汽輪機潤滑油站設(shè)計探討

盧寧， 鄧榮華， 劉洋， 宋延梅

（德陽東汽電站機械制造有限公司， 四川德陽， 618000）

1 概述

潤滑油系統(tǒng)是汽輪機的重要系統(tǒng)， 關(guān)系到汽輪機的安全運行。 發(fā)電機組在運行中極短時間斷油也會引起嚴重的設(shè)備事故， 潤滑系統(tǒng)漏油也易導(dǎo)致失火， 因此要求供油系統(tǒng)務(wù)必做到安全可靠而又經(jīng)濟實用。

本文所探討的汽輪潤滑油站采用全新的模塊化設(shè)計理念， 將整個潤滑油系統(tǒng)的主要設(shè)備集成在一起， 制造完成后在廠內(nèi)進行性能試驗， 模擬現(xiàn)場運行工況， 保證各項性能指標(biāo)滿足要求。

2 工作原理

常見的汽輪機潤滑油系統(tǒng)主要有2 種： 電動主油泵系統(tǒng)和主軸驅(qū)動主油泵系統(tǒng)。 其中， 電動主油泵系統(tǒng)采用的是電動機直接帶動油泵運行。

本文以電動主油泵系統(tǒng)為例， 對潤滑油站設(shè)計進行探討， 系統(tǒng)圖如圖1 所示。 正常工作時，電動主油泵將潤滑油壓力提高， 依次流經(jīng)冷油器、潤滑油過濾器、 壓力調(diào)節(jié)裝置， 然后進入軸承。事故工況下， 電動主油泵無法正常運行， 潤滑油經(jīng)直流事故油泵升壓后去軸承供油。 同時， 系統(tǒng)還配置有頂軸裝置、 蓄能器組及排煙裝置等設(shè)備。

圖1 電動主油泵系統(tǒng)圖

3 主要設(shè)備簡介

3.1 箱體

潤滑油站箱體是由鋼板、 槽鋼等型材焊制而成的矩形容器， 需要承受油箱本體、 潤滑油及其頂部配套設(shè)備重量。 此外， 箱體還設(shè)置有防爆板、護欄等部件。

3.2 油泵

油泵是潤滑油站的核心部件， 為整個系統(tǒng)提供動力。

潤滑油站包含2 臺交流油泵， 1 臺直流油泵。正常運行時， 由1 臺交流潤滑油泵向各軸承供油，另1 臺交流潤滑油泵備用。 當(dāng)系統(tǒng)油壓低于設(shè)定值， 直流油泵啟動供油， 以確保機組安全停機。

3.3 冷油器

冷油器常采用板式結(jié)構(gòu)， 布置在潤滑油站箱蓋上， 一用一備， 運行時通過切換閥進行切換檢修。 以電廠循環(huán)水作為冷卻介質(zhì)， 確保進入軸承的潤滑油溫度在40～45 ℃。

3.4 潤滑油過濾器

潤滑油過濾器同樣布置在潤滑油站箱蓋上，一用一備， 通過切換閥進行切換。 主要用于過濾汽輪機潤滑油中大于25 μm 的雜質(zhì)， 當(dāng)過濾器前后壓差超過0.06 MPa 時， 壓差開關(guān)報警， 以提示清洗或更換濾芯。

3.5 壓力調(diào)節(jié)裝置

壓力調(diào)節(jié)裝置由自力式壓力調(diào)節(jié)閥與節(jié)流孔板并聯(lián)而成， 以保證30%～40%的潤滑油流經(jīng)閥門， 而其余60%～70%流經(jīng)孔板[1]。 調(diào)節(jié)閥與孔板并聯(lián)而成， 即使調(diào)節(jié)閥失效關(guān)閉， 軸承仍可通過孔板得到潤滑油， 保證機組安全運行[2]。

3.6 蓄能器組

為減小油泵切換時母管油壓的波動， 電泵潤滑油系統(tǒng)一般設(shè)置一定容量的蓄能器組， 補償因油泵切換造成的油壓下跌。

3.7 頂軸裝置

頂軸裝置主要用于機組啟停、 盤車等工況，向機組軸承提供高壓油， 強制頂起軸承軸頸， 形成靜壓油膜， 避免軸頸與軸承的干摩擦。 該裝置一般采用模塊化結(jié)構(gòu)， 布置在油站箱蓋上。

3.8 排煙裝置

油站設(shè)置2 臺排煙裝置， 一用一備。 該裝置使油箱內(nèi)形成微負壓， 分離箱體內(nèi)油煙混合物，并排出煙氣， 使油滴返回油箱， 確保油系統(tǒng)安全可靠。 排煙裝置上還設(shè)置有蝶閥， 通過調(diào)節(jié)閥門開度來調(diào)整風(fēng)機風(fēng)量。

3.9 其他

除上述主要設(shè)備外， 油站還設(shè)置有油位計、跳閘開關(guān)、 電加熱器、 回油濾網(wǎng)等。

4 選型計算

4.1 油箱容積確定

油箱的存油容量一般按照每小時內(nèi)油系統(tǒng)的循環(huán)油量進入油箱進行循環(huán)的倍率來衡量， 見式（1）。

式中， K 為循環(huán)倍率， 一般取8～12 h-1； Q 為潤滑油量， m3/h； V 為油箱的存油容量， m3。

4.2 潤滑油泵選型

在給定油站出口壓力的前提下， 可采用倒推的方法計算出油泵出口壓力。 一般需考慮油站與油泵出口高差， 管道阻力損失， 冷油器、 過濾器、壓力調(diào)節(jié)裝置等設(shè)備壓降。 直流油泵出口潤滑油不經(jīng)過冷油器及過濾器， 相關(guān)阻力損失不計。 表1是某項目油站選型計算表。

表1 油泵選型計算表

計算出油泵出口壓力后， 結(jié)合給定流量， 即可交油泵廠家選型。

4.3 冷油器選型

模塊化潤滑油站常選用板式冷油器， 選型計算一般交專業(yè)板式冷油器廠家進行。 油站設(shè)計人員需向廠家提供潤滑油量、 潤滑油進出口溫度、冷卻水量、 進口水溫等參數(shù)及板片材質(zhì)， 需留有10%以上面積余量。

4.4 蓄能器選型

蓄能器的計算可按照機械設(shè)計手冊相關(guān)公式計算， 見式（2）。

式中， V0為所需蓄能器的容積， m3； P0為充氣壓力， MPa.a， 按0.9P1＞P0＞0.25P2充氣； Vx為蓄能器工作容積， m3， 可根據(jù)系統(tǒng)流量、 蓄能器排放時間確定； P1為系統(tǒng)最低壓力， MPa.a； P2為系統(tǒng)最高壓力， MPa.a； n 為指數(shù)， 絕熱取1.4。

以本項目為例， 蓄能器排放時間3 s， 系統(tǒng)流量2 700 L/min， 工作容積135 L， 根據(jù)系統(tǒng)最低壓力0.3 MPa.a， 最高壓力0.35 MPa.a， 充氣壓力取0.27 MPa.a， 則蓄能器計算容積為1 396 L。

4.5 壓力調(diào)節(jié)裝置選型

壓力調(diào)節(jié)裝置由調(diào)節(jié)閥與孔板并聯(lián)而成， 調(diào)節(jié)閥和孔板流量按4∶6 進行分配。 選型計算時， 可先在設(shè)定工況下計算孔板直徑， 然后根據(jù)選定孔板直徑計算其他工況下調(diào)節(jié)閥流量。 壓力調(diào)節(jié)裝置計算工況較多， 可通過編寫軟件解決繁瑣計算過程。

4.6 回油濾網(wǎng)選型

回油濾網(wǎng)設(shè)計時， 為避免產(chǎn)生較多油泡、 減少通力阻力， 潤滑油通流速度不能高于0.2 m/s。

5 設(shè)計制造及試驗

5.1 油站設(shè)計

油站設(shè)備選型計算完成后， 根據(jù)配套設(shè)備廠家反饋的外形圖， 即可進行潤滑油站詳細設(shè)計。為保證結(jié)構(gòu)合理性及準(zhǔn)確性， 可采用全三維設(shè)計。設(shè)計完成后進行油站強度校核及管道應(yīng)力分析。

5.2 油站制造

區(qū)別于傳統(tǒng)油箱， 模塊化油站還需安裝儀表柜及端子箱。 儀表柜內(nèi)集成了油站本體的壓力表、壓力開關(guān)、 壓差開關(guān)等測量元件， 利于現(xiàn)場統(tǒng)一管理。 端子箱則將油站內(nèi)所有的遠傳信號（液位信號、 電加熱器信號等）匯集在一起， 為現(xiàn)場接線提供方便。

5.3 性能試驗

油站制造完成后， 應(yīng)進行性能試驗。 主要步驟如下：

（1）準(zhǔn)備工作

按性能試驗原理圖（見圖2）安裝試驗工裝， 包括流量計、 試驗管路、 流量調(diào)節(jié)閥等； 連接油泵及電加熱器動力電源線， 確保油泵電機旋向正確；安裝好潤滑油過濾器調(diào)試濾芯。

圖2 性能試驗原理圖

（2）性能試驗

試驗內(nèi)容主要包括： 電加熱器功率核實； 液位開關(guān)動作檢測； 油站出口壓力、 流量檢測； 潤滑油過濾器、 冷油器切換檢測； 系統(tǒng)密封性檢測；儀表檢測等。

性能試驗時， 先通過流量調(diào)節(jié)閥將油站出口流量調(diào)至設(shè)計流量， 檢查此時出口油壓。 理論上，如圖3 所示， 通過調(diào)節(jié)自力式壓力調(diào)節(jié)閥， 即可在流量不變的情況下實現(xiàn)油站出口壓力調(diào)節(jié)。

圖3 壓力調(diào)節(jié)裝置流量-壓差曲線

6 優(yōu)越性

傳統(tǒng)潤滑油系統(tǒng)中油箱、 油泵、 冷油器等主要設(shè)備均為散件發(fā)貨， 設(shè)計院確定其安裝位置后，施工單位再按設(shè)計圖紙進行現(xiàn)場施工、 安裝調(diào)試，給現(xiàn)場安裝調(diào)試造成極大不便。 潤滑油站采用模塊化設(shè)計理念， 將系統(tǒng)中主要設(shè)備集成在一起，模塊發(fā)貨。 集成潤滑油站具有以下優(yōu)越性：

（1）質(zhì)量風(fēng)險低， 性能有保證

整個油站在制造廠內(nèi)完成， 嚴格按照項目檢驗計劃進行， 產(chǎn)品質(zhì)量可得到有效控制。 另外，通過廠內(nèi)性能試驗， 模擬現(xiàn)場工況， 進一步提高油站的可靠性。

（2）現(xiàn)場安裝量少， 成本降低

集成潤滑油站現(xiàn)場安裝量少， 可節(jié)約大量安裝成本。 特別是針對海外項目， 潤滑油站具有明顯競爭優(yōu)勢。

（3）集成度高

除傳統(tǒng)配套設(shè)備集成外， 潤滑油站還將儀表集中到儀表柜中， 統(tǒng)一管理， 為后期運行維護提供便利。 同時還將系統(tǒng)遠傳信號線集中接入端子箱， 方便現(xiàn)場接線。

7 總結(jié)

本文通過對電泵系統(tǒng)潤滑油站的主要設(shè)備、選型計算、 設(shè)計制造及性能試驗的介紹， 體現(xiàn)了潤滑油站模塊化設(shè)計的先進性、 優(yōu)越性。 隨著“一帶一路” 的發(fā)展， 模塊化潤滑油站設(shè)計理念將成為一種新的發(fā)展趨勢。