（四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 廣元 628040）

0 引言

垃圾發(fā)電站汽輪機潤滑油系統(tǒng)正常運行對汽輪機起很大的保護作用與輔助作用，其具體的功能歸納如下：

1）減少摩擦。加入潤滑油后,降低了摩擦面的摩擦系數(shù)，繼而降低摩擦力，降低了能量的消耗。油的物理特性和化學(xué)特性對摩擦系數(shù)的降低有很大影響。

2）降低磨損。設(shè)備在運行過程中，會造成磨損、氧化、減少設(shè)備的壽命。在設(shè)備保養(yǎng)這方面通常在潤滑油里會加入抗氧化劑，這些抗氧化劑會在很大程度上減少機械的磨損。

3）冷卻作用。潤滑能減少摩擦，可以吸收熱量，傳遞熱量和發(fā)散熱量、可以減少由機械操作引起的摩擦引起的溫升。

4）防腐作用。機械的摩擦面與空氣接觸時會被空氣中的氧氣氧化，在摩擦面涂滿潤滑油可以使機械與空氣隔絕，通過隔離氧化物的方式達到防腐的作用。

5）絕緣性。潤滑油的電阻很大，可作為絕緣材料。

6）力的傳遞。油可以作為靜態(tài)的傳輸介質(zhì)，例如卡車和起重機液壓油；也可以作為動力傳遞介質(zhì)，如自動變速器油。

垃圾發(fā)電站汽輪機潤滑油系統(tǒng)對確保汽輪機和系統(tǒng)的平安運轉(zhuǎn)起著舉足輕重的作用[1]。潤滑油體系失效后，將直接導(dǎo)致汽輪機瓦高溫燃燒、主軸彎曲等問題，為了防止汽輪機嚴重摩擦導(dǎo)致的嚴重損壞事故[2]，保護發(fā)電廠和發(fā)電設(shè)備的安全應(yīng)該放在第一位。

近年來，隨著工業(yè)高速發(fā)展，我國電力需求的迅速增長，發(fā)電廠的多樣性及可變性在所難免，而很多發(fā)電站都需要用到渦輪發(fā)電。所以為了提高發(fā)電效率和保障安全發(fā)電機組常常需要高質(zhì)量的潤滑油和精確的潤滑油泵體系。

1 潤滑油系統(tǒng)設(shè)計

1.1 潤滑油系統(tǒng)簡介

潤滑油系統(tǒng)主要任務(wù)是對汽輪機發(fā)電機組設(shè)備支持渦輪軸承、電機軸承和軸承箱提供高質(zhì)量的潤滑油[3]。為了確保發(fā)電機密封體系的密封性能良好，還需提供大量密封油給密封系統(tǒng)，為機械超速脫扣裝置保持一定壓力而提供較高油壓的潤滑油。潤滑油系統(tǒng)主要設(shè)備有主油泵(MOP)、油渦輪升壓泵(BOP)、集裝油箱、啟動油泵(MSP)、事故油泵(EOP)、輔助油泵(TOP)、冷油器、排煙裝置、頂軸裝置等，其主要設(shè)備組成如圖1 所示。

圖1 潤滑油系統(tǒng)的主要設(shè)備組成

為了確保潤滑油的品質(zhì)，保證潤滑油系統(tǒng)部件不被磨損，對潤滑油有一些特殊的要求，其中潤滑油的干凈度、物理特性、化學(xué)特性及正確的儲存和管理，以及相應(yīng)的注油方法是最基本的要求。潤滑油的溫度既不太高也不太低，如果油箱溫度低于10℃，那么系統(tǒng)循環(huán)油不能正常流動，不能啟動潤滑油泵系統(tǒng)；如果從軸承流出的潤滑油溫度高于81℃，那么會容易使系統(tǒng)著火，機組必須緊急停機[4]。汽輪機油系統(tǒng)在投入生產(chǎn)運行時必須對其沖洗和油采樣，確保其安全指標達到國家標準的設(shè)計要求。

1.2 潤滑油系統(tǒng)的運行

當汽輪機盤車時或當汽輪機啟動時主油泵不能提供足夠的油量，此時啟動輔助油泵(TOP)提供足夠的油量給汽輪機和發(fā)電機軸承，直到交流電動輔助油泵(TOP)給前軸承箱提供不低于0.10MPa(g)的軸承油。

交流電動機驅(qū)動的離心泵(MSP)在盤車及升速過理中執(zhí)行升壓泵的功能，在汽輪機主軸的速度達到額定轉(zhuǎn)速的90%以上均由交流電動啟動油泵（MSP）向主油泵入口供油。當渦輪軸開始轉(zhuǎn)動，主油泵不能提供足夠的壓力潤滑油時，交流電動啟動油泵(MSP)為主油泵提供吸油口壓力。

當汽輪機速度提高時，主油泵將開始運行增加輸出壓力，使主油泵油壓力足以打開主油泵出口止回閥。這部分潤滑油由交流電動啟動油泵(MSP)吸入主油泵，通過油底殼渦輪噴嘴節(jié)流閥和旁路節(jié)流閥和交流電動輔助泵（TOP）輸出油會合，升壓泵不再輸出油。當主油泵不斷提高速度和提升油壓，主油泵供給所有軸承的潤滑油不再需要交流電動輔助油泵，此時交流電動輔助油泵處于停運狀態(tài)。主油泵壓力逐漸升高使升壓泵轉(zhuǎn)速更快，產(chǎn)生更大的壓力以便于打開升壓泵的逆止閥將主油泵壓力提高更多，此時關(guān)閉交流電動輔助油泵(TOP)處的逆止閥。汽輪機轉(zhuǎn)速持續(xù)上升直到額定轉(zhuǎn)速，使得軸承潤滑油母管和主油泵吸油壓力達到可運行值。

在潤滑油系統(tǒng)正常運行時，由主油泵向潤滑油系統(tǒng)供油。安裝在油箱內(nèi)頂部的油渦輪驅(qū)動的升壓泵以0.10MPa(g)～0.17MPa(g)壓力的潤滑油向主油泵入口供油，為主油泵增加出口油壓力。從主油泵排出的油輸送到油箱并作為驅(qū)動油提供給油渦輪使其運行。潤滑油流經(jīng)油渦輪時油壓降到大約0.34MPa(g)～0.51MPa(g)來驅(qū)動升壓泵的運行。然后流經(jīng)冷油器與過濾器達軸承，提供潤滑油。

油溫控制：在系統(tǒng)正常運行時，潤滑油經(jīng)過冷油器后溫度范圍約42℃～48℃。當油箱內(nèi)油溫低于10℃，此時由于潤滑油黏稠度過大，不易循環(huán)，供油系統(tǒng)將會停止，只有啟動加熱器將油溫加熱到20℃以上，潤滑系統(tǒng)才啟動。當系統(tǒng)運行時，若通過冷油器的潤滑油溫低于30℃，那么必須關(guān)閉冷卻水，并通過調(diào)節(jié)使油溫保持在42℃～48℃。

排煙系統(tǒng)：在系統(tǒng)運行期間，一部分油因摩擦和鼓風(fēng)的原因，蒸發(fā)成油煙，這些油煙在系統(tǒng)中會導(dǎo)致透平油滲入雜質(zhì)，需要及時將這些油煙排出。檢測油煙的標準為油箱中的壓力，通過排煙風(fēng)機的啟停來控制油箱內(nèi)壓力的大小，使油箱壓力保持在100Pa～200Pa。

2 下位機控制系統(tǒng)設(shè)計

下位機主要完成對現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)的收集和對現(xiàn)場工藝設(shè)備的實時控制功能，它是DCS 體系的現(xiàn)場控制站（FCS），DCS 系統(tǒng)的主要功能由其達成[5]。同時，下位機還要保證DCS 系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。因此,對下位機的選擇需考慮很多方面如安全、穩(wěn)定、可靠等，一般采用特定的計算機系統(tǒng)。

2.1 總體功能設(shè)計

本文的DCS 系統(tǒng)的下位機使用PLC 作現(xiàn)場控制站，主要實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集、現(xiàn)場設(shè)備的控制和反饋控制的功能。

根據(jù)本文所選擇的工藝流程的控制要求，整個潤滑油泵系統(tǒng)大致可以分為三個區(qū)，即運行系統(tǒng)區(qū)、油溫控制區(qū)、排煙區(qū)。運行系統(tǒng)區(qū)控制油泵的運行，油溫控制區(qū)保障系統(tǒng)的安全，排煙區(qū)保障油的品質(zhì)。他們的工藝是相互關(guān)聯(lián)的，因此根據(jù)實際情況可使用一臺PLC 作為下位機去控制現(xiàn)場設(shè)備。

本文上位機的計算機自動控制系統(tǒng)采用組態(tài)王控制界面的設(shè)計，用來實現(xiàn)工藝運行狀態(tài)的控制，和緊急情況緊急的處理。根據(jù)實際工況進行I/O 地址分配，如表1、表2 所示。

表1 輸入地址分配表

2.2 汽輪機主油泵、輔助油泵運行

汽輪機主油泵在啟動之前判斷油箱油溫是否大于20℃，主油泵入口油壓是否小于0.07MPa[6]；當主油泵入口油壓大于0.08MPa，泵停止，主油泵流程圖如圖2。汽輪機輔助油泵啟動之前需要判斷油箱油溫是否大于20℃、軸承油箱內(nèi)油壓是否小于0.11MPa，兩條件同時滿足后才能啟動輔助油泵啟動；當軸承箱壓力大于0.12MPa，輔助油泵停止，當軸承箱壓力小于0.098MPa 啟動事故油泵進行下一步處理。輔助油泵運行流程圖如圖3 所示。

表2 輸出地址分配表

圖2 主油泵流程圖

圖3 輔助油泵流程圖

2.3 油溫控制系統(tǒng)

在啟動潤滑油系統(tǒng)之前要保證油溫在20℃以上，否則油過于黏稠不易于循環(huán)，當油溫小于20℃時啟動加熱器，38℃停止加熱器，使油箱溫度保持在20℃～38℃之間。加熱系統(tǒng)流程如圖4 所示。

圖4 加熱系統(tǒng)流程圖

圖5 排煙系統(tǒng)流程圖

2.4 排煙控制系統(tǒng)

系統(tǒng)運行時，在軸承處由于摩擦和鼓風(fēng)作用使一部分潤滑油轉(zhuǎn)換為油煙，這一部分油煙需要排出系統(tǒng)以保證潤滑油的品質(zhì)。產(chǎn)生的煙氣量由軸承箱內(nèi)壓力確定，需要用排煙風(fēng)機使油箱中的負壓維持在一定的范圍，使其保持在100Pa～200Pa 輔壓左右。排煙系統(tǒng)流程圖如圖5 所示。

3 軟件設(shè)計與調(diào)試

根據(jù)潤滑系統(tǒng)工藝的需要，對潤滑油泵的實時運行狀態(tài)進行監(jiān)控。當油溫為25.67℃（小于30℃），主油泵入口壓力為0.06MPa(小于0.11MPa)，軸承箱內(nèi)壓力為0MPa（小于0.098 1MPa）時，啟動油泵，輔助油泵及加熱器啟動，符合程序與工藝要求，當按下緊急停止開關(guān)，對應(yīng)油泵停止。當輔助油泵停止時，事故油泵會啟動。操作界面如圖6 所示。

圖6 操作界面

當油箱油溫為38.9℃，加熱器停止。軸承箱內(nèi)壓力為0.77MPa 時，輔助油泵停止，事故油泵也不啟動，滿足要求。操作界面如圖7 所示。

圖7 操作界面

當油箱內(nèi)壓力大于100Pa 時，排煙風(fēng)機A 啟動，B 停止，如圖7 所示。大于200Pa 時A 與B 都啟動。操作界面如圖8 所示。能夠調(diào)節(jié)軸承箱內(nèi)壓力，通訊結(jié)果正常。

圖8 操作界面

4 結(jié)語

綜上所述，汽輪機供油系統(tǒng)需要不斷地向汽輪發(fā)電組的各個軸承和調(diào)節(jié)系統(tǒng)提供壓力和溫度達標的潤滑油，用來保證系統(tǒng)正常工作。本文采用PLC 與組態(tài)王相結(jié)合設(shè)計了一套基于PLC 的汽輪機潤滑油泵控制系統(tǒng)，實現(xiàn)汽輪機主油泵、輔助油泵的自動控制、油溫自動控制、排煙系統(tǒng)的自動控制。重點解決了傳統(tǒng)的汽輪機供油系統(tǒng)中潤滑油系統(tǒng)突然停止供油，在短時間內(nèi)會引發(fā)軸承燒瓦誘發(fā)事故、壓力油中斷會使調(diào)節(jié)系統(tǒng)被迫停機等問題，有助于進一步提高汽輪機供油系統(tǒng)的自動化水平。