汽轮机润滑油站设计探讨

卢宁， 邓荣华， 刘洋， 宋延梅

（德阳东汽电站机械制造有限公司， 四川德阳， 618000）

1 概述

润滑油系统是汽轮机的重要系统， 关系到汽轮机的安全运行。 发电机组在运行中极短时间断油也会引起严重的设备事故， 润滑系统漏油也易导致失火， 因此要求供油系统务必做到安全可靠而又经济实用。

本文所探讨的汽轮润滑油站采用全新的模块化设计理念， 将整个润滑油系统的主要设备集成在一起， 制造完成后在厂内进行性能试验， 模拟现场运行工况， 保证各项性能指标满足要求。

2 工作原理

常见的汽轮机润滑油系统主要有2 种： 电动主油泵系统和主轴驱动主油泵系统。 其中， 电动主油泵系统采用的是电动机直接带动油泵运行。

本文以电动主油泵系统为例， 对润滑油站设计进行探讨， 系统图如图1 所示。 正常工作时，电动主油泵将润滑油压力提高， 依次流经冷油器、润滑油过滤器、 压力调节装置， 然后进入轴承。事故工况下， 电动主油泵无法正常运行， 润滑油经直流事故油泵升压后去轴承供油。 同时， 系统还配置有顶轴装置、 蓄能器组及排烟装置等设备。

图1 电动主油泵系统图

3 主要设备简介

3.1 箱体

润滑油站箱体是由钢板、 槽钢等型材焊制而成的矩形容器， 需要承受油箱本体、 润滑油及其顶部配套设备重量。 此外， 箱体还设置有防爆板、护栏等部件。

3.2 油泵

油泵是润滑油站的核心部件， 为整个系统提供动力。

润滑油站包含2 台交流油泵， 1 台直流油泵。正常运行时， 由1 台交流润滑油泵向各轴承供油，另1 台交流润滑油泵备用。 当系统油压低于设定值， 直流油泵启动供油， 以确保机组安全停机。

3.3 冷油器

冷油器常采用板式结构， 布置在润滑油站箱盖上， 一用一备， 运行时通过切换阀进行切换检修。 以电厂循环水作为冷却介质， 确保进入轴承的润滑油温度在40～45 ℃。

3.4 润滑油过滤器

润滑油过滤器同样布置在润滑油站箱盖上，一用一备， 通过切换阀进行切换。 主要用于过滤汽轮机润滑油中大于25 μm 的杂质， 当过滤器前后压差超过0.06 MPa 时， 压差开关报警， 以提示清洗或更换滤芯。

3.5 压力调节装置

压力调节装置由自力式压力调节阀与节流孔板并联而成， 以保证30%～40%的润滑油流经阀门， 而其余60%～70%流经孔板[1]。 调节阀与孔板并联而成， 即使调节阀失效关闭， 轴承仍可通过孔板得到润滑油， 保证机组安全运行[2]。

3.6 蓄能器组

为减小油泵切换时母管油压的波动， 电泵润滑油系统一般设置一定容量的蓄能器组， 补偿因油泵切换造成的油压下跌。

3.7 顶轴装置

顶轴装置主要用于机组启停、 盘车等工况，向机组轴承提供高压油， 强制顶起轴承轴颈， 形成静压油膜， 避免轴颈与轴承的干摩擦。 该装置一般采用模块化结构， 布置在油站箱盖上。

3.8 排烟装置

油站设置2 台排烟装置， 一用一备。 该装置使油箱内形成微负压， 分离箱体内油烟混合物，并排出烟气， 使油滴返回油箱， 确保油系统安全可靠。 排烟装置上还设置有蝶阀， 通过调节阀门开度来调整风机风量。

3.9 其他

除上述主要设备外， 油站还设置有油位计、跳闸开关、 电加热器、 回油滤网等。

4 选型计算

4.1 油箱容积确定

油箱的存油容量一般按照每小时内油系统的循环油量进入油箱进行循环的倍率来衡量， 见式（1）。

式中， K 为循环倍率， 一般取8～12 h-1； Q 为润滑油量， m3/h； V 为油箱的存油容量， m3。

4.2 润滑油泵选型

在给定油站出口压力的前提下， 可采用倒推的方法计算出油泵出口压力。 一般需考虑油站与油泵出口高差， 管道阻力损失， 冷油器、 过滤器、压力调节装置等设备压降。 直流油泵出口润滑油不经过冷油器及过滤器， 相关阻力损失不计。 表1是某项目油站选型计算表。

表1 油泵选型计算表

计算出油泵出口压力后， 结合给定流量， 即可交油泵厂家选型。

4.3 冷油器选型

模块化润滑油站常选用板式冷油器， 选型计算一般交专业板式冷油器厂家进行。 油站设计人员需向厂家提供润滑油量、 润滑油进出口温度、冷却水量、 进口水温等参数及板片材质， 需留有10%以上面积余量。

4.4 蓄能器选型

蓄能器的计算可按照机械设计手册相关公式计算， 见式（2）。

式中， V0为所需蓄能器的容积， m3； P0为充气压力， MPa.a， 按0.9P1＞P0＞0.25P2充气； Vx为蓄能器工作容积， m3， 可根据系统流量、 蓄能器排放时间确定； P1为系统最低压力， MPa.a； P2为系统最高压力， MPa.a； n 为指数， 绝热取1.4。

以本项目为例， 蓄能器排放时间3 s， 系统流量2 700 L/min， 工作容积135 L， 根据系统最低压力0.3 MPa.a， 最高压力0.35 MPa.a， 充气压力取0.27 MPa.a， 则蓄能器计算容积为1 396 L。

4.5 压力调节装置选型

压力调节装置由调节阀与孔板并联而成， 调节阀和孔板流量按4∶6 进行分配。 选型计算时， 可先在设定工况下计算孔板直径， 然后根据选定孔板直径计算其他工况下调节阀流量。 压力调节装置计算工况较多， 可通过编写软件解决繁琐计算过程。

4.6 回油滤网选型

回油滤网设计时， 为避免产生较多油泡、 减少通力阻力， 润滑油通流速度不能高于0.2 m/s。

5 设计制造及试验

5.1 油站设计

油站设备选型计算完成后， 根据配套设备厂家反馈的外形图， 即可进行润滑油站详细设计。为保证结构合理性及准确性， 可采用全三维设计。设计完成后进行油站强度校核及管道应力分析。

5.2 油站制造

区别于传统油箱， 模块化油站还需安装仪表柜及端子箱。 仪表柜内集成了油站本体的压力表、压力开关、 压差开关等测量元件， 利于现场统一管理。 端子箱则将油站内所有的远传信号（液位信号、 电加热器信号等）汇集在一起， 为现场接线提供方便。

5.3 性能试验

油站制造完成后， 应进行性能试验。 主要步骤如下：

（1）准备工作

按性能试验原理图（见图2）安装试验工装， 包括流量计、 试验管路、 流量调节阀等； 连接油泵及电加热器动力电源线， 确保油泵电机旋向正确；安装好润滑油过滤器调试滤芯。

图2 性能试验原理图

（2）性能试验

试验内容主要包括： 电加热器功率核实； 液位开关动作检测； 油站出口压力、 流量检测； 润滑油过滤器、 冷油器切换检测； 系统密封性检测；仪表检测等。

性能试验时， 先通过流量调节阀将油站出口流量调至设计流量， 检查此时出口油压。 理论上，如图3 所示， 通过调节自力式压力调节阀， 即可在流量不变的情况下实现油站出口压力调节。

图3 压力调节装置流量-压差曲线

6 优越性

传统润滑油系统中油箱、 油泵、 冷油器等主要设备均为散件发货， 设计院确定其安装位置后，施工单位再按设计图纸进行现场施工、 安装调试，给现场安装调试造成极大不便。 润滑油站采用模块化设计理念， 将系统中主要设备集成在一起，模块发货。 集成润滑油站具有以下优越性：

（1）质量风险低， 性能有保证

整个油站在制造厂内完成， 严格按照项目检验计划进行， 产品质量可得到有效控制。 另外，通过厂内性能试验， 模拟现场工况， 进一步提高油站的可靠性。

（2）现场安装量少， 成本降低

集成润滑油站现场安装量少， 可节约大量安装成本。 特别是针对海外项目， 润滑油站具有明显竞争优势。

（3）集成度高

除传统配套设备集成外， 润滑油站还将仪表集中到仪表柜中， 统一管理， 为后期运行维护提供便利。 同时还将系统远传信号线集中接入端子箱， 方便现场接线。

7 总结

本文通过对电泵系统润滑油站的主要设备、选型计算、 设计制造及性能试验的介绍， 体现了润滑油站模块化设计的先进性、 优越性。 随着“一带一路” 的发展， 模块化润滑油站设计理念将成为一种新的发展趋势。