高速动平衡试验装置润滑油系统设计概述

金双双 胡益鑫 刘子龙

摘要：高速动平衡试验是大型旋转机械转子出厂试验必不可少的工艺过程。论文对某高速动平衡试验装置润滑油系统的工作原理、系统设计和设计要点进行了阐述，以期为相关试验站润滑油系统设计提供参考。

Abstract： The high-speed dynamic balance test is an essential process for the factory test of large rotating machinery rotors. This paper briefly introduces the working principle， system design and design points of 32t high-speed dynamic balance test device， in order to provide reference for the design of relevant test stations.

關键词：高速动平衡;试验装置;润滑油系统

Key words： high speed dynamic balance;test device;lubricating oil system

0  引言

旋转机械种类繁多包括离心压缩机、水泵、汽轮机、风机等，是冶金、化工、电力等工业生产中的关键设备。随着科技水平不断提高，旋转机械往大型化、高速化和智能化的方向发展，其一旦发生故障，不仅将造成重大经济损失，还危及人身安全[1]。据统计，旋转机械约一半以上的故障与转子不平衡有关，所以对大型旋转机械转子进行高速动平衡试验已成为必不可少的工艺过程。

高速动平衡试验装置主要承担工业汽轮机等产品转子维修时的高速动平衡试验和超速试验，最高转速可达数万转，需设计专门的试验场地和试验装置保证试验安全、可靠、准确的开展。动平衡试验站设计是一项系统性很强的工作，主要由高速动平衡机系统、驱动系统、真空舱钢结构系统、大气润滑油系统、真空润滑油系统及顶轴油系统、抽真空系统、起重运输设备和循环冷却水系统等子系统组成[2]，如图1所示。高速动平衡试验装置保证了转子平衡精度，降低了大型回转机组运转中的振动和噪声，提高了工作转速。高速动平衡试验装置的建设，为企业提高产品质量、延长产品运行寿命、提升产品市场竞争力发挥了积极作用。本文以某高速动平衡试验装置为例，介绍了高速动平衡试验装置润滑油系统的设计。

1  润滑油系统工作原理

高速动平衡试验装置运行过程中需大量润滑油，保证机器平稳运行，故需单独设计润滑油系统与之配套。在设计过程中，应根据试验装置各部分的润滑要求，确定油箱容量、泵类型、过滤器类型以及油品停留时间[3]。高速动平衡试验装置的润滑油系统包括大气润滑油系统和真空润滑油系统。

润滑油系统采用封闭循环管路，正常工况下，润滑油从低位油箱经油泵加压，经过滤器、冷却器、阀门与管路到达润滑部位，再经回油管路返回低位油箱。为了防止试验过程中紧急事故，需设置高位油箱，利用高差的重力势能向机组供给润滑油，保证机组惰转时的润滑和冷却用油，大气润滑系统原理如图2所示。

转子进行动平衡时转速高达数万转，如果不在真空情况下，转子在空气中旋转摩擦，空气温度很高，造成损耗很大，所以要保证转子在抽真空状态下正常运转，以减少驱动功率。为了保证真空舱内真空度，需为真空舱内运行设备提供抽真空润滑油，防止管路中空气逸出破坏真空环境，真空润滑系统原理如图3所示。

2  润滑油系统设计

根据润滑部位和作用不同，可将动平衡试验装置润滑油系统分为四个部分：大气润滑油站、大气高位油箱、真空润滑油站和真空高位油箱。在润滑油系统设计时，不仅需满足机组供油点的要求，同时油泵、过滤器、冷却器和管路附件之间规格型号得相互匹配。

2.1 大气润滑油站设计

大气润滑油站用于高速动平衡试验装置大气润滑油系统中，向主驱动电动机、增速齿轮箱、中间轴装置提供润滑油。大气润滑油站主要包括1只大气低位油箱，2组螺杆油泵、冷油器、滤油器（一用一备），公共底盘，管道及附件等组成。大气润滑油站各设备主要技术参数如表1所列。

2.2 大气高位油箱设计

大气高位油箱用于高速动平衡试验装置大气润滑油系统中，试验时储油，紧急停电情况下，为安全停机紧急向主驱动电机、增速齿轮箱、中间轴装置提供润滑油。大气高位油箱主要由箱体、底座、电加热器、溢油漏斗及各有关接口组成。高位油箱有效容积1.5m3，气空间绝对压力为大气压;最高工作温度50℃。

2.3 真空润滑油站设计

真空润滑系统用于高速动平衡试验装置真空润滑油系统中，用于提供真空舱内试验转子所需润滑油和试验转子起动时期所需顶轴油。真空润滑油系统主要由真空低位油箱、3台螺杆油泵（二用一备）、2台冷油器（一用一备）、3台滤油器（二用一备），公共底盘，管道及附件组成一个整体。真空润滑油站各设备主要技术参数如表2所列。

2.4 真空高位油箱设计

为高速动平衡试验站真空润滑油系统的高位油箱，试验时贮油，紧急停电时为安全停机紧急提供真空润滑油。高位油箱出厂前应做真空试验，将高位油箱抽到一定真空度后保持一段时间，泄漏量应小于50Pa/h（50L·Pa/s）。高位油箱有效容积1.8m3，气空间最小绝对压力133Pa，最高工作温度50℃。

3  润滑油系统设计要点

3.1 油箱容积设计

油箱必须有足够的容积，一方面须满足散热的要求，另一方面在液压系统停止工作时应能容纳系统中的所有工作介质，工作时又能保持适当的液位。油箱容量与系统的流量有关，一般容量可取最大流量的2～7倍[4]。在设计过程中，先按经验公式确定油箱的容量，待系统确定后，再按散热的要求进行校核。油箱容积（V）的经验公式采用式（1）计算：

V=a×Q（1）

式中，a为经验系数，低压系统取2～4，高压系统取5～7;Q为油泵每分钟排出的油的容积m3。

式（1）计算的油箱容量大小再从散热要求校核，计算出系统发热量与散热量，再考虑冷却器散热后，如果散热量大于发热量则该油箱容量满足要求。油箱散热量（H）计算公式采用式（2）：

H=A×K×？驻t（2）

式中，A为油箱的散热面积;K为散热系数，与油箱周围通风条件有关;？驻t油温与周围环境的温差。

3.2 润滑油系统的测控点配置

润滑油系统在运行过程中，需实时监测润滑油流量、温度和压力等参数，并设置报警值、跳机值，以满足机组正常运行的要求。油箱内油温低于供油温度时，开启电加热器进行加热工作。油箱内液位过低，使电加热器裸露时，不能开启电加热器，避免其过热烧坏。系统应考虑设置温度开关，油箱内的油温高于供油温度时，能自动关闭开启的电加热器。滤油器为双筒滤油器并带有差压报警装置，设备工作中当在用滤油器滤芯堵塞需要清洗或更换（压差超过设定值）时，可在不停机状况下转动换向阀，另一只滤油器即投入工作，然后更换已堵塞的滤芯。

该项目润滑油系统主要测控点配置要求如下：①低位油箱侧面设有液位计，顶上设有液位传感器接口。②大气低位油箱侧面设有测量油温的热电阻接口。③大气低位油箱侧面设有一个温度控制器接口。油箱内液位过低，使电加热器裸露时，不能开启电加热器;油箱内油温高于供油温度时，自动关闭开启的电加热器。④螺杆油泵出油口设有压力表。⑤螺杆油泵与滤油器之间的油管道上设有流量开关，油流畅通时发出信号。⑥滤油器上带有差压报警装置，工作中滤油器进、出油口压差超过设定值时即发出信号。⑦冷油器油水进出口均设有就地显示温度计。⑧高位油箱侧面设有液位计、热电阻接口、温度控制器接口，顶上设有液位传感器接口。

3.3 润滑油系统的工艺平面布置

本高速动平衡试验装置横向布置在试车间东南角，润滑油系统布置在真空舱的右下角，该工艺布局分区明确、布局合理、流程顺畅，工艺平面布置图如图4所示。

低位油箱安装高度应确保润滑油经机组后通过回油管顺利回流，本项目低位油箱布置在深3.5米的地坑内。真空润滑油系统运行在绝对压力为133Pa的真空环境，真空油站与真空油箱的安装高度应满足油泵允许汽蚀余量的要求。高位油箱安装在东侧辅房的三层刚平台上，高度应满足设备的供油压力不小于0.05MPa[5]。

4  结论

高速动平衡试验装置润滑油系统的设计是一项专业性强、涉及面广的工作，是高速动平衡试验装置运行必不可少的组成部分。该试验装置润滑系统吸取了国内外动平衡试验装置的先进经验，同时结合被试转子的试验要求，合理设计与布置，满足了机组运行中的润滑需求。本文对高速動平衡装置润滑油系统运行原理和系统设计进行了说明，最后介绍了润滑油系统的设计要点，供同行和相关读者参考。

参考文献：

[1]金双双.基于云服务的旋转机械故障自动诊断系统研究[D].北京：北京化工大学，2018.

[2]陈波，周丹诚.国内大型高速动平衡试验装置概述[J].燃气轮机技术，2010，23（3）：15-17.

[3]王成勇，杨惠君.与机械要求相匹配的润滑系统设计[J].润滑与密封，2006（02）：194-197.

[4]张冬，孟凡刚.泵、马达液压实验台中油箱的设计[J].煤矿现代化（5）：28.

[5]卢杰，盛伟，江友钿.大型高速动平衡试验站设计流程[J]. 工程建设与设计，2012（2）：73-76.