PG9171E燃?xì)廨啓C(jī)用輔助潤滑油泵的設(shè)計(jì)與性能優(yōu)化

陸國平，李清浦，莊 健，鄭志強(qiáng)，陳 崗，章雷申

(1. 南京汽輪電機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，南京 210037； 2. 上海市電力公司閘北發(fā)電廠，上海 200438)

上海市電力公司閘北發(fā)電廠擁有4臺(tái)美國GE公司 PG9171E燃?xì)廨啓C(jī)，采用2拖1的布局方式，并加帶2臺(tái)汽輪機(jī)，形成機(jī)組的聯(lián)合循環(huán)。自1996年4臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)依次投產(chǎn)，至今已運(yùn)行了22年[1]。

輔助潤滑油泵是燃?xì)廨啓C(jī)啟、停過程中給潤滑油系統(tǒng)供油的泵站，其關(guān)系到機(jī)組的冷卻、潤滑等作用[2]。原先使用GE的輔助潤滑油泵，使用年代久遠(yuǎn)，故障率極高，平均每月修理一次，給修理維護(hù)增加了不少工作量，且成本較高。因此，亟需自主設(shè)計(jì)、本土化生產(chǎn)的輔助潤滑油泵取代，以降低燃?xì)廨啓C(jī)的工作成本，優(yōu)化其結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步完善現(xiàn)階段輔助油泵的性能。

1 LYT180-90型輔助油泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 輔助油泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

LYT180-90型輔助油泵為立式、單級(jí)、單吸離心油泵，專為上海電力公司閘北發(fā)電廠燃?xì)廨啓C(jī)輔助潤滑油泵設(shè)計(jì)并生產(chǎn)，該輔助潤滑油泵與電機(jī)的連接結(jié)構(gòu)形式如圖1所示，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，具體參數(shù)如表1所示。

圖1 輔助油泵與電機(jī)的實(shí)際裝配圖

該輔助潤滑油泵的進(jìn)口位于泵的下部，采用軸向吸入的方式；泵的出口位于支撐板的下方，呈徑向布置。排油管路的接口布置在支撐板上，垂直向下分布，通過排油管組件和彎管組件將泵的出口和支撐板上的排油管路的接口進(jìn)行連接。另外，泵的上部采用一對(duì)背靠背的推力球軸承進(jìn)行定位，并承受轉(zhuǎn)子部分的重量及剩余軸向力，下部采用滑動(dòng)軸承進(jìn)行輔助定位。通過潤滑油管將泵輸送的介質(zhì)引入，對(duì)上部推力軸承進(jìn)行潤滑。葉輪采用離心式，葉輪設(shè)有平衡孔及前后密封環(huán)以平衡軸向力并減少泄漏。

表1 LYT180-90交流輔助油泵的性能參數(shù)

1. 濾網(wǎng)；2. 葉輪螺母；3. 密封環(huán)；4. 泵蓋；5. 葉輪；6. 泵體；7. 鍵(葉輪)；8. 滑動(dòng)軸承；9. 支撐管；10. 軸；11. 軸承體；12. 鍵(軸承內(nèi)套)；13. 軸承內(nèi)套；14. 滾動(dòng)軸承；15. O型密封圈；16. 軸承壓蓋；17. 油封；18. 軸承擋套；19. 圓螺母；20. 鍵(泵聯(lián))；21. 聯(lián)軸器部件；22. 鍵(電聯(lián))；23. 電機(jī)支架；24. 排油管組件；25. 潤滑油管部件；26. 支撐板；27. 彎管組件；28. 排氣管組件；29. 交流電機(jī)圖2 LYT180-90交流輔助油泵-結(jié)構(gòu)圖

1.2 關(guān)鍵零部件的使用壽命

在設(shè)計(jì)后期，將LYT180-90型輔助油泵的關(guān)鍵部件的使用壽命做了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，具體結(jié)果如表2所示，表明該輔助油泵的關(guān)鍵零部件滿足國標(biāo)的使用要求，間接說明該泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行較為平穩(wěn)。

表2 LYT180-90型輔助油泵關(guān)鍵零部件的使用壽命

2 LYT180-90型輔助油泵的改進(jìn)

2.1 葉輪結(jié)構(gòu)優(yōu)化

當(dāng)機(jī)組停機(jī)時(shí)，積存在氣缸內(nèi)部的蒸氣將使機(jī)組上缸溫度高于下缸，因此導(dǎo)致轉(zhuǎn)子受熱不均勻，進(jìn)而導(dǎo)致彎曲變形。基于以上背景，在啟動(dòng)之前必須進(jìn)行盤車，進(jìn)一步減小上下氣缸的溫差，進(jìn)一步降低沖轉(zhuǎn)力矩，因此在起動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，各摩擦副之間的潤滑效果會(huì)進(jìn)一步影響壓氣缸的盤車阻力，為此，進(jìn)一步改進(jìn)該輔助潤滑油泵的流量對(duì)于機(jī)組的平穩(wěn)的運(yùn)行具有重要的作用。

LYT180-90型輔助油泵的葉輪結(jié)構(gòu)圖與軸功率-流量，效率-流量和揚(yáng)程-流量曲線如圖3所示，可以看出當(dāng)泵的流量為190 m3/h時(shí)，該輔助潤滑油泵的機(jī)械功率為76 %，軸功率為61.3 kW，揚(yáng)程為90 m；當(dāng)流量大于190 m3/h時(shí)，該泵的機(jī)械效率降低，因此該輔助油泵的運(yùn)行流量不應(yīng)大于190 m3/h。

在試運(yùn)行過程中，發(fā)現(xiàn)該泵的流量仍不足保證機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)，為此，需進(jìn)一步優(yōu)化葉輪結(jié)構(gòu)，具體葉輪結(jié)構(gòu)與尺寸的優(yōu)化結(jié)果，如圖4與表3所示。具體將葉輪進(jìn)口直徑(D0)增大了20%，增大到132 mm，葉輪出口直徑(D2)從275 mm增大到280 mm，葉輪徑向剖面進(jìn)口節(jié)圓直徑(d1)增大了37.1%，增大到42.52 mm，葉輪徑向剖面出口節(jié)圓直徑(d2)增大了33.3%，達(dá)到20 mm。優(yōu)化后的泵型號(hào)由LYT180-90更正為LYT230-90。優(yōu)化后泵的軸功率-流量，效率-流量和揚(yáng)程-流量曲線如圖4(b)所示。當(dāng)泵的流量為230 m3/h時(shí)，該輔助潤滑油泵的機(jī)械功率處于最高值，且軸功率為81.6 kW，較LYT180-90型泵的軸功率增大了33 %。

(a) 葉輪結(jié)構(gòu)圖

(b) 軸功率-流量，效率-流量和揚(yáng)程-流量

(a) 葉輪結(jié)構(gòu)圖

(b) 軸功率-流量，效率-流量和揚(yáng)程-流量

表3 優(yōu)化前后葉輪的關(guān)鍵技術(shù)尺寸 mm

葉輪進(jìn)口直徑(D0)葉輪出口直徑(D2)葉輪徑向剖面進(jìn)口節(jié)圓直徑(d1)葉輪徑向剖面出口節(jié)圓直徑(d2)葉輪出口寬度(b2)改進(jìn)前110 27531.02 15 15 改進(jìn)后132 280 42.52 20 20

2.2 電機(jī)與泵連接的同心度調(diào)整

電機(jī)與輔助潤滑油泵的連接方式為立式連接，配套電機(jī)的位置較高，重心較高，導(dǎo)致運(yùn)行不穩(wěn)定。在設(shè)備試運(yùn)行階段，采用百分表測量電機(jī)與該輔助潤滑油泵的同心度，其結(jié)果為0.2 mm，不滿足國標(biāo)要求(同心度不超過0.1 mm)[3]，因此，采用加裝穩(wěn)定銷釘?shù)姆桨高M(jìn)一步加固電機(jī)輸出軸、輔助潤滑油泵的齒輪與連軸器之間的連接，使其同心度從0.2降低到0.05 mm。

3 工程效果

自2018年12月10日使用至今，使用情況總結(jié)如下：

1) 該輔助潤滑油泵的運(yùn)行穩(wěn)定性更加可靠，噪音降低(測量數(shù)據(jù)70 dB)。

2) 該輔助潤滑油泵結(jié)構(gòu)緊湊，由一臺(tái)交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，拆裝非常方便。

3) 該輔助潤滑油泵上部由一對(duì)推力球軸承定位，下部由巴氏合金滑動(dòng)軸承徑向輔助支撐。軸承采用輸送的潤滑油進(jìn)行潤滑、冷卻。使用維護(hù)極為方便，對(duì)比原油脂潤滑軸承，無需考慮軸承潤滑油脂的消耗、添加等問題，省去了原來泵維護(hù)中添加軸承潤滑脂的諸多不便，同時(shí)可延長軸承使用壽命。

4) 該輔助潤滑油泵定型后互換性強(qiáng)、不同購買日期的設(shè)備都可互換使用。

5) 該輔助潤滑油泵在使用過程中對(duì)流量做了一次提升改進(jìn)，考慮了壓氣機(jī)盤車阻力增加時(shí)，將流量增加了15%的富裕量，目前已基本達(dá)到預(yù)期效果。

6) 該泵采用先進(jìn)的驗(yàn)證方法，獲得較高的效率，從而使得泵的流量提高15%后，配套功率仍然夠用。