氣囊式蓄能器在汽輪機(jī)潤滑油系統(tǒng)中的應(yīng)用

俞洪鋒，徐金雷，何恩明

（1.臺(tái)州發(fā)電廠，浙江 臺(tái)州 318000；2.溫州燃機(jī)發(fā)電有限公司，浙江 溫州 325000）

氣囊式蓄能器在汽輪機(jī)潤滑油系統(tǒng)中的應(yīng)用

俞洪鋒1，徐金雷2，何恩明1

（1.臺(tái)州發(fā)電廠，浙江 臺(tái)州 318000；2.溫州燃機(jī)發(fā)電有限公司，浙江 溫州 325000）

針對某發(fā)電廠在潤滑油泵切換時(shí)發(fā)生潤滑油母管壓力低、汽輪機(jī)跳機(jī)事故，分析了事故的原因，并通過在潤滑油系統(tǒng)加裝氣囊式蓄能器作為輔助動(dòng)力源來防止事故再次發(fā)生，對其他存在類似問題的機(jī)組具有借鑒意義。

汽輪機(jī)；潤滑油壓力；蓄能器

潤滑油系統(tǒng)是汽輪發(fā)電機(jī)組最重要的輔助系統(tǒng)之一，它為機(jī)組各個(gè)軸承提供潤滑油，通過油循環(huán)帶走軸承運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量、雜質(zhì)，保護(hù)機(jī)組各個(gè)軸承的正常運(yùn)行。在潤滑油系統(tǒng)中，閥門的狀態(tài)、泵組的運(yùn)行情況以及管路的充液、排氣等，都會(huì)導(dǎo)致管路壓力波動(dòng)，嚴(yán)重的甚至引起機(jī)組跳閘等事故。蓄能器可以作為輔助壓力油源，吸收和儲(chǔ)存系統(tǒng)中的能量，有效減小管路中的壓力波動(dòng)，減少設(shè)備運(yùn)行切換對整個(gè)系統(tǒng)的沖擊，從而避免機(jī)組跳閘等事故的發(fā)生。

1 潤滑油系統(tǒng)簡介

某發(fā)電廠裝有2臺(tái)美國GE公司生產(chǎn)的9E型燃?xì)廨啓C(jī)組和1臺(tái)與其配套的1 00 MW級汽輪機(jī)組，汽輪機(jī)組配套的潤滑油系統(tǒng)如圖1所示。A/B潤滑油泵一用一備，向系統(tǒng)提供穩(wěn)定的油源（0.021 4 m3/s，600 kPa）。潤滑油經(jīng)過雙聯(lián)冷油器及過濾器，由調(diào)壓閥調(diào)至額定壓力（145 kPa）后送至潤滑油母管，同時(shí)潤滑油過濾器后由一支路向發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)提供油源。系統(tǒng)中還設(shè)置1臺(tái)直流應(yīng)急潤滑油泵，在緊急情況下，提供停機(jī)過程的潤滑油及發(fā)電機(jī)密封用油。

圖1 潤滑油系統(tǒng)

A/B潤滑油泵存在2套聯(lián)鎖保護(hù)，1套是電氣聯(lián)鎖，另1套是泵出口母管低油壓聯(lián)鎖（整定值為500 kPa）。同時(shí)潤滑油系統(tǒng)中有汽機(jī)跳閘保護(hù)：

（1）當(dāng)軸承潤滑油母管壓力低于125 kPa時(shí)，汽輪機(jī)跳閘，同時(shí)直流應(yīng)急潤滑油泵自啟。

（2）發(fā)電機(jī)密封油差壓低低（24.138 kPa），延時(shí)1 s，汽輪機(jī)跳閘。

2 事故經(jīng)過及原因分析

2010年，汽輪機(jī)帶滿負(fù)荷正常運(yùn)行，A潤滑油泵故障、自動(dòng)切換至B潤滑油泵時(shí)，軸承潤滑油母管壓力低及發(fā)電機(jī)密封油壓差低低2個(gè)報(bào)警同時(shí)出現(xiàn)，汽輪機(jī)跳閘。經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)軸承潤滑油母管壓力低信號(hào)先于發(fā)電機(jī)密封油壓差低低信號(hào)發(fā)出。

為查明事故原因，在停機(jī)狀態(tài)下對A/B潤滑油泵進(jìn)行電氣聯(lián)鎖試驗(yàn)，模擬事故狀態(tài)。在2臺(tái)泵切換過程中，軸承潤滑油母管壓力瞬間降至整定值125 kPa以下后回升，系統(tǒng)出現(xiàn)軸承潤滑油母管壓力低跳機(jī)信號(hào)，隨后也出現(xiàn)發(fā)電機(jī)密封油壓差低低信號(hào)，與事故現(xiàn)象一致。經(jīng)檢查，油泵運(yùn)行狀態(tài)正常，2臺(tái)泵電氣聯(lián)鎖反應(yīng)時(shí)間2 s左右，也屬正常。因此可以確定事故原因是潤滑油系統(tǒng)壓力自保持時(shí)間過短。

3 改造方法

為解決潤滑油系統(tǒng)壓力自保持時(shí)間過短問題，一個(gè)有效的解決方法是在潤滑油系統(tǒng)加裝一定容量的蓄能器。蓄能器在系統(tǒng)正常運(yùn)行中蓄存潤滑油，蓄存量要保證在油泵切換過程能有效釋放至少43 L（油泵2 s內(nèi)的額定流量）潤滑油，以維護(hù)系統(tǒng)壓力。

3.1 蓄能器形式的選擇

目前常用的充氣式蓄能器有活塞式、隔膜式、氣囊式等，各有優(yōu)缺點(diǎn)。活塞式適用高壓系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，但是反應(yīng)靈敏性差。隔膜式雖反應(yīng)靈敏，但容量較小。鑒于使用的是低壓潤滑油，同時(shí)需要在短時(shí)間內(nèi)向系統(tǒng)提供43 L潤滑油，故氣囊式蓄能器較為合適。

3.2 蓄能器安裝位置的確定

因潤滑油2個(gè)主要用戶都會(huì)出現(xiàn)跳機(jī)信號(hào)，所以蓄能器安裝位置應(yīng)選在潤滑油泵出口母管處較為合適。

經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)確定，只要潤滑油母管處油壓在300 kPa以上，軸承潤滑油母管壓力與發(fā)電機(jī)密封油壓差都能正常運(yùn)行，為安全起見，增加10%安全余量，因而潤滑油泵出口母管最低壓力為330 kPa。

3.3 蓄能器容量和規(guī)格的確定

因蓄能器在系統(tǒng)中作為輔助動(dòng)力源，按照規(guī)范，蓄能器的容量由式（1）來計(jì)算。

式中：V0為所需蓄能器的容積；P0為充氣壓力，按0.9P2＞P0＞0.25P2充氣；Vx為蓄能器的工作容積；P1為系統(tǒng)最低壓力；P2為系統(tǒng)最高壓力；n為指數(shù)，等溫時(shí)取n=1，絕熱時(shí)取n=1.4。

3.3.1 充氣壓力P0的選定

蓄能器充氣壓力是整個(gè)裝置的關(guān)鍵參數(shù)，P0越小，運(yùn)行時(shí)一定容量蓄能器蓄油量越多，但有效排油量不一定大，而充氣壓力P0按以下原則選取：

0.9P1≥P0≥0.25P2（其中P1＝330 kPa，P2＝600 kPa），即300 kPa≥P0≥150kPa。

表1以100 L的蓄能器為例，給出了在不同充氣壓力P0下，蓄能器充排油過程中各主要參數(shù)的理論計(jì)算值。從表1可以看出，P0在選值范圍內(nèi)取值越大，雖蓄能器的蓄油量是下降，但其排放過程中有效排放量卻是增加的，因而P0應(yīng)選大值，取P0＝300 kPa。

3.3.2 蓄能器理論容量的確定

因充氣壓力P0＝300 kPa，蓄能器的有效排放量至少為潤滑油泵2 s的額定流量Vx=43 L，按式（1）計(jì)算得到V0=162.5 L。

3.3.3 蓄能器數(shù)量的確定

由于蓄能器中的皮囊是易損件，蓄能器出油速度過快，會(huì)使皮囊卡入出口菌形閥中而破損，因而一般皮囊式蓄能器出油流量低于10～15 L/s。根據(jù)潤滑油系統(tǒng)正常運(yùn)行所需流量21.5 L/s（0.021 4 m3/s）來看，選擇3只蓄能器比較合適。

3.3.4 蓄能器規(guī)格的確定

每只蓄能器的規(guī)格V＝V0/n=162.5/3=54.2 L。蓄能器規(guī)格選擇為63 L，但考慮系統(tǒng)的一定裕度，因而上選一個(gè)容量，蓄能器容量取80 L。蓄能器型號(hào)為：NXQAB-80/10-F-Y。

4 改造效果

新增潤滑油蓄能器系統(tǒng)如圖2所示。在日常運(yùn)行中，蓄能器既能對潤滑油系統(tǒng)油壓進(jìn)行有效的補(bǔ)償平衡，使整個(gè)潤滑油系統(tǒng)壓力平穩(wěn)，又解決了主備泵切換時(shí)系統(tǒng)壓力波動(dòng)產(chǎn)生的問題。同時(shí)，皮囊式蓄能器結(jié)構(gòu)簡單，安裝維護(hù)方便，性能可靠，反應(yīng)靈敏。改造后，實(shí)際運(yùn)行效果良好，沒有發(fā)生任何異動(dòng)誤動(dòng)情況，大大提高了潤滑油系統(tǒng)的安全性。

表1 蓄能器充排油過程中主要參數(shù)

圖2 蓄能器安裝示意

5 結(jié)語

潤滑油泵切換時(shí)系統(tǒng)壓力自保持時(shí)間過短的問題在同類機(jī)組中普遍存在。通過在潤滑油系統(tǒng)加裝蓄能器，可有效減小系統(tǒng)的壓力變化，吸收沖擊，減少潤滑油系統(tǒng)的故障，同時(shí)其結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠，大大提高了潤滑油系統(tǒng)的安全性。該方法對類似機(jī)組的改進(jìn)有一定的借鑒意義。

[1]GB/T 2352-2003液壓傳動(dòng) 隔離式充氣蓄能器壓力和容積范圍及特征量[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.

[2]馬雅麗，黃志堅(jiān).蓄能器實(shí)用技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

[3]胡小華.囊式蓄能器和活塞式蓄能器的選擇和使用[J].液壓與氣動(dòng)，1993（1）∶35-37.

[4]范貴喜，劉春峰，任國龍，等氣囊式蓄能器選型計(jì)算[J].煤礦機(jī)械，2005（7）∶18-19.

（本文編輯：張 彩）

Application of Bladder Accumulator in Lubricating Oil System of Steam Turbine

YU Hongfeng1，XU Jinlei2，HE Enming1
（1.Taizhou Power Plant，Taizhou Zhejiang 318000，China；2.Wenzhou Gas Turbine Power Generation Co.，Ltd.，Wenzhou Zhejiang 325000，China）

Aiming at low pressure of lubricating oil header and steam turbine trip that occurred during lubricating oil pump switching in a power plant，the paper analyzes the causes of the accident and suggests equipping bladder accumulator as an auxiliary power source for the lubricating oil system to prevent the recurrence of the accident，providing reference for other units with the same problems.

steam turbine；lubricating oil pressure；accumulator

TM263.8+.6

：B

：1007-1881（2016）05-0035-03

2016-01-15

俞洪鋒（1977），男，助理工程師，長期從事燃機(jī)設(shè)備管理工作。