超大型油輪油泵和壓載泵的應用

孟存銀

(南通中遠川崎船舶工程有限公司,江蘇南通 226000)

1 泵和驅動透平的設計選型

1.1 貨油泵和壓載泵的選型

貨油船和壓載泵的設計選型以(3～4)萬t的成品油輪、10萬t的AFRA、MAX油輪、15萬t的SUEZ MAX和(25～30)萬t的VLCC這4類船型分類進行。表1、表2為日本SHINKO泵廠提供的貨油泵和壓載泵參數。

表1 貨油泵參數表

1.2 驅動透平的選用

驅動透平有 5種型號可供貨油泵和壓載泵選用。我公司VLCC采用的是RVR拉托3級式,而中小型油輪一般采用RX柯蒂斯單級式的。具體參數見表3。

2 泵、驅動透平以及中間軸的構造和特征

2.1 貨油泵和壓載泵

表2 壓載泵參數表

(1)貨油泵和壓載泵的流量適用范圍較廣,可以在額定流量的 10%到120%的廣范圍內使用,適應從高壓入到低吸入狀態的吸入條件的變化。

(2)其結構有單層渦輪和雙層渦輪 2種結構。小型泵采用單層泵殼形,其余的泵殼都采用雙層渦殼形。

(3)貨油泵泵殼的材料采用有延展性的青銅渦殼,以減少由于閥誤操作對渦殼可能會產生水擊造成的破損。

2.2 驅動透平

2.2.1 蒸汽調節閥

蒸汽調節閥不僅用于控制泵的運轉速度,還可起到透平脫扣時危急安全切斷作用,即當透平轉子的轉速達到額定轉速的 115%時,切斷蒸汽閥從而起到安全保護的作用。透平起動時,在電動補助油泵沒有啟動的情況下,為防止蒸汽調節閥打開,安裝了起動聯鎖裝置,防止軸承的損傷。

2.2.2 透平轉子

RVR形拉托 3級透平的轉子和透平軸是做在一起的,在透平軸端安裝了機械式的脫扣器(115%旋轉數)的偏心環,從而使泵的旋轉數在 50%～ 100%情況下安全運轉。

表3 貨油泵和壓載泵的透平參數表

2.2.3 減速裝置

蒸汽驅動透平使透平轉子高速旋轉,再通過減速裝置將轉子的轉速調整到泵所需要的轉速。該裝置采用立式 1級單螺旋形的減速齒輪,經過精密切齒后再進行制齒法的加工。為便于檢修,齒輪罩采用了帶有鉸鏈的設計。

2.2.4 潤滑油裝置

潤滑油裝置由直接連接透平的主油泵、電動補助油泵、潤滑油壓力調整閥、潤滑油冷卻器、過濾器以及油箱等組成。

2.2.5 安全裝置

為了確保泵和透平能夠靜止而且安全地進行運轉,因此對安全裝置以及各種儀表的監控顯得尤其重要。潤滑油系統,透平軸旋轉速度、透平排氣壓力,泵各部位的溫度發生異常時,若出現大故障安全裝置應該要跳閘,小故障則會遙控報警。一般裝有機械式和電動式超速跳閘、低油壓跳閘和警鈴、泵吐出壓力上升跳閘、排壓上升跳閘、泵殼過熱跳閘、緊急手動跳閘等安全裝置。

2.3 貨油泵的自動清洗裝置

在貨油裝卸作業的最后階段,由于貨油艙的油面降低,吸入管內產生氣體以及從錐形孔吸入惰性氣體,使泵性能下降。使用自動洗艙裝置 AUS后,在貨油泵吸入口處安裝氣體分離器。當油液面降到50%時,由于油液面的傳感器發出信號,設置在主甲板上泵室入口的真空泵就自動工作,在除去氣體的同時,開始擰緊泵的排放控制閥。當分離器油液面上升到 70%時真空泵就停止,排放控制閥完全打開。當液面下降到卸油的最后階段時,2臺真空泵全部工作,排放控制閥開度逐漸接近關閉,液面降到3%時,持續3m in后,該系統自動停止卸油作業。

2.4 中間軸裝置

中間軸裝置具有保持機艙和泵室的軸貫通處密封作用,能防止裝卸油時油船從滿載狀態到空船的船體變形所造成的透平和泵的偏離,使其運轉更安全。該裝置由 2根軸組成,上部由軸承支架固定,下部中間軸是浮動式,連軸器采用標準聯軸器。

3 安裝和使用中的注意點

3.1 測定船體變形中間軸的中心

安裝透平和泵時,測定泵和透平之間中間軸的中心非常重要,船廠調整泵和透平的中心一般在干塢內進行。在干塢內要事先找好偏心點,在下部中間軸短的情況下,應特別注意把油輪的每個船體狀態都能容納中間軸。

下端中心軸的軸心測定如圖 1所示,具體步驟如下:

(1)加工 1根臨時軸作為下端中心軸的假想軸,該臨時軸與泵軸通過連軸器連接。

(2)在臨時軸與上端中間軸之間安裝如圖 1所示的百分表,用塞尺調整透平軸與上端中間軸之間的間隙。

(3)轉動中間軸測定在前后左右位置的百分表讀數。

(4)通過微調泵和透平的底腳,使兩軸中心的偏差在許可的范圍內。

表4為流量 5 000m3/h、壓程150 m的貨油泵在VLCC從滿載到空載時的軸心的變化記錄。該貨油泵下端中間軸長為1 505 mm。根據1 505 mm時齒輪聯軸器的容許傾斜角 0.25°計算容許中心偏差Q為6.57mm。以表中No.1COP為例,在干塢中以下端中間軸偏心為5.4mm來安裝泵和透平調查其漂浮狀態、壓載狀態和滿載狀態時的軸心變化。如在干塢中測得的讀數為1 080mm/100 mm,偏心為5.4mm,壓載和滿載狀態下滿足容許值要求。但在漂浮狀態測得的讀數為1 408 mm/100 mm,偏心為7.04mm,這樣在漂浮狀態就超過了容許值,需再次調整下端中間軸偏心量,使其在任何吃水狀態下都能在容許值之內。表 4中,數字為刻度表所指數字; COP:貨油泵,F:船艏方向,P:船左舷,A:船艉方向,S:船右舷;壓載狀態的吃水11.5m;滿載狀態的吃水20m。

3.2 齒輪聯軸器的潤滑

以前對中間軸聯軸器的潤滑,是在如圖 2注油口的位置裝上潤滑油嘴,用油槍將潤滑油脂打進去。由于油脂充滿了連軸器內軸間的空隙,產生的內壓力將運轉中的透平功率輸出軸向上頂,從而造成功率輸出軸上方的下推力軸瓦損傷。為了避免這種事故的發生,現改用齒輪油潤滑,如圖 2用加油器,從反面的孔看到開始出油就停止,從而避免軸瓦燒傷事故的發生。另外,對軸瓦潤滑脂的注入,不能打得太多,否則也會引起軸瓦的異常溫升。

表4 根據VLCC的吃水變化使下端中間軸軸心的變化 1/100 mm

圖1 下端中心軸的軸心的測定方法

3.3 壓載泵排放能力測量時的注意點

在油輪交船前,要測定貨油泵和壓載泵的排放能力來考核貨油泵和壓載泵在安裝到船上后是否能達到規格書中的泵能力要求。貨油泵的排放能力一般符合要求,壓載泵有時會發生問題,這主要由船的雙層殼所決定的。壓載水艙分布在油艙兩邊和雙重底,能力排放試驗是用泵將壓載水艙中的水排出舷外,在30min內測定每10min內的艙液面降低的高度,結合艙容表,從而計算出 1 h內泵的排放能力并判斷其好壞。由于頂邊艙體積小,寬度比較狹窄,當吸入揚程高度急速下降時會導致全揚程上升,從而減少了排放能力,因此試驗時要不斷地調整排放閥保持所需全揚程。另外當全揚程低于 30～35 m時,還要考慮速度水頭差帶來的損失。

圖2 齒輪聯軸器的加油方法

3.4 透平的蒸汽管道和排氣管道

為了防止透平振動,軸承溫度上升和燒傷,調速器不穩定以及透平出力不足等事故,要特別注意透平的組裝和管道設備,透平入口和排氣法蘭上不允許有超出容許值的外力。