超大型油轮油泵和压载泵的应用

孟存银

(南通中远川崎船舶工程有限公司,江苏南通 226000)

1 泵和驱动透平的设计选型

1.1 货油泵和压载泵的选型

货油船和压载泵的设计选型以(3～4)万t的成品油轮、10万t的AFRA、MAX油轮、15万t的SUEZ MAX和(25～30)万t的VLCC这4类船型分类进行。表1、表2为日本SHINKO泵厂提供的货油泵和压载泵参数。

表1 货油泵参数表

1.2 驱动透平的选用

驱动透平有 5种型号可供货油泵和压载泵选用。我公司VLCC采用的是RVR拉托3级式,而中小型油轮一般采用RX柯蒂斯单级式的。具体参数见表3。

2 泵、驱动透平以及中间轴的构造和特征

2.1 货油泵和压载泵

表2 压载泵参数表

(1)货油泵和压载泵的流量适用范围较广,可以在额定流量的 10%到120%的广范围内使用,适应从高压入到低吸入状态的吸入条件的变化。

(2)其结构有单层涡轮和双层涡轮 2种结构。小型泵采用单层泵壳形,其余的泵壳都采用双层涡壳形。

(3)货油泵泵壳的材料采用有延展性的青铜涡壳,以减少由于阀误操作对涡壳可能会产生水击造成的破损。

2.2 驱动透平

2.2.1 蒸汽调节阀

蒸汽调节阀不仅用于控制泵的运转速度,还可起到透平脱扣时危急安全切断作用,即当透平转子的转速达到额定转速的 115%时,切断蒸汽阀从而起到安全保护的作用。透平起动时,在电动补助油泵没有启动的情况下,为防止蒸汽调节阀打开,安装了起动联锁装置,防止轴承的损伤。

2.2.2 透平转子

RVR形拉托 3级透平的转子和透平轴是做在一起的,在透平轴端安装了机械式的脱扣器(115%旋转数)的偏心环,从而使泵的旋转数在 50%～ 100%情况下安全运转。

表3 货油泵和压载泵的透平参数表

2.2.3 减速装置

蒸汽驱动透平使透平转子高速旋转,再通过减速装置将转子的转速调整到泵所需要的转速。该装置采用立式 1级单螺旋形的减速齿轮,经过精密切齿后再进行制齿法的加工。为便于检修,齿轮罩采用了带有铰链的设计。

2.2.4 润滑油装置

润滑油装置由直接连接透平的主油泵、电动补助油泵、润滑油压力调整阀、润滑油冷却器、过滤器以及油箱等组成。

2.2.5 安全装置

为了确保泵和透平能够静止而且安全地进行运转,因此对安全装置以及各种仪表的监控显得尤其重要。润滑油系统,透平轴旋转速度、透平排气压力,泵各部位的温度发生异常时,若出现大故障安全装置应该要跳闸,小故障则会遥控报警。一般装有机械式和电动式超速跳闸、低油压跳闸和警铃、泵吐出压力上升跳闸、排压上升跳闸、泵壳过热跳闸、紧急手动跳闸等安全装置。

2.3 货油泵的自动清洗装置

在货油装卸作业的最后阶段,由于货油舱的油面降低,吸入管内产生气体以及从锥形孔吸入惰性气体,使泵性能下降。使用自动洗舱装置 AUS后,在货油泵吸入口处安装气体分离器。当油液面降到50%时,由于油液面的传感器发出信号,设置在主甲板上泵室入口的真空泵就自动工作,在除去气体的同时,开始拧紧泵的排放控制阀。当分离器油液面上升到 70%时真空泵就停止,排放控制阀完全打开。当液面下降到卸油的最后阶段时,2台真空泵全部工作,排放控制阀开度逐渐接近关闭,液面降到3%时,持续3m in后,该系统自动停止卸油作业。

2.4 中间轴装置

中间轴装置具有保持机舱和泵室的轴贯通处密封作用,能防止装卸油时油船从满载状态到空船的船体变形所造成的透平和泵的偏离,使其运转更安全。该装置由 2根轴组成,上部由轴承支架固定,下部中间轴是浮动式,连轴器采用标准联轴器。

3 安装和使用中的注意点

3.1 测定船体变形中间轴的中心

安装透平和泵时,测定泵和透平之间中间轴的中心非常重要,船厂调整泵和透平的中心一般在干坞内进行。在干坞内要事先找好偏心点,在下部中间轴短的情况下,应特别注意把油轮的每个船体状态都能容纳中间轴。

下端中心轴的轴心测定如图 1所示,具体步骤如下:

(1)加工 1根临时轴作为下端中心轴的假想轴,该临时轴与泵轴通过连轴器连接。

(2)在临时轴与上端中间轴之间安装如图 1所示的百分表,用塞尺调整透平轴与上端中间轴之间的间隙。

(3)转动中间轴测定在前后左右位置的百分表读数。

(4)通过微调泵和透平的底脚,使两轴中心的偏差在许可的范围内。

表4为流量 5 000m3/h、压程150 m的货油泵在VLCC从满载到空载时的轴心的变化记录。该货油泵下端中间轴长为1 505 mm。根据1 505 mm时齿轮联轴器的容许倾斜角 0.25°计算容许中心偏差Q为6.57mm。以表中No.1COP为例,在干坞中以下端中间轴偏心为5.4mm来安装泵和透平调查其漂浮状态、压载状态和满载状态时的轴心变化。如在干坞中测得的读数为1 080mm/100 mm,偏心为5.4mm,压载和满载状态下满足容许值要求。但在漂浮状态测得的读数为1 408 mm/100 mm,偏心为7.04mm,这样在漂浮状态就超过了容许值,需再次调整下端中间轴偏心量,使其在任何吃水状态下都能在容许值之内。表 4中,数字为刻度表所指数字; COP:货油泵,F:船艏方向,P:船左舷,A:船艉方向,S:船右舷;压载状态的吃水11.5m;满载状态的吃水20m。

3.2 齿轮联轴器的润滑

以前对中间轴联轴器的润滑,是在如图 2注油口的位置装上润滑油嘴,用油枪将润滑油脂打进去。由于油脂充满了连轴器内轴间的空隙,产生的内压力将运转中的透平功率输出轴向上顶,从而造成功率输出轴上方的下推力轴瓦损伤。为了避免这种事故的发生,现改用齿轮油润滑,如图 2用加油器,从反面的孔看到开始出油就停止,从而避免轴瓦烧伤事故的发生。另外,对轴瓦润滑脂的注入,不能打得太多,否则也会引起轴瓦的异常温升。

表4 根据VLCC的吃水变化使下端中间轴轴心的变化 1/100 mm

图1 下端中心轴的轴心的测定方法

3.3 压载泵排放能力测量时的注意点

在油轮交船前,要测定货油泵和压载泵的排放能力来考核货油泵和压载泵在安装到船上后是否能达到规格书中的泵能力要求。货油泵的排放能力一般符合要求,压载泵有时会发生问题,这主要由船的双层壳所决定的。压载水舱分布在油舱两边和双重底,能力排放试验是用泵将压载水舱中的水排出舷外,在30min内测定每10min内的舱液面降低的高度,结合舱容表,从而计算出 1 h内泵的排放能力并判断其好坏。由于顶边舱体积小,宽度比较狭窄,当吸入扬程高度急速下降时会导致全扬程上升,从而减少了排放能力,因此试验时要不断地调整排放阀保持所需全扬程。另外当全扬程低于 30～35 m时,还要考虑速度水头差带来的损失。

图2 齿轮联轴器的加油方法

3.4 透平的蒸汽管道和排气管道

为了防止透平振动,轴承温度上升和烧伤,调速器不稳定以及透平出力不足等事故,要特别注意透平的组装和管道设备,透平入口和排气法兰上不允许有超出容许值的外力。