盧寧， 鄧榮華， 劉洋， 宋延梅

（德陽(yáng)東汽電站機(jī)械制造有限公司， 四川德陽(yáng)， 618000）

1 概述

潤(rùn)滑油系統(tǒng)是汽輪機(jī)的重要系統(tǒng)， 關(guān)系到汽輪機(jī)的安全運(yùn)行。 發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行中極短時(shí)間斷油也會(huì)引起嚴(yán)重的設(shè)備事故， 潤(rùn)滑系統(tǒng)漏油也易導(dǎo)致失火， 因此要求供油系統(tǒng)務(wù)必做到安全可靠而又經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

本文所探討的汽輪潤(rùn)滑油站采用全新的模塊化設(shè)計(jì)理念， 將整個(gè)潤(rùn)滑油系統(tǒng)的主要設(shè)備集成在一起， 制造完成后在廠內(nèi)進(jìn)行性能試驗(yàn)， 模擬現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行工況， 保證各項(xiàng)性能指標(biāo)滿(mǎn)足要求。

2 工作原理

常見(jiàn)的汽輪機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)主要有2 種： 電動(dòng)主油泵系統(tǒng)和主軸驅(qū)動(dòng)主油泵系統(tǒng)。 其中， 電動(dòng)主油泵系統(tǒng)采用的是電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)油泵運(yùn)行。

本文以電動(dòng)主油泵系統(tǒng)為例， 對(duì)潤(rùn)滑油站設(shè)計(jì)進(jìn)行探討， 系統(tǒng)圖如圖1 所示。 正常工作時(shí)，電動(dòng)主油泵將潤(rùn)滑油壓力提高， 依次流經(jīng)冷油器、潤(rùn)滑油過(guò)濾器、 壓力調(diào)節(jié)裝置， 然后進(jìn)入軸承。事故工況下， 電動(dòng)主油泵無(wú)法正常運(yùn)行， 潤(rùn)滑油經(jīng)直流事故油泵升壓后去軸承供油。 同時(shí)， 系統(tǒng)還配置有頂軸裝置、 蓄能器組及排煙裝置等設(shè)備。

圖1 電動(dòng)主油泵系統(tǒng)圖

3 主要設(shè)備簡(jiǎn)介

3.1 箱體

潤(rùn)滑油站箱體是由鋼板、 槽鋼等型材焊制而成的矩形容器， 需要承受油箱本體、 潤(rùn)滑油及其頂部配套設(shè)備重量。 此外， 箱體還設(shè)置有防爆板、護(hù)欄等部件。

3.2 油泵

油泵是潤(rùn)滑油站的核心部件， 為整個(gè)系統(tǒng)提供動(dòng)力。

潤(rùn)滑油站包含2 臺(tái)交流油泵， 1 臺(tái)直流油泵。正常運(yùn)行時(shí)， 由1 臺(tái)交流潤(rùn)滑油泵向各軸承供油，另1 臺(tái)交流潤(rùn)滑油泵備用。 當(dāng)系統(tǒng)油壓低于設(shè)定值， 直流油泵啟動(dòng)供油， 以確保機(jī)組安全停機(jī)。

3.3 冷油器

冷油器常采用板式結(jié)構(gòu)， 布置在潤(rùn)滑油站箱蓋上， 一用一備， 運(yùn)行時(shí)通過(guò)切換閥進(jìn)行切換檢修。 以電廠循環(huán)水作為冷卻介質(zhì)， 確保進(jìn)入軸承的潤(rùn)滑油溫度在40～45 ℃。

3.4 潤(rùn)滑油過(guò)濾器

潤(rùn)滑油過(guò)濾器同樣布置在潤(rùn)滑油站箱蓋上，一用一備， 通過(guò)切換閥進(jìn)行切換。 主要用于過(guò)濾汽輪機(jī)潤(rùn)滑油中大于25 μm 的雜質(zhì)， 當(dāng)過(guò)濾器前后壓差超過(guò)0.06 MPa 時(shí)， 壓差開(kāi)關(guān)報(bào)警， 以提示清洗或更換濾芯。

3.5 壓力調(diào)節(jié)裝置

壓力調(diào)節(jié)裝置由自力式壓力調(diào)節(jié)閥與節(jié)流孔板并聯(lián)而成， 以保證30%～40%的潤(rùn)滑油流經(jīng)閥門(mén)， 而其余60%～70%流經(jīng)孔板[1]。 調(diào)節(jié)閥與孔板并聯(lián)而成， 即使調(diào)節(jié)閥失效關(guān)閉， 軸承仍可通過(guò)孔板得到潤(rùn)滑油， 保證機(jī)組安全運(yùn)行[2]。

3.6 蓄能器組

為減小油泵切換時(shí)母管油壓的波動(dòng)， 電泵潤(rùn)滑油系統(tǒng)一般設(shè)置一定容量的蓄能器組， 補(bǔ)償因油泵切換造成的油壓下跌。

3.7 頂軸裝置

頂軸裝置主要用于機(jī)組啟停、 盤(pán)車(chē)等工況，向機(jī)組軸承提供高壓油， 強(qiáng)制頂起軸承軸頸， 形成靜壓油膜， 避免軸頸與軸承的干摩擦。 該裝置一般采用模塊化結(jié)構(gòu)， 布置在油站箱蓋上。

3.8 排煙裝置

油站設(shè)置2 臺(tái)排煙裝置， 一用一備。 該裝置使油箱內(nèi)形成微負(fù)壓， 分離箱體內(nèi)油煙混合物，并排出煙氣， 使油滴返回油箱， 確保油系統(tǒng)安全可靠。 排煙裝置上還設(shè)置有蝶閥， 通過(guò)調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度來(lái)調(diào)整風(fēng)機(jī)風(fēng)量。

3.9 其他

除上述主要設(shè)備外， 油站還設(shè)置有油位計(jì)、跳閘開(kāi)關(guān)、 電加熱器、 回油濾網(wǎng)等。

4 選型計(jì)算

4.1 油箱容積確定

油箱的存油容量一般按照每小時(shí)內(nèi)油系統(tǒng)的循環(huán)油量進(jìn)入油箱進(jìn)行循環(huán)的倍率來(lái)衡量， 見(jiàn)式（1）。

式中， K 為循環(huán)倍率， 一般取8～12 h-1； Q 為潤(rùn)滑油量， m3/h； V 為油箱的存油容量， m3。

4.2 潤(rùn)滑油泵選型

在給定油站出口壓力的前提下， 可采用倒推的方法計(jì)算出油泵出口壓力。 一般需考慮油站與油泵出口高差， 管道阻力損失， 冷油器、 過(guò)濾器、壓力調(diào)節(jié)裝置等設(shè)備壓降。 直流油泵出口潤(rùn)滑油不經(jīng)過(guò)冷油器及過(guò)濾器， 相關(guān)阻力損失不計(jì)。 表1是某項(xiàng)目油站選型計(jì)算表。

表1 油泵選型計(jì)算表

計(jì)算出油泵出口壓力后， 結(jié)合給定流量， 即可交油泵廠家選型。

4.3 冷油器選型

模塊化潤(rùn)滑油站常選用板式冷油器， 選型計(jì)算一般交專(zhuān)業(yè)板式冷油器廠家進(jìn)行。 油站設(shè)計(jì)人員需向廠家提供潤(rùn)滑油量、 潤(rùn)滑油進(jìn)出口溫度、冷卻水量、 進(jìn)口水溫等參數(shù)及板片材質(zhì)， 需留有10%以上面積余量。

4.4 蓄能器選型

蓄能器的計(jì)算可按照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)相關(guān)公式計(jì)算， 見(jiàn)式（2）。

式中， V0為所需蓄能器的容積， m3； P0為充氣壓力， MPa.a， 按0.9P1＞P0＞0.25P2充氣； Vx為蓄能器工作容積， m3， 可根據(jù)系統(tǒng)流量、 蓄能器排放時(shí)間確定； P1為系統(tǒng)最低壓力， MPa.a； P2為系統(tǒng)最高壓力， MPa.a； n 為指數(shù)， 絕熱取1.4。

以本項(xiàng)目為例， 蓄能器排放時(shí)間3 s， 系統(tǒng)流量2 700 L/min， 工作容積135 L， 根據(jù)系統(tǒng)最低壓力0.3 MPa.a， 最高壓力0.35 MPa.a， 充氣壓力取0.27 MPa.a， 則蓄能器計(jì)算容積為1 396 L。

4.5 壓力調(diào)節(jié)裝置選型

壓力調(diào)節(jié)裝置由調(diào)節(jié)閥與孔板并聯(lián)而成， 調(diào)節(jié)閥和孔板流量按4∶6 進(jìn)行分配。 選型計(jì)算時(shí)， 可先在設(shè)定工況下計(jì)算孔板直徑， 然后根據(jù)選定孔板直徑計(jì)算其他工況下調(diào)節(jié)閥流量。 壓力調(diào)節(jié)裝置計(jì)算工況較多， 可通過(guò)編寫(xiě)軟件解決繁瑣計(jì)算過(guò)程。

4.6 回油濾網(wǎng)選型

回油濾網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)， 為避免產(chǎn)生較多油泡、 減少通力阻力， 潤(rùn)滑油通流速度不能高于0.2 m/s。

5 設(shè)計(jì)制造及試驗(yàn)

5.1 油站設(shè)計(jì)

油站設(shè)備選型計(jì)算完成后， 根據(jù)配套設(shè)備廠家反饋的外形圖， 即可進(jìn)行潤(rùn)滑油站詳細(xì)設(shè)計(jì)。為保證結(jié)構(gòu)合理性及準(zhǔn)確性， 可采用全三維設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行油站強(qiáng)度校核及管道應(yīng)力分析。

5.2 油站制造

區(qū)別于傳統(tǒng)油箱， 模塊化油站還需安裝儀表柜及端子箱。 儀表柜內(nèi)集成了油站本體的壓力表、壓力開(kāi)關(guān)、 壓差開(kāi)關(guān)等測(cè)量元件， 利于現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)一管理。 端子箱則將油站內(nèi)所有的遠(yuǎn)傳信號(hào)（液位信號(hào)、 電加熱器信號(hào)等）匯集在一起， 為現(xiàn)場(chǎng)接線(xiàn)提供方便。

5.3 性能試驗(yàn)

油站制造完成后， 應(yīng)進(jìn)行性能試驗(yàn)。 主要步驟如下：

（1）準(zhǔn)備工作

按性能試驗(yàn)原理圖（見(jiàn)圖2）安裝試驗(yàn)工裝， 包括流量計(jì)、 試驗(yàn)管路、 流量調(diào)節(jié)閥等； 連接油泵及電加熱器動(dòng)力電源線(xiàn)， 確保油泵電機(jī)旋向正確；安裝好潤(rùn)滑油過(guò)濾器調(diào)試濾芯。

圖2 性能試驗(yàn)原理圖

（2）性能試驗(yàn)

試驗(yàn)內(nèi)容主要包括： 電加熱器功率核實(shí)； 液位開(kāi)關(guān)動(dòng)作檢測(cè)； 油站出口壓力、 流量檢測(cè)； 潤(rùn)滑油過(guò)濾器、 冷油器切換檢測(cè)； 系統(tǒng)密封性檢測(cè)；儀表檢測(cè)等。

性能試驗(yàn)時(shí)， 先通過(guò)流量調(diào)節(jié)閥將油站出口流量調(diào)至設(shè)計(jì)流量， 檢查此時(shí)出口油壓。 理論上，如圖3 所示， 通過(guò)調(diào)節(jié)自力式壓力調(diào)節(jié)閥， 即可在流量不變的情況下實(shí)現(xiàn)油站出口壓力調(diào)節(jié)。

圖3 壓力調(diào)節(jié)裝置流量-壓差曲線(xiàn)

6 優(yōu)越性

傳統(tǒng)潤(rùn)滑油系統(tǒng)中油箱、 油泵、 冷油器等主要設(shè)備均為散件發(fā)貨， 設(shè)計(jì)院確定其安裝位置后，施工單位再按設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工、 安裝調(diào)試，給現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試造成極大不便。 潤(rùn)滑油站采用模塊化設(shè)計(jì)理念， 將系統(tǒng)中主要設(shè)備集成在一起，模塊發(fā)貨。 集成潤(rùn)滑油站具有以下優(yōu)越性：

（1）質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)低， 性能有保證

整個(gè)油站在制造廠內(nèi)完成， 嚴(yán)格按照項(xiàng)目檢驗(yàn)計(jì)劃進(jìn)行， 產(chǎn)品質(zhì)量可得到有效控制。 另外，通過(guò)廠內(nèi)性能試驗(yàn)， 模擬現(xiàn)場(chǎng)工況， 進(jìn)一步提高油站的可靠性。

（2）現(xiàn)場(chǎng)安裝量少， 成本降低

集成潤(rùn)滑油站現(xiàn)場(chǎng)安裝量少， 可節(jié)約大量安裝成本。 特別是針對(duì)海外項(xiàng)目， 潤(rùn)滑油站具有明顯競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

（3）集成度高

除傳統(tǒng)配套設(shè)備集成外， 潤(rùn)滑油站還將儀表集中到儀表柜中， 統(tǒng)一管理， 為后期運(yùn)行維護(hù)提供便利。 同時(shí)還將系統(tǒng)遠(yuǎn)傳信號(hào)線(xiàn)集中接入端子箱， 方便現(xiàn)場(chǎng)接線(xiàn)。

7 總結(jié)

本文通過(guò)對(duì)電泵系統(tǒng)潤(rùn)滑油站的主要設(shè)備、選型計(jì)算、 設(shè)計(jì)制造及性能試驗(yàn)的介紹， 體現(xiàn)了潤(rùn)滑油站模塊化設(shè)計(jì)的先進(jìn)性、 優(yōu)越性。 隨著“一帶一路” 的發(fā)展， 模塊化潤(rùn)滑油站設(shè)計(jì)理念將成為一種新的發(fā)展趨勢(shì)。