PG9171E燃气轮机用辅助润滑油泵的设计与性能优化

陆国平，李清浦，庄 健，郑志强，陈 岗，章雷申

(1. 南京汽轮电机(集团)有限责任公司，南京 210037； 2. 上海市电力公司闸北发电厂，上海 200438)

上海市电力公司闸北发电厂拥有4台美国GE公司 PG9171E燃气轮机，采用2拖1的布局方式，并加带2台汽轮机，形成机组的联合循环。自1996年4台燃气轮机依次投产，至今已运行了22年[1]。

辅助润滑油泵是燃气轮机启、停过程中给润滑油系统供油的泵站，其关系到机组的冷却、润滑等作用[2]。原先使用GE的辅助润滑油泵，使用年代久远，故障率极高，平均每月修理一次，给修理维护增加了不少工作量，且成本较高。因此，亟需自主设计、本土化生产的辅助润滑油泵取代，以降低燃气轮机的工作成本，优化其结构，进一步完善现阶段辅助油泵的性能。

1 LYT180-90型辅助油泵的结构设计

1.1 辅助油泵的结构设计

LYT180-90型辅助油泵为立式、单级、单吸离心油泵，专为上海电力公司闸北发电厂燃气轮机辅助润滑油泵设计并生产，该辅助润滑油泵与电机的连接结构形式如图1所示，设计结构图如图2所示，具体参数如表1所示。

图1 辅助油泵与电机的实际装配图

该辅助润滑油泵的进口位于泵的下部，采用轴向吸入的方式；泵的出口位于支撑板的下方，呈径向布置。排油管路的接口布置在支撑板上，垂直向下分布，通过排油管组件和弯管组件将泵的出口和支撑板上的排油管路的接口进行连接。另外，泵的上部采用一对背靠背的推力球轴承进行定位，并承受转子部分的重量及剩余轴向力，下部采用滑动轴承进行辅助定位。通过润滑油管将泵输送的介质引入，对上部推力轴承进行润滑。叶轮采用离心式，叶轮设有平衡孔及前后密封环以平衡轴向力并减少泄漏。

表1 LYT180-90交流辅助油泵的性能参数

1. 滤网；2. 叶轮螺母；3. 密封环；4. 泵盖；5. 叶轮；6. 泵体；7. 键(叶轮)；8. 滑动轴承；9. 支撑管；10. 轴；11. 轴承体；12. 键(轴承内套)；13. 轴承内套；14. 滚动轴承；15. O型密封圈；16. 轴承压盖；17. 油封；18. 轴承挡套；19. 圆螺母；20. 键(泵联)；21. 联轴器部件；22. 键(电联)；23. 电机支架；24. 排油管组件；25. 润滑油管部件；26. 支撑板；27. 弯管组件；28. 排气管组件；29. 交流电机图2 LYT180-90交流辅助油泵-结构图

1.2 关键零部件的使用寿命

在设计后期，将LYT180-90型辅助油泵的关键部件的使用寿命做了实验验证，具体结果如表2所示，表明该辅助油泵的关键零部件满足国标的使用要求，间接说明该泵的结构设计合理，运行较为平稳。

表2 LYT180-90型辅助油泵关键零部件的使用寿命

2 LYT180-90型辅助油泵的改进

2.1 叶轮结构优化

当机组停机时，积存在气缸内部的蒸气将使机组上缸温度高于下缸，因此导致转子受热不均匀，进而导致弯曲变形。基于以上背景，在启动之前必须进行盘车，进一步减小上下气缸的温差，进一步降低冲转力矩，因此在起动机启动时，各摩擦副之间的润滑效果会进一步影响压气缸的盘车阻力，为此，进一步改进该辅助润滑油泵的流量对于机组的平稳的运行具有重要的作用。

LYT180-90型辅助油泵的叶轮结构图与轴功率-流量，效率-流量和扬程-流量曲线如图3所示，可以看出当泵的流量为190 m3/h时，该辅助润滑油泵的机械功率为76 %，轴功率为61.3 kW，扬程为90 m；当流量大于190 m3/h时，该泵的机械效率降低，因此该辅助油泵的运行流量不应大于190 m3/h。

在试运行过程中，发现该泵的流量仍不足保证机组运行平稳，为此，需进一步优化叶轮结构，具体叶轮结构与尺寸的优化结果，如图4与表3所示。具体将叶轮进口直径(D0)增大了20%，增大到132 mm，叶轮出口直径(D2)从275 mm增大到280 mm，叶轮径向剖面进口节圆直径(d1)增大了37.1%，增大到42.52 mm，叶轮径向剖面出口节圆直径(d2)增大了33.3%，达到20 mm。优化后的泵型号由LYT180-90更正为LYT230-90。优化后泵的轴功率-流量，效率-流量和扬程-流量曲线如图4(b)所示。当泵的流量为230 m3/h时，该辅助润滑油泵的机械功率处于最高值，且轴功率为81.6 kW，较LYT180-90型泵的轴功率增大了33 %。

(a) 叶轮结构图

(b) 轴功率-流量，效率-流量和扬程-流量

(a) 叶轮结构图

(b) 轴功率-流量，效率-流量和扬程-流量

表3 优化前后叶轮的关键技术尺寸 mm

叶轮进口直径(D0)叶轮出口直径(D2)叶轮径向剖面进口节圆直径(d1)叶轮径向剖面出口节圆直径(d2)叶轮出口宽度(b2)改进前110 27531.02 15 15 改进后132 280 42.52 20 20

2.2 电机与泵连接的同心度调整

电机与辅助润滑油泵的连接方式为立式连接，配套电机的位置较高，重心较高，导致运行不稳定。在设备试运行阶段，采用百分表测量电机与该辅助润滑油泵的同心度，其结果为0.2 mm，不满足国标要求(同心度不超过0.1 mm)[3]，因此，采用加装稳定销钉的方案进一步加固电机输出轴、辅助润滑油泵的齿轮与连轴器之间的连接，使其同心度从0.2降低到0.05 mm。

3 工程效果

自2018年12月10日使用至今，使用情况总结如下：

1) 该辅助润滑油泵的运行稳定性更加可靠，噪音降低(测量数据70 dB)。

2) 该辅助润滑油泵结构紧凑，由一台交流电机驱动，拆装非常方便。

3) 该辅助润滑油泵上部由一对推力球轴承定位，下部由巴氏合金滑动轴承径向辅助支撑。轴承采用输送的润滑油进行润滑、冷却。使用维护极为方便，对比原油脂润滑轴承，无需考虑轴承润滑油脂的消耗、添加等问题，省去了原来泵维护中添加轴承润滑脂的诸多不便，同时可延长轴承使用寿命。

4) 该辅助润滑油泵定型后互换性强、不同购买日期的设备都可互换使用。

5) 该辅助润滑油泵在使用过程中对流量做了一次提升改进，考虑了压气机盘车阻力增加时，将流量增加了15%的富裕量，目前已基本达到预期效果。

6) 该泵采用先进的验证方法，获得较高的效率，从而使得泵的流量提高15%后，配套功率仍然够用。