一种集成式模拟汽轮机发电机组油系统运行工况的试验台

胡爽　胡敬辉

摘要：文章设计了一种集成式汽轮机试验平台，该试验平台是在汽轮机陆地发电试验中模拟油系统持续运行工况而设计的，实现的功能是汽轮机起机、运行、停机过程中油系统的作用。该试验台主要由主油箱1套、螺杆泵组4套、双筒滤油器1台、板式冷油器2台、溢流阀1台、排油烟风机1台、压力开关6只组成。

关键词：集成式汽轮机；发电机组；油系统；运行工况；试验台 文献标识码：A

中图分类号：TK269 文章编号：1009-2374（2017）04-0013-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.04.007

1 实验平台的研发背景

本试验平台的研发背景：某海洋船用汽轮发电机在船上安装、发电之前要在陆地进行试验，汽轮发电机组是高速运转的大型机械，汽轮机油系统的主要作用是向机组各轴承供油，减少轴承接触表面的摩擦损失并带走因摩擦产生的热量及由转子传来的热量，供给调速系统和保护装置稳定充足的压力油，使之正常工作，并在机组盘车时向盘车装置和顶轴装置供油。集成式汽轮机试验平台是在汽轮机陆地发电试验中模拟油系统持续运行工况而设计的试验台。实现的功能是汽轮机起机、运行、停机过程中油系统的作用。油系统的正常工作对于保证汽轮机的安全运行具有重要作用，如果潤滑系统突然中断油流，即使只是很短时间的中断，也将引起轴承烧瓦，从而可能引发严重事故，此外，油流的中断同时还会使调节系统失去压力油而无法正常工作，结果汽轮机会失去控制，其后果更为严重，必须给予足够的重视。

电厂中汽轮机油系统主要由润滑油主油箱、主油泵、高压启动油泵、交流润滑油泵、直流事故油泵、注油器、冷油器、过滤器、排油烟风机装置以及相关系统附件等组成。在该集成式油系统试验台中，取消常规设计中的注油器，用效率高的螺杆泵代替效率低的离心式主油泵，用两台螺杆泵用作启动油泵，一台螺杆泵用作直流油泵。螺杆泵的优点是压力和流量范围宽阔，吸入性能好，具有自吸能力，流量均匀连续，振动小，结构坚实，安装保养容易，适合长时间运转的试验台使用。将试验平台的所有部件集成在一个基座之上，安装简单，占地面积小，非常适合试验使用。

2 实验台的组成

本试验台的组成主要是有主油箱1套、螺杆泵组4套（其中1套是用作主油泵、2套用作启动油泵、1套用作直流油泵）、双筒滤油器1台、板式冷油器2台、溢流阀1台、排油烟风机1台、压力开关6只。

油箱是储存润滑油的容器，起着沉淀杂质、分离泡沫，散去油烟气体、水汽的作用。由于透平油有一定的粘度，油烟杂质的分离和沉淀需要一定的时间，故要求油箱有足够的容量。油箱的容积是18m3，保证油循环倍率是8～10。油箱由Q235A钢板焊接而成，外形尺寸是3730mm×3000mm×1985mm。油液进入油箱后，油流动的路线受油箱内挡板的控制，回油从挡板的下端曲折迂回流过，加长其沉淀和分离的过程，合理安排挡板能使油的停留时间最短，而沉淀和分离的效果最好。油箱内部有两道滤网，每道滤网都与两排相同的滤网盘组成，滤网是不锈钢网，规格为GFW0.500/0.315，每个滤网盘都可以从油箱上盖抽出进行清洗。油箱上安装一台具有就地显示和远传功能的磁翻板液位计，当油箱内油面达到最高油位或者降低到最低油位时，将通过行程开关和远传发讯器发出报警信号，液位计的量程为400mm。油箱底部设计有一定坡度，使油中沉淀下来的水分和杂质沿着箱底泄集到排油口。油箱侧面安装一只Pt100铂热电阻，长度400mm，热电阻传送的温度信号发送至DCS控制部分。油箱上还装有四只电加热器，两只6kW，两只2kW，当系统启动时由于油箱油液内的温度较低粘性较大，需要投入电加热器将油温加热到20℃以上再启动。在油箱顶部设有人孔，以便检修或清洗时用。此外，油箱上还开有溢油阀接口、油净化装置进油口、回油口，在油箱底部有事故排油口、备用油泵接口等。

本试验平台中主油泵的作用主要是向汽轮机调节系统供油，主油泵选用螺杆泵组代替原有的离心式主油泵，离心式的主油泵安装在汽轮机主轴上，没有自吸能力，因此在汽轮机启、停阶段要依靠电动机驱动的辅助油泵供给机组用油和主油泵的进口油，当主轴转速达到2800r/min左右才能供给润滑油系统的全部压力油，而试验平台选用的螺杆泵组是直接用电机驱动，安装维护简便，启停不受机组的运行影响，也免去了设置辅助油泵的麻烦。主油泵的流量为570L/min，出口压力为2.0MPa。

试验平台选用两台交流电机驱动的螺杆泵作为启动油泵，一台运行一台备用，一台直流电机驱动的螺杆泵作为直流油泵。启动油泵在机组启动前给整个系统打油循环，在系统运行时给润滑油系统及顶轴油系统供油，在停机或盘车时向各轴承提供润滑油，启动油泵的流量为1684L/min，出口压力为0.5MPa。当机组试验运行发生故障而润滑油压下降时，备用螺杆泵组能自动启动以维护必要的润滑油压。当润滑油压因故障下降而两台启动油泵都不能正常投入工作或当试验时的厂用电全停启动油泵不能启动时，直流事故油泵则向润滑系统供油并靠蓄电池供电。

油系统中设置6个压力开关，其中一个是当系统压力降至0.07MPa时启动交流泵，另一个是当压力下降到0.05MPa时启动直流润滑油泵，另外三只打闸停机信号整定压力也是0.05MPa，3取2，还有一只是当系统压力下降到0.03MPa时切断自动盘车装置改手动盘车。

为了保证汽轮机油系统中的润滑油压稳定在轴承的供油压力之上，在试验平台的回路上设置溢油阀，以实现润滑油压的自动调整，溢油阀的阀前压力0.118MPa（机组润滑油压力），通过阀的流量为400L/min。

排油烟风机的作用是将油系统中的油烟和水蒸汽排出，以保证运行中的透平油质量，考虑到环保的要求，将排油烟风机设置在试验场地的窗户附近比油箱高的平台上。驱动电机的功率为2.2kW，选用防爆电机，防止发电机氢密封处泄露而导致爆炸，排油烟风机分离出来的细小油珠经下面的U形管流回油箱，沉淀在U形管底部的水分定期排放到地沟中。

双筒滤油器是用于油系统中的低压管路不间断过滤，滤除油液中的固体颗粒污染物，有效控制系统油液清洁度。双筒滤油器在运行时一运一备，根据运行情况及过滤器滤芯的使用情况现场手动切换。滤油器的滤芯是不锈钢材质，精度是40μm，电子压差发讯器的发讯值为0.35MPa，旁通阀开启压差为0.5MPa，当滤油器内差压达到0.35MPa时压差发讯器发出信号提示需要更换滤芯，当压差达到0.5MPa时旁通阀开启，这时润滑油将不经过滤油器直接从管路进入系统。

在汽轮机运行过程中由于軸承摩擦而消耗了一部分功率，这部分机械耗功约占机组额定功率的0.5%左右，它将转化为热量使通过轴承的润滑油温度升高，如果油温太高，轴承有可能发生烧瓦事故。为使轴承正常，润滑油温必须保持在一定范围内，一般要求进入轴承的油温在40℃～50℃之间，轴承的排油升温一般为10℃～15℃，因而必须将轴承排出来的油冷却之后再进入轴承润滑，冷油器就是为了满足这一要求而设置的，温度较高的润滑油和低温冷却水在冷油器中进行热交换，并通过了解冷却水的流量来达到控制润滑油温度的目的。

冷油器的冷却水一般采用循环水常规将设计水温取为33℃。选用的板式冷油器优点是占地面积小、散热效率高。冷油器的材质一般为TP304和TP316L，冷却水在冷却管内流动，透平油在管外流动，油侧压力大于水侧压力，以防止管内的冷却水通过密封不严处泄漏到管外的油中。试验平台并联配置两台冷油器，一台运行一台备用。冷油器上有一个水排污口、一个水排气口、一个油排污口和一个油排气口，在进出水和油接口处有四个双金属温度计接口。如图1 所示：

图1

3 结论

集成式模拟汽轮机发电机组油系统运行工况的试验台（汽轮机试验平台）的参数设计、图纸设计、设备选择遵循合理、经济、实用性原则，能满足某海洋船用汽轮发电机在船上安装、发电之前要在陆地进行试验的要求，设计成集成式，主要考虑在试验现场方便安装的需要，并且占地面积小，非常适合试验使用。目前，该汽轮机试验平台已经在交付客户使用，并为公司创造了一定的经济效益。

参考文献

[1] 华东六省一市电机工程（电力）学会.汽轮机设备及其系统[M].北京：中国电力出版社，2006.

[2] 靳智平，王毅林.电厂汽轮机原理及系统[M].北京：中国电力出版社.2006.

[3] 东北电业管理局生产部.汽轮机调节及保护系统[M].沈阳：东北大学出版社，1995.

（责任编辑：黄银芳）