì)潤(rùn)滑油系統(tǒng)與之配套。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)裝置各部分的潤(rùn)滑要求，確定油箱容量、泵類(lèi)型、過(guò)濾器類(lèi)型以及油品停留時(shí)間[3]。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)滑油系統(tǒng)。

潤(rùn)滑油系統(tǒng)采用封閉循環(huán)管路，正常工況下，潤(rùn)滑油從低位油箱經(jīng)油泵加壓，經(jīng)過(guò)濾器、冷卻器、閥門(mén)與管路到達(dá)潤(rùn)滑部位，再經(jīng)回油管路返回低位油箱。為了防止試驗(yàn)過(guò)程中緊急事故，需設(shè)置高位油箱，利用高差的重力勢(shì)能向機(jī)組供給潤(rùn)滑油，保證機(jī)組惰轉(zhuǎn)時(shí)的潤(rùn)滑和冷卻用油，大氣潤(rùn)滑系統(tǒng)原理如圖2所示。

轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡時(shí)轉(zhuǎn)速高達(dá)數(shù)萬(wàn)轉(zhuǎn)，如果不在真空情況下，轉(zhuǎn)子在空氣中旋轉(zhuǎn)摩擦，空氣溫度很高，造成損耗很大，所以要保證轉(zhuǎn)子在抽真空狀態(tài)下正常運(yùn)轉(zhuǎn)，以減少驅(qū)動(dòng)功率。為了保證真空艙內(nèi)真空度，需為真空艙內(nèi)運(yùn)行設(shè)備提供抽真空潤(rùn)滑油，防止管路中空氣逸出破壞真空環(huán)境，真空潤(rùn)滑系統(tǒng)原理如圖3所示。

2? 潤(rùn)滑油系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)潤(rùn)滑部位和作用不同，可將動(dòng)平衡試驗(yàn)裝置潤(rùn)滑油系統(tǒng)分為四個(gè)部分：大氣潤(rùn)滑油站、大氣高位油箱、真空潤(rùn)滑油站和真空高位油箱。在潤(rùn)滑油系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，不僅需滿足機(jī)組供油點(diǎn)的要求，同時(shí)油泵、過(guò)濾器、冷卻器和管路附件之間規(guī)格型號(hào)得相互匹配。

2.1 大氣潤(rùn)滑油站設(shè)計(jì)

大氣潤(rùn)滑油站用于高速動(dòng)平衡試驗(yàn)裝置大氣潤(rùn)滑油系統(tǒng)中，向主驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、增速齒輪箱、中間軸裝置提供潤(rùn)滑油。大氣潤(rùn)滑油站主要包括1只大氣低位油箱，2組螺桿油泵、冷油器、濾油器（一用一備），公共底盤(pán)，管道及附件等組成。大氣潤(rùn)滑油站各設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)如表1所列。

2.2 大氣高位油箱設(shè)計(jì)

大氣高位油箱用于高速動(dòng)平衡試驗(yàn)裝置大氣潤(rùn)滑油系統(tǒng)中，試驗(yàn)時(shí)儲(chǔ)油，緊急停電情況下，為安全停機(jī)緊急向主驅(qū)動(dòng)電機(jī)、增速齒輪箱、中間軸裝置提供潤(rùn)滑油。大氣高位油箱主要由箱體、底座、電加熱器、溢油漏斗及各有關(guān)接口組成。高位油箱有效容積1.5m3，氣空間絕對(duì)壓力為大氣壓;最高工作溫度50℃。

2.3 真空潤(rùn)滑油站設(shè)計(jì)

真空潤(rùn)滑系統(tǒng)用于高速動(dòng)平衡試驗(yàn)裝置真空潤(rùn)滑油系統(tǒng)中，用于提供真空艙內(nèi)試驗(yàn)轉(zhuǎn)子所需潤(rùn)滑油和試驗(yàn)轉(zhuǎn)子起動(dòng)時(shí)期所需頂軸油。真空潤(rùn)滑油系統(tǒng)主要由真空低位油箱、3臺(tái)螺桿油泵（二用一備）、2臺(tái)冷油器（一用一備）、3臺(tái)濾油器（二用一備），公共底盤(pán)，管道及附件組成一個(gè)整體。真空潤(rùn)滑油站各設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)如表2所列。

2.4 真空高位油箱設(shè)計(jì)

為高速動(dòng)平衡試驗(yàn)站真空潤(rùn)滑油系統(tǒng)的高位油箱，試驗(yàn)時(shí)貯油，緊急停電時(shí)為安全停機(jī)緊急提供真空潤(rùn)滑油。高位油箱出廠前應(yīng)做真空試驗(yàn)，將高位油箱抽到一定真空度后保持一段時(shí)間，泄漏量應(yīng)小于50Pa/h（50L·Pa/s）。高位油箱有效容積1.8m3，氣空間最小絕對(duì)壓力133Pa，最高工作溫度50℃。

3? 潤(rùn)滑油系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 油箱容積設(shè)計(jì)

油箱必須有足夠的容積，一方面須滿足散熱的要求，另一方面在液壓系統(tǒng)停止工作時(shí)應(yīng)能容納系統(tǒng)中的所有工作介質(zhì)，工作時(shí)又能保持適當(dāng)?shù)囊何?。油箱容量與系統(tǒng)的流量有關(guān)，一般容量可取最大流量的2～7倍[4]。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，先按經(jīng)驗(yàn)公式確定油箱的容量，待系統(tǒng)確定后，再按散熱的要求進(jìn)行校核。油箱容積（V）的經(jīng)驗(yàn)公式采用式（1）計(jì)算：

V=a×Q（1）

式中，a為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，低壓系統(tǒng)取2～4，高壓系統(tǒng)取5～7;Q為油泵每分鐘排出的油的容積m3。

式（1）計(jì)算的油箱容量大小再?gòu)纳嵋笮：?，?jì)算出系統(tǒng)發(fā)熱量與散熱量，再考慮冷卻器散熱后，如果散熱量大于發(fā)熱量則該油箱容量滿足要求。油箱散熱量（H）計(jì)算公式采用式（2）：

H=A×K×？駐t（2）

式中，A為油箱的散熱面積;K為散熱系數(shù)，與油箱周?chē)L(fēng)條件有關(guān);？駐t油溫與周?chē)h(huán)境的溫差。

3.2 潤(rùn)滑油系統(tǒng)的測(cè)控點(diǎn)配置

潤(rùn)滑油系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，需實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)潤(rùn)滑油流量、溫度和壓力等參數(shù)，并設(shè)置報(bào)警值、跳機(jī)值，以滿足機(jī)組正常運(yùn)行的要求。油箱內(nèi)油溫低于供油溫度時(shí)，開(kāi)啟電加熱器進(jìn)行加熱工作。油箱內(nèi)液位過(guò)低，使電加熱器裸露時(shí)，不能開(kāi)啟電加熱器，避免其過(guò)熱燒壞。系統(tǒng)應(yīng)考慮設(shè)置溫度開(kāi)關(guān)，油箱內(nèi)的油溫高于供油溫度時(shí)，能自動(dòng)關(guān)閉開(kāi)啟的電加熱器。濾油器為雙筒濾油器并帶有差壓報(bào)警裝置，設(shè)備工作中當(dāng)在用濾油器濾芯堵塞需要清洗或更換（壓差超過(guò)設(shè)定值）時(shí)，可在不停機(jī)狀況下轉(zhuǎn)動(dòng)換向閥，另一只濾油器即投入工作，然后更換已堵塞的濾芯。

該項(xiàng)目潤(rùn)滑油系統(tǒng)主要測(cè)控點(diǎn)配置要求如下：①低位油箱側(cè)面設(shè)有液位計(jì)，頂上設(shè)有液位傳感器接口。②大氣低位油箱側(cè)面設(shè)有測(cè)量油溫的熱電阻接口。③大氣低位油箱側(cè)面設(shè)有一個(gè)溫度控制器接口。油箱內(nèi)液位過(guò)低，使電加熱器裸露時(shí)，不能開(kāi)啟電加熱器;油箱內(nèi)油溫高于供油溫度時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉開(kāi)啟的電加熱器。④螺桿油泵出油口設(shè)有壓力表。⑤螺桿油泵與濾油器之間的油管道上設(shè)有流量開(kāi)關(guān)，油流暢通時(shí)發(fā)出信號(hào)。⑥濾油器上帶有差壓報(bào)警裝置，工作中濾油器進(jìn)、出油口壓差超過(guò)設(shè)定值時(shí)即發(fā)出信號(hào)。⑦冷油器油水進(jìn)出口均設(shè)有就地顯示溫度計(jì)。⑧高位油箱側(cè)面設(shè)有液位計(jì)、熱電阻接口、溫度控制器接口，頂上設(shè)有液位傳感器接口。

3.3 潤(rùn)滑油系統(tǒng)的工藝平面布置

本高速動(dòng)平衡試驗(yàn)裝置橫向布置在試車(chē)間東南角，潤(rùn)滑油系統(tǒng)布置在真空艙的右下角，該工藝布局分區(qū)明確、布局合理、流程順暢，工藝平面布置圖如圖4所示。

低位油箱安裝高度應(yīng)確保潤(rùn)滑油經(jīng)機(jī)組后通過(guò)回油管順利回流，本項(xiàng)目低位油箱布置在深3.5米的地坑內(nèi)。真空潤(rùn)滑油系統(tǒng)運(yùn)行在絕對(duì)壓力為133Pa的真空環(huán)境，真空油站與真空油箱的安裝高度應(yīng)滿足油泵允許汽蝕余量的要求。高位油箱安裝在東側(cè)輔房的三層剛平臺(tái)上，高度應(yīng)滿足設(shè)備的供油壓力不小于0.05MPa[5]。

4? 結(jié)論

高速動(dòng)平衡試驗(yàn)裝置潤(rùn)滑油系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)、涉及面廣的工作，是高速動(dòng)平衡試驗(yàn)裝置運(yùn)行必不可少的組成部分。該試驗(yàn)裝置潤(rùn)滑系統(tǒng)吸取了國(guó)內(nèi)外動(dòng)平衡試驗(yàn)裝置的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)結(jié)合被試轉(zhuǎn)子的試驗(yàn)要求，合理設(shè)計(jì)與布置，滿足了機(jī)組運(yùn)行中的潤(rùn)滑需求。本文對(duì)高速動(dòng)平衡裝置潤(rùn)滑油系統(tǒng)運(yùn)行原理和系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了說(shuō)明，最后介紹了潤(rùn)滑油系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，供同行和相關(guān)讀者參考。

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