一種集成式模擬汽輪機發電機組油系統運行工況的試驗臺

胡爽　胡敬輝

摘要：文章設計了一種集成式汽輪機試驗平臺，該試驗平臺是在汽輪機陸地發電試驗中模擬油系統持續運行工況而設計的，實現的功能是汽輪機起機、運行、停機過程中油系統的作用。該試驗臺主要由主油箱1套、螺桿泵組4套、雙筒濾油器1臺、板式冷油器2臺、溢流閥1臺、排油煙風機1臺、壓力開關6只組成。

關鍵詞：集成式汽輪機；發電機組；油系統；運行工況；試驗臺 文獻標識碼：A

中圖分類號：TK269 文章編號：1009-2374（2017）04-0013-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.04.007

1 實驗平臺的研發背景

本試驗平臺的研發背景：某海洋船用汽輪發電機在船上安裝、發電之前要在陸地進行試驗，汽輪發電機組是高速運轉的大型機械，汽輪機油系統的主要作用是向機組各軸承供油，減少軸承接觸表面的摩擦損失并帶走因摩擦產生的熱量及由轉子傳來的熱量，供給調速系統和保護裝置穩定充足的壓力油，使之正常工作，并在機組盤車時向盤車裝置和頂軸裝置供油。集成式汽輪機試驗平臺是在汽輪機陸地發電試驗中模擬油系統持續運行工況而設計的試驗臺。實現的功能是汽輪機起機、運行、停機過程中油系統的作用。油系統的正常工作對于保證汽輪機的安全運行具有重要作用，如果潤滑系統突然中斷油流，即使只是很短時間的中斷，也將引起軸承燒瓦，從而可能引發嚴重事故，此外，油流的中斷同時還會使調節系統失去壓力油而無法正常工作，結果汽輪機會失去控制，其后果更為嚴重，必須給予足夠的重視。

電廠中汽輪機油系統主要由潤滑油主油箱、主油泵、高壓啟動油泵、交流潤滑油泵、直流事故油泵、注油器、冷油器、過濾器、排油煙風機裝置以及相關系統附件等組成。在該集成式油系統試驗臺中，取消常規設計中的注油器，用效率高的螺桿泵代替效率低的離心式主油泵，用兩臺螺桿泵用作啟動油泵，一臺螺桿泵用作直流油泵。螺桿泵的優點是壓力和流量范圍寬闊，吸入性能好，具有自吸能力，流量均勻連續，振動小，結構堅實，安裝保養容易，適合長時間運轉的試驗臺使用。將試驗平臺的所有部件集成在一個基座之上，安裝簡單，占地面積小，非常適合試驗使用。

2 實驗臺的組成

本試驗臺的組成主要是有主油箱1套、螺桿泵組4套（其中1套是用作主油泵、2套用作啟動油泵、1套用作直流油泵）、雙筒濾油器1臺、板式冷油器2臺、溢流閥1臺、排油煙風機1臺、壓力開關6只。

油箱是儲存潤滑油的容器，起著沉淀雜質、分離泡沫，散去油煙氣體、水汽的作用。由于透平油有一定的粘度，油煙雜質的分離和沉淀需要一定的時間，故要求油箱有足夠的容量。油箱的容積是18m3，保證油循環倍率是8～10。油箱由Q235A鋼板焊接而成，外形尺寸是3730mm×3000mm×1985mm。油液進入油箱后，油流動的路線受油箱內擋板的控制，回油從擋板的下端曲折迂回流過，加長其沉淀和分離的過程，合理安排擋板能使油的停留時間最短，而沉淀和分離的效果最好。油箱內部有兩道濾網，每道濾網都與兩排相同的濾網盤組成，濾網是不銹鋼網，規格為GFW0.500/0.315，每個濾網盤都可以從油箱上蓋抽出進行清洗。油箱上安裝一臺具有就地顯示和遠傳功能的磁翻板液位計，當油箱內油面達到最高油位或者降低到最低油位時，將通過行程開關和遠傳發訊器發出報警信號，液位計的量程為400mm。油箱底部設計有一定坡度，使油中沉淀下來的水分和雜質沿著箱底泄集到排油口。油箱側面安裝一只Pt100鉑熱電阻，長度400mm，熱電阻傳送的溫度信號發送至DCS控制部分。油箱上還裝有四只電加熱器，兩只6kW，兩只2kW，當系統啟動時由于油箱油液內的溫度較低粘性較大，需要投入電加熱器將油溫加熱到20℃以上再啟動。在油箱頂部設有人孔，以便檢修或清洗時用。此外，油箱上還開有溢油閥接口、油凈化裝置進油口、回油口，在油箱底部有事故排油口、備用油泵接口等。

本試驗平臺中主油泵的作用主要是向汽輪機調節系統供油，主油泵選用螺桿泵組代替原有的離心式主油泵，離心式的主油泵安裝在汽輪機主軸上，沒有自吸能力，因此在汽輪機啟、停階段要依靠電動機驅動的輔助油泵供給機組用油和主油泵的進口油，當主軸轉速達到2800r/min左右才能供給潤滑油系統的全部壓力油，而試驗平臺選用的螺桿泵組是直接用電機驅動，安裝維護簡便，啟停不受機組的運行影響，也免去了設置輔助油泵的麻煩。主油泵的流量為570L/min，出口壓力為2.0MPa。

試驗平臺選用兩臺交流電機驅動的螺桿泵作為啟動油泵，一臺運行一臺備用，一臺直流電機驅動的螺桿泵作為直流油泵。啟動油泵在機組啟動前給整個系統打油循環，在系統運行時給潤滑油系統及頂軸油系統供油，在停機或盤車時向各軸承提供潤滑油，啟動油泵的流量為1684L/min，出口壓力為0.5MPa。當機組試驗運行發生故障而潤滑油壓下降時，備用螺桿泵組能自動啟動以維護必要的潤滑油壓。當潤滑油壓因故障下降而兩臺啟動油泵都不能正常投入工作或當試驗時的廠用電全停啟動油泵不能啟動時，直流事故油泵則向潤滑系統供油并靠蓄電池供電。

油系統中設置6個壓力開關，其中一個是當系統壓力降至0.07MPa時啟動交流泵，另一個是當壓力下降到0.05MPa時啟動直流潤滑油泵，另外三只打閘停機信號整定壓力也是0.05MPa，3取2，還有一只是當系統壓力下降到0.03MPa時切斷自動盤車裝置改手動盤車。

為了保證汽輪機油系統中的潤滑油壓穩定在軸承的供油壓力之上，在試驗平臺的回路上設置溢油閥，以實現潤滑油壓的自動調整，溢油閥的閥前壓力0.118MPa（機組潤滑油壓力），通過閥的流量為400L/min。

排油煙風機的作用是將油系統中的油煙和水蒸汽排出，以保證運行中的透平油質量，考慮到環保的要求，將排油煙風機設置在試驗場地的窗戶附近比油箱高的平臺上。驅動電機的功率為2.2kW，選用防爆電機，防止發電機氫密封處泄露而導致爆炸，排油煙風機分離出來的細小油珠經下面的U形管流回油箱，沉淀在U形管底部的水分定期排放到地溝中。

雙筒濾油器是用于油系統中的低壓管路不間斷過濾，濾除油液中的固體顆粒污染物，有效控制系統油液清潔度。雙筒濾油器在運行時一運一備，根據運行情況及過濾器濾芯的使用情況現場手動切換。濾油器的濾芯是不銹鋼材質，精度是40μm，電子壓差發訊器的發訊值為0.35MPa，旁通閥開啟壓差為0.5MPa，當濾油器內差壓達到0.35MPa時壓差發訊器發出信號提示需要更換濾芯，當壓差達到0.5MPa時旁通閥開啟，這時潤滑油將不經過濾油器直接從管路進入系統。

在汽輪機運行過程中由于軸承摩擦而消耗了一部分功率，這部分機械耗功約占機組額定功率的0.5%左右，它將轉化為熱量使通過軸承的潤滑油溫度升高，如果油溫太高，軸承有可能發生燒瓦事故。為使軸承正常，潤滑油溫必須保持在一定范圍內，一般要求進入軸承的油溫在40℃～50℃之間，軸承的排油升溫一般為10℃～15℃，因而必須將軸承排出來的油冷卻之后再進入軸承潤滑，冷油器就是為了滿足這一要求而設置的，溫度較高的潤滑油和低溫冷卻水在冷油器中進行熱交換，并通過了解冷卻水的流量來達到控制潤滑油溫度的目的。

冷油器的冷卻水一般采用循環水常規將設計水溫取為33℃。選用的板式冷油器優點是占地面積小、散熱效率高。冷油器的材質一般為TP304和TP316L，冷卻水在冷卻管內流動，透平油在管外流動，油側壓力大于水側壓力，以防止管內的冷卻水通過密封不嚴處泄漏到管外的油中。試驗平臺并聯配置兩臺冷油器，一臺運行一臺備用。冷油器上有一個水排污口、一個水排氣口、一個油排污口和一個油排氣口，在進出水和油接口處有四個雙金屬溫度計接口。如圖1 所示：

圖1

3 結論

集成式模擬汽輪機發電機組油系統運行工況的試驗臺（汽輪機試驗平臺）的參數設計、圖紙設計、設備選擇遵循合理、經濟、實用性原則，能滿足某海洋船用汽輪發電機在船上安裝、發電之前要在陸地進行試驗的要求，設計成集成式，主要考慮在試驗現場方便安裝的需要，并且占地面積小，非常適合試驗使用。目前，該汽輪機試驗平臺已經在交付客戶使用，并為公司創造了一定的經濟效益。

參考文獻

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（責任編輯：黃銀芳）