燃气轮机润滑油系统过滤技术改进

刘千驹, 刘海博, 严 晶

(1. 上海晗真能源科技有限公司， 上海 201104； 2. 上海电气燃气轮机有限公司， 上海 200240；3. 清华大学 热能工程系， 北京 100084)

燃气轮机润滑油系统主要为机组轴承提供润滑油、减少磨损、带走系统产生的热量，同时通过盘车装置驱动转子盘车、通过转子位移系统模块控制推动转子移动从而提高机组效率。润滑油作为这些运行过程的介质发挥着重要的作用[1]。

这些特殊模块和装置由大量精密的控制元件和机构组成，如控制电磁阀、调节阀、执行器等。这些部件都是直接或者间接和润滑油接触，因此油品的清洁度将对这些设备的正常运行产生重大的影响。燃气轮机润滑油过滤系统是有其自身特点的结构复杂的一种过滤系统。

笔者根据现有燃气轮机机组润滑油系统在正常运行和检修过程中发现的存在设备异常和部分零件磨损的情况进行系统分析，提出改进方案，并在实际项目中进行运用，取得了明显的效果。

1 燃气轮机润滑油过滤系统

1.1 特点

在燃气轮机发电机组中，转子与滑动轴承之间发生高速的相对运动，容易造成磨损和能量损失；因此必须有一套完整的润滑油系统来确保机组的正常运行。

燃气轮机润滑油过滤器布置在润滑油泵出口、冷油器和温控阀MBV24AA281的下游(见图1)，过滤器MBV25AT001和MBV25AT002为双联，一用一备，可以通过切换阀MBV25AA251实现在线切换。

图1 润滑油过滤系统P&ID图

为了保证润滑油系统的正常运行，必须确保润滑油的清洁度满足一定的要求。油品的清洁度将影响润滑油的使用寿命、设备元件的安全可靠性和整个机组的正常运行。

由于用于燃气轮机润滑和顶轴的油路是单独的，各自的流量和压力差异比较大，所以分别设置了独立的润滑油过滤器和顶轴油过滤器。

顶轴油过滤器布置在顶轴油泵的出口下游，顶轴油不经过冷油器，直接进入过滤器，最后进入轴承。

油系统自身的精密元件等都会受到油品中污染物的直接影响，油品中的颗粒污染物会对相关密封面造成磨损甚至卡涩，从而影响设备的功能。系统中80%的零部件损坏都是由于油品中颗粒度超标造成的磨损引起的。

在燃气轮机的润滑油系统中，油液在密闭的系统中循环，看似不与外界接触，但是外部污染物颗粒还是可以从多方面侵入，例如从轴承座的缝隙中飘入、安装检修过程中带入等；同时系统内部还会不断产生污染物，如部件的磨损和元件的老化等，都会产生固体颗粒。

1.2 升级改进

油模块上的集成过滤器主要是起保护作用，过滤精度过去按照引进技术一直用的是20 μm孔径的滤芯。

在目前运行的数十台机组中，已经有不少进行了例行的小修、中修甚至大修。该型燃气轮机总共积累了上百万的运行小时。这些机组检修过程中发现在达到中修周期以后，一部分机组会出现盘车转速周期性小幅波动或者不能从静止状态盘动转子的状况，转子液压间隙优化的动力模块也时常出现保压不稳、压力低报警的情况。最后检查拆解发现，这些模块的精密部件都出现了不同程度的磨损，造成润滑油泄漏，从而引发相关故障。

因此，结合运行经验和对润滑油系统设计的综合评估，决定将燃气轮机润滑油系统过滤器的过滤精度由20 μm提升到10 μm。

2 过滤精度影响分析

2.1 改进型过滤系统的目标

改进型过滤系统的主要目标为：(1)提高润滑油品的清洁度；(2)延长设备正常运行时间；(3)提高设备组件的可靠性；(4)减少维修。

通过提高过滤精度，能够高效移除大于一定尺寸的污染物颗粒，延长设备的整体使用寿命，降低平均成本，即获得高的性价比[2]。

2.2 对压差的影响分析

为便于对过滤器的检修和维护，润滑油过滤器和顶轴油过滤器分别配置了压差报警指示装置(见图2)，可实现就地压差高报警。

图2 压差报警指示装置

当滤芯压差达到设定值的时候，活塞因受力而压缩弹簧，从而使按钮和活塞的磁体分离。此时按钮的弹簧弹起指示器，显示报警。一旦报警，按钮就会保持报警状态，直至人工重新设置。

燃气轮机发电机组一般作为调峰机组的工况较多，在低气温季节里长时间停机后，润滑油温会降到与环境温度相同，润滑油黏度较大[3]，通过滤芯时阻力增大，造成的压差也增大。为了防止冷启动时的误报警，安装了热闭锁装置的报警装置，可以手动复位，油温在27 ℃以上时有信号，以防止冷启动误报警。

为确保整个燃气轮机油系统的安全可靠，系统设计的压差一般低于过滤器的失效压差。低压过滤器滤芯的失效压差可以达到200 kPa以上，但是润滑油过滤器在运行温度50 ℃下的报警压差设定值为100 kPa，确保整个系统有足够的安全裕量。

由于过滤器滤芯精度的变化，必然对整个油路的压差产生影响，过滤精度提高，油路中的压差也增大，根据同种滤芯特性的对比，10 μm精度滤芯的压差在设计温度和设计流量下增大约10 kPa。综合考虑寿命因素的影响，将设计工况下润滑油过滤器的压差报警值提高到120 kPa。

2.3 提升保护措施

过滤精度由20 μm提高到10 μm，极大地增加了润滑油供油的阻力，同时也大大增加系统断油的风险。

为了将断油的风险降到最低，润滑油过滤器新设置了旁通阀(见图3)。

图3 旁通阀结构

当滤芯压差达到设定值时，旁通阀打开，从而可以保证润滑油不通过滤芯，由进口直接流入出口。它是集成在过滤器的滤筒中的，可以防止过滤器上游压力过高和过滤器下游断流；同时也可以防止滤芯压溃或者破裂。

旁通阀有独立的弹簧和卡座对应不同的开启压力，从而适配于不同的压力报警装置。一般没有专用于指示旁通阀已经打开的报警装置。综合考虑上下游特定的压力匹配关系，燃气轮机润滑油过滤器旁通阀设计的开启压差为Δp0=300 kPa。对于顶轴油过滤器从安全角度考虑可以不设置旁通阀，其设计报警压差为690 kPa。低压过滤器和高压过滤器的报警压差见图4。

图4 旁通阀与报警压力

3 结语

根据已投运机组在运行和检修过程中遇到的问题展开分析，提出对润滑油过滤系统的设计改进方案，将原来的20 μm过滤精度提高到10 μm，在充分评估对上下游可能产生影响的情况下，将10 μm的过滤方案进行完善，更新了过滤系统的配置，增加了部分监测和保护设备，并修改了相应的保护逻辑。

在已经投运的新项目中跟踪发现，采用上述措施后各机组运行良好，系统的稳定性和可靠性得到了提高，延长了各重要模块的使用寿命。