300 MW汽輪機(jī)組潤滑油系統(tǒng)運(yùn)行工況分析

曹林軍

(云南能投曲靖發(fā)電有限公司，曲靖 655000)

0 引 言

潤滑油系統(tǒng)作為汽輪發(fā)電機(jī)組的重要組成部分，在汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程中主要起潤滑和供油的作用，如支承軸承和推力軸承的潤滑、頂軸裝置和盤車裝置的供油等，潤滑油系統(tǒng)油壓過低，不僅會(huì)影響汽輪發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行，還會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞[1]。

1 系統(tǒng)現(xiàn)狀

該300 MW機(jī)組為亞臨界、中間再熱、單軸雙缸、雙排汽、高中壓合缸、低壓缸雙流程、凝汽式汽輪機(jī)，與1 025 t/h亞臨界、中間再熱、自然循環(huán)汽包爐及QFS2-300-2型300 MW雙水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)配套，鍋爐與汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)采用單元制布置。潤滑油系統(tǒng)的主油泵安裝在汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子前端短軸上，為雙吸蝸殼式離心泵。在汽輪機(jī)啟、停階段依靠主機(jī)交流潤滑油泵供給機(jī)組用油和主油泵的進(jìn)口油。原一期主機(jī)交、直流油泵的出油管在油箱內(nèi)，每次檢修油泵都需倒油后方可拆檢。在機(jī)組大修時(shí)將出油管改在油箱外，油泵的維修非常方便，油泵的出力也有所增加[2-3]。改造前、后油泵的出力情況見表1。

表1 改造前、后油泵出力對(duì)照表

2 潤滑油系統(tǒng)工況分析

2.1 機(jī)組正常運(yùn)行工況分析

在正常運(yùn)行時(shí)機(jī)組定速3 000 rpm，潤滑油系統(tǒng)的全部需求油量由主油泵和射油器提供。主油泵的出口壓力油先進(jìn)入潤滑油主油箱，然后經(jīng)油箱內(nèi)油管路分為兩路：一路向汽輪機(jī)機(jī)械式超速危急遮斷裝置供油，另一路作為射油器的射流動(dòng)力油，射油器的出油經(jīng)冷油器送至各徑向軸承、推力軸承以及盤車裝置。從冷油器出來的潤滑油，主要部分都供軸承潤滑用；在正常運(yùn)行時(shí)，主油泵由射油器提供一定壓力的進(jìn)口油。如果主油泵的吸油管道中進(jìn)入了氣體，泵的正常工作會(huì)被破壞，從而造成潤滑油系統(tǒng)的工作不穩(wěn)定，因此主油泵的進(jìn)口必須保持一定的正壓[4]。正常運(yùn)行時(shí)，單臺(tái)泵實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)如表2所示。主油泵、交流油泵、直流油泵屬于不同性能的泵，當(dāng)主油泵與交流油泵并聯(lián)運(yùn)行、主油泵與直流油泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的參數(shù)見表3。

表3 主油泵、交流油泵、直流油泵單泵運(yùn)行參數(shù)(油溫40 ℃)

表3 主油泵+交流油泵、主油泵+直流油泵參數(shù)(油溫40 ℃)

主油泵與交流油泵、主油泵與直流油泵并列運(yùn)行時(shí)，非共用管道的阻力損失不可忽略，圖1給出了不同性能泵并列運(yùn)行的關(guān)系，I、II分別為單泵性能曲線，Ⅰ′、Ⅱ′為非共用管段在內(nèi)的性能曲線，作出并聯(lián)后的性能曲線Hp-qv與管路性能曲線Hc-qv交點(diǎn)M為并泵后的聯(lián)合工況點(diǎn)，并聯(lián)運(yùn)行時(shí)總流量并非成倍增加而揚(yáng)程卻要升高一些，這是由于并聯(lián)后通過共用管道的流量增大，管道阻力也增大，每臺(tái)泵需要提高揚(yáng)程來克服阻力，相應(yīng)油泵的流量就要減小。

圖1 兩臺(tái)不同性能泵并列運(yùn)行曲線圖

2.2 機(jī)組啟動(dòng)工況分析

在汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)過程中，當(dāng)主軸為升速過程時(shí)，間隔升速時(shí)間由“冷態(tài)啟動(dòng)中速暖機(jī)曲線”中的第一級(jí)金屬溫度和中壓葉環(huán)溫度(以較低者為準(zhǔn))確定；升速率由軸的臨界轉(zhuǎn)速間隔確定系統(tǒng)。當(dāng)轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速的90%時(shí)，主油泵不能提供足夠的油壓和油量，噴油器不能達(dá)到正常輸出。此時(shí)，交流潤滑油泵保持運(yùn)行，以滿足系統(tǒng)供油需要，控制油泵通過主油泵出口總管提供機(jī)械緊急跳閘裝置的油耗。供油系統(tǒng)還設(shè)有應(yīng)急備用直流油泵，作為系統(tǒng)交流潤滑油泵的備用泵。當(dāng)交流電源或交流電動(dòng)油泵故障時(shí)，它是保證汽輪發(fā)電機(jī)組軸承潤滑油和供給的最后一路油源。機(jī)組低壓轉(zhuǎn)子前后軸承(3、4號(hào))及發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子前后軸承(5、6號(hào))均設(shè)有頂升裝置。潤滑油系統(tǒng)設(shè)有兩臺(tái)頂軸油泵，互為備用。盤車裝置投入運(yùn)行前，啟動(dòng)頂軸油泵頂起轉(zhuǎn)子，以減小盤車扭矩，避免軸頸與軸瓦的干摩擦。當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到1 000 r/min時(shí)，停止頂軸油泵。

在主軸升速過程中，系統(tǒng)油壓由交流油泵維持。系統(tǒng)油壓變化與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系如圖2所示。圖2中A點(diǎn)表示主泵0 rpm時(shí)，油壓由單臺(tái)交流油泵提供，油壓為0.272 MPa。隨著轉(zhuǎn)速的升高，主泵轉(zhuǎn)速達(dá)到1 200 rpm時(shí)，系統(tǒng)油壓略有下降；轉(zhuǎn)速達(dá)到2 270 rpm時(shí)，油壓降至最低點(diǎn)，約為0.233 MPa。B點(diǎn)交流油泵輸出切換到主油泵，通過B點(diǎn)油壓迅速上升到0.277 MPa，此時(shí)主油泵和交流油泵運(yùn)行。

圖2 主泵升速過程系統(tǒng)油壓變化與轉(zhuǎn)速關(guān)系圖

啟動(dòng)期間，交流油泵不僅向潤滑系統(tǒng)供油，而且還向主油泵的進(jìn)口供油。主油泵的出口油通過注油口流回油系統(tǒng)。隨著轉(zhuǎn)速的升高，軸承油耗增大，交流油泵出口壓力逐漸降低。在約2 230 rpm時(shí)，主油泵的進(jìn)口壓力增加到足以使噴油器從油箱中吸油。此后，從噴油口到潤滑油系統(tǒng)的供油量不斷增加，而從交流油泵到潤滑油系統(tǒng)的供油量逐漸減少。當(dāng)轉(zhuǎn)速在2 300 rpm左右時(shí)，供油量達(dá)到最大值，接近臨界供油量。交流油泵電流最大可達(dá)57A，工作條件較差。一旦系統(tǒng)中存在干擾，可能會(huì)提前發(fā)生氣穴。造成這種干擾的原因有交流油泵進(jìn)口濾網(wǎng)堵塞、進(jìn)口損失增大、射油器控制面板堵塞或不穩(wěn)定引起泄漏等[5-6]。

2.3 機(jī)組停機(jī)工況分析

在停機(jī)過程中，當(dāng)主軸是一個(gè)減速過程，圖3所示為主軸轉(zhuǎn)速與系統(tǒng)油壓的變化曲線。圖3中A點(diǎn)主油泵在軸系3 000 rpm時(shí)與交流油泵并列運(yùn)行，油壓0.277 MPa左右；隨著轉(zhuǎn)速下降，油壓逐漸下降，當(dāng)轉(zhuǎn)速降到2 280 rpm左右時(shí)，系統(tǒng)油壓下降到最低點(diǎn)0.23 MPa左右，此過程主油泵出力在向交流油泵切換；通過B點(diǎn)轉(zhuǎn)速后，系統(tǒng)油壓快速回升到正常油壓，交流油泵出力提供系統(tǒng)全油壓。此過程與開機(jī)升速是一個(gè)反向過程，只是時(shí)間有差別，出現(xiàn)最惡劣況較點(diǎn)轉(zhuǎn)速與現(xiàn)象基本相同。

圖3 主泵降速過程系統(tǒng)油壓變化與轉(zhuǎn)速關(guān)系圖

3 結(jié)束語

主機(jī)潤滑油系統(tǒng)在機(jī)組啟動(dòng)和停止過程中是比較特殊的過程，在這兩種情況下主油泵和交流油泵出力在一個(gè)緩慢的過程中切換，與正常運(yùn)行中的瞬間并列運(yùn)行有一定區(qū)別，分析機(jī)組運(yùn)行及啟停過程中參數(shù)的變化，對(duì)找出影響系統(tǒng)油壓變化的因素，認(rèn)識(shí)系統(tǒng)運(yùn)行最惡劣工況，便于運(yùn)行人員對(duì)機(jī)組穩(wěn)定、設(shè)備安全提前預(yù)控，從而保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。