燃?xì)廨啓C(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)過(guò)濾技術(shù)改進(jìn)

劉千駒, 劉海博, 嚴(yán) 晶

(1. 上海晗真能源科技有限公司， 上海 201104； 2. 上海電氣燃?xì)廨啓C(jī)有限公司， 上海 200240；3. 清華大學(xué) 熱能工程系， 北京 100084)

燃?xì)廨啓C(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)主要為機(jī)組軸承提供潤(rùn)滑油、減少磨損、帶走系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量，同時(shí)通過(guò)盤(pán)車(chē)裝置驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子盤(pán)車(chē)、通過(guò)轉(zhuǎn)子位移系統(tǒng)模塊控制推動(dòng)轉(zhuǎn)子移動(dòng)從而提高機(jī)組效率。潤(rùn)滑油作為這些運(yùn)行過(guò)程的介質(zhì)發(fā)揮著重要的作用[1]。

這些特殊模塊和裝置由大量精密的控制元件和機(jī)構(gòu)組成，如控制電磁閥、調(diào)節(jié)閥、執(zhí)行器等。這些部件都是直接或者間接和潤(rùn)滑油接觸，因此油品的清潔度將對(duì)這些設(shè)備的正常運(yùn)行產(chǎn)生重大的影響。燃?xì)廨啓C(jī)潤(rùn)滑油過(guò)濾系統(tǒng)是有其自身特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的一種過(guò)濾系統(tǒng)。

筆者根據(jù)現(xiàn)有燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組潤(rùn)滑油系統(tǒng)在正常運(yùn)行和檢修過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的存在設(shè)備異常和部分零件磨損的情況進(jìn)行系統(tǒng)分析，提出改進(jìn)方案，并在實(shí)際項(xiàng)目中進(jìn)行運(yùn)用，取得了明顯的效果。

1 燃?xì)廨啓C(jī)潤(rùn)滑油過(guò)濾系統(tǒng)

1.1 特點(diǎn)

在燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組中，轉(zhuǎn)子與滑動(dòng)軸承之間發(fā)生高速的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，容易造成磨損和能量損失；因此必須有一套完整的潤(rùn)滑油系統(tǒng)來(lái)確保機(jī)組的正常運(yùn)行。

燃?xì)廨啓C(jī)潤(rùn)滑油過(guò)濾器布置在潤(rùn)滑油泵出口、冷油器和溫控閥MBV24AA281的下游(見(jiàn)圖1)，過(guò)濾器MBV25AT001和MBV25AT002為雙聯(lián)，一用一備，可以通過(guò)切換閥MBV25AA251實(shí)現(xiàn)在線切換。

圖1 潤(rùn)滑油過(guò)濾系統(tǒng)P&ID圖

為了保證潤(rùn)滑油系統(tǒng)的正常運(yùn)行，必須確保潤(rùn)滑油的清潔度滿(mǎn)足一定的要求。油品的清潔度將影響潤(rùn)滑油的使用壽命、設(shè)備元件的安全可靠性和整個(gè)機(jī)組的正常運(yùn)行。

由于用于燃?xì)廨啓C(jī)潤(rùn)滑和頂軸的油路是單獨(dú)的，各自的流量和壓力差異比較大，所以分別設(shè)置了獨(dú)立的潤(rùn)滑油過(guò)濾器和頂軸油過(guò)濾器。

頂軸油過(guò)濾器布置在頂軸油泵的出口下游，頂軸油不經(jīng)過(guò)冷油器，直接進(jìn)入過(guò)濾器，最后進(jìn)入軸承。

油系統(tǒng)自身的精密元件等都會(huì)受到油品中污染物的直接影響，油品中的顆粒污染物會(huì)對(duì)相關(guān)密封面造成磨損甚至卡澀，從而影響設(shè)備的功能。系統(tǒng)中80%的零部件損壞都是由于油品中顆粒度超標(biāo)造成的磨損引起的。

在燃?xì)廨啓C(jī)的潤(rùn)滑油系統(tǒng)中，油液在密閉的系統(tǒng)中循環(huán)，看似不與外界接觸，但是外部污染物顆粒還是可以從多方面侵入，例如從軸承座的縫隙中飄入、安裝檢修過(guò)程中帶入等；同時(shí)系統(tǒng)內(nèi)部還會(huì)不斷產(chǎn)生污染物，如部件的磨損和元件的老化等，都會(huì)產(chǎn)生固體顆粒。

1.2 升級(jí)改進(jìn)

油模塊上的集成過(guò)濾器主要是起保護(hù)作用，過(guò)濾精度過(guò)去按照引進(jìn)技術(shù)一直用的是20 μm孔徑的濾芯。

在目前運(yùn)行的數(shù)十臺(tái)機(jī)組中，已經(jīng)有不少進(jìn)行了例行的小修、中修甚至大修。該型燃?xì)廨啓C(jī)總共積累了上百萬(wàn)的運(yùn)行小時(shí)。這些機(jī)組檢修過(guò)程中發(fā)現(xiàn)在達(dá)到中修周期以后，一部分機(jī)組會(huì)出現(xiàn)盤(pán)車(chē)轉(zhuǎn)速周期性小幅波動(dòng)或者不能從靜止?fàn)顟B(tài)盤(pán)動(dòng)轉(zhuǎn)子的狀況，轉(zhuǎn)子液壓間隙優(yōu)化的動(dòng)力模塊也時(shí)常出現(xiàn)保壓不穩(wěn)、壓力低報(bào)警的情況。最后檢查拆解發(fā)現(xiàn)，這些模塊的精密部件都出現(xiàn)了不同程度的磨損，造成潤(rùn)滑油泄漏，從而引發(fā)相關(guān)故障。

因此，結(jié)合運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和對(duì)潤(rùn)滑油系統(tǒng)設(shè)計(jì)的綜合評(píng)估，決定將燃?xì)廨啓C(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)過(guò)濾器的過(guò)濾精度由20 μm提升到10 μm。

2 過(guò)濾精度影響分析

2.1 改進(jìn)型過(guò)濾系統(tǒng)的目標(biāo)

改進(jìn)型過(guò)濾系統(tǒng)的主要目標(biāo)為：(1)提高潤(rùn)滑油品的清潔度；(2)延長(zhǎng)設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)間；(3)提高設(shè)備組件的可靠性；(4)減少維修。

通過(guò)提高過(guò)濾精度，能夠高效移除大于一定尺寸的污染物顆粒，延長(zhǎng)設(shè)備的整體使用壽命，降低平均成本，即獲得高的性?xún)r(jià)比[2]。

2.2 對(duì)壓差的影響分析

為便于對(duì)過(guò)濾器的檢修和維護(hù)，潤(rùn)滑油過(guò)濾器和頂軸油過(guò)濾器分別配置了壓差報(bào)警指示裝置(見(jiàn)圖2)，可實(shí)現(xiàn)就地壓差高報(bào)警。

圖2 壓差報(bào)警指示裝置

當(dāng)濾芯壓差達(dá)到設(shè)定值的時(shí)候，活塞因受力而壓縮彈簧，從而使按鈕和活塞的磁體分離。此時(shí)按鈕的彈簧彈起指示器，顯示報(bào)警。一旦報(bào)警，按鈕就會(huì)保持報(bào)警狀態(tài)，直至人工重新設(shè)置。

燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組一般作為調(diào)峰機(jī)組的工況較多，在低氣溫季節(jié)里長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)后，潤(rùn)滑油溫會(huì)降到與環(huán)境溫度相同，潤(rùn)滑油黏度較大[3]，通過(guò)濾芯時(shí)阻力增大，造成的壓差也增大。為了防止冷啟動(dòng)時(shí)的誤報(bào)警，安裝了熱閉鎖裝置的報(bào)警裝置，可以手動(dòng)復(fù)位，油溫在27 ℃以上時(shí)有信號(hào)，以防止冷啟動(dòng)誤報(bào)警。

為確保整個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)油系統(tǒng)的安全可靠，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的壓差一般低于過(guò)濾器的失效壓差。低壓過(guò)濾器濾芯的失效壓差可以達(dá)到200 kPa以上，但是潤(rùn)滑油過(guò)濾器在運(yùn)行溫度50 ℃下的報(bào)警壓差設(shè)定值為100 kPa，確保整個(gè)系統(tǒng)有足夠的安全裕量。

由于過(guò)濾器濾芯精度的變化，必然對(duì)整個(gè)油路的壓差產(chǎn)生影響，過(guò)濾精度提高，油路中的壓差也增大，根據(jù)同種濾芯特性的對(duì)比，10 μm精度濾芯的壓差在設(shè)計(jì)溫度和設(shè)計(jì)流量下增大約10 kPa。綜合考慮壽命因素的影響，將設(shè)計(jì)工況下潤(rùn)滑油過(guò)濾器的壓差報(bào)警值提高到120 kPa。

2.3 提升保護(hù)措施

過(guò)濾精度由20 μm提高到10 μm，極大地增加了潤(rùn)滑油供油的阻力，同時(shí)也大大增加系統(tǒng)斷油的風(fēng)險(xiǎn)。

為了將斷油的風(fēng)險(xiǎn)降到最低，潤(rùn)滑油過(guò)濾器新設(shè)置了旁通閥(見(jiàn)圖3)。

圖3 旁通閥結(jié)構(gòu)

當(dāng)濾芯壓差達(dá)到設(shè)定值時(shí)，旁通閥打開(kāi)，從而可以保證潤(rùn)滑油不通過(guò)濾芯，由進(jìn)口直接流入出口。它是集成在過(guò)濾器的濾筒中的，可以防止過(guò)濾器上游壓力過(guò)高和過(guò)濾器下游斷流；同時(shí)也可以防止濾芯壓潰或者破裂。

旁通閥有獨(dú)立的彈簧和卡座對(duì)應(yīng)不同的開(kāi)啟壓力，從而適配于不同的壓力報(bào)警裝置。一般沒(méi)有專(zhuān)用于指示旁通閥已經(jīng)打開(kāi)的報(bào)警裝置。綜合考慮上下游特定的壓力匹配關(guān)系，燃?xì)廨啓C(jī)潤(rùn)滑油過(guò)濾器旁通閥設(shè)計(jì)的開(kāi)啟壓差為Δp0=300 kPa。對(duì)于頂軸油過(guò)濾器從安全角度考慮可以不設(shè)置旁通閥，其設(shè)計(jì)報(bào)警壓差為690 kPa。低壓過(guò)濾器和高壓過(guò)濾器的報(bào)警壓差見(jiàn)圖4。

圖4 旁通閥與報(bào)警壓力

3 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)已投運(yùn)機(jī)組在運(yùn)行和檢修過(guò)程中遇到的問(wèn)題展開(kāi)分析，提出對(duì)潤(rùn)滑油過(guò)濾系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改進(jìn)方案，將原來(lái)的20 μm過(guò)濾精度提高到10 μm，在充分評(píng)估對(duì)上下游可能產(chǎn)生影響的情況下，將10 μm的過(guò)濾方案進(jìn)行完善，更新了過(guò)濾系統(tǒng)的配置，增加了部分監(jiān)測(cè)和保護(hù)設(shè)備，并修改了相應(yīng)的保護(hù)邏輯。

在已經(jīng)投運(yùn)的新項(xiàng)目中跟蹤發(fā)現(xiàn)，采用上述措施后各機(jī)組運(yùn)行良好，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性得到了提高，延長(zhǎng)了各重要模塊的使用壽命。