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

陸國(guó)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(guó)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(rùn)滑油泵是燃?xì)廨啓C(jī)啟、停過(guò)程中給潤(rùn)滑油系統(tǒng)供油的泵站，其關(guān)系到機(jī)組的冷卻、潤(rùn)滑等作用[2]。原先使用GE的輔助潤(rùn)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(rùn)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(rùn)滑油泵設(shè)計(jì)并生產(chǎn)，該輔助潤(rùn)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(rùn)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(guò)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(guò)潤(rùn)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(rùn)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(rùn)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(guó)標(biāo)的使用要求，間接說(shuō)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(pán)車(chē)，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(rùn)滑效果會(huì)進(jìn)一步影響壓氣缸的盤(pán)車(chē)阻力，為此，進(jìn)一步改進(jìn)該輔助潤(rùn)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(rùn)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(guò)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L(zhǎng)YT230-90。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(rùn)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(rùn)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(cè)量電機(jī)與該輔助潤(rùn)滑油泵的同心度，其結(jié)果為0.2 mm，不滿足國(guó)標(biāo)要求(同心度不超過(guò)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(rùn)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(rùn)滑油泵的運(yùn)行穩(wěn)定性更加可靠，噪音降低(測(cè)量數(shù)據(jù)70 dB)。

2) 該輔助潤(rùn)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(rùn)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(rùn)滑油進(jìn)行潤(rùn)滑、冷卻。使用維護(hù)極為方便，對(duì)比原油脂潤(rùn)滑軸承，無(wú)需考慮軸承潤(rùn)滑油脂的消耗、添加等問(wèn)題，省去了原來(lái)泵維護(hù)中添加軸承潤(rùn)滑脂的諸多不便，同時(shí)可延長(zhǎng)軸承使用壽命。

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

5) 該輔助潤(rùn)滑油泵在使用過(guò)程中對(duì)流量做了一次提升改進(jìn)，考慮了壓氣機(jī)盤(pán)車(chē)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。