重负荷燃气轮机的油泥和漆膜问题Word下载.docx

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燃油旁通阀故障现象主要有两种：

一是在开机过程中，点火后燃油流量FQL偏离流量输入信号FSR，流量过大造成超流量保护动作而启动失败，有时没有流量或者流量非常大而启动失败。

另一种是在正常运行过程中，燃油流量FQL瞬间偏离流量输入信号FSR，在几秒钟内燃油流量上甩或下降，但在几秒钟内又能恢复。

当燃油流量下降时，负荷下滑，即刻又恢复，一般不会发生跳机，而当燃油流量上腿时，负荷上升，有可能造成排气温度高而跳机。

65FP－1电液转换器发生故障后，曾经解体清理，从解体情况看，内部油滤上有不少油泥，滑阀金属表面能刮下一层漆状沉积物，呈硬质半透明棕色涂层。

这种油泥和漆状物是伺服阀故障的原因。

造成液压控制阀故障的原因好像是油质恶化，但润滑油常规化验指标（黏度、清洁度、酸值等）均符合要求，而且润滑油到液压油有一个0.5μm的精滤，滤网压差正常，即使更换了油滤，液压控制阀并没有好转的迹象。

进一步（2002年5月）分析润滑油指标，润滑油的抗氧化性试验得出，7号、8号机Millipore油泥已分别达到4.21mg/100mL和6.12mg/100mL。

由于备品油选型和工期安排问题，在2003年初先对8号机用TURBOGT32润滑油进行了更换。

更换后，没有再发生65FP一1的卡涩问题。

但7号机没有更换，问题依然存在，而且有严重化趋势。

到2003年3月中旬，对7号机润滑油再次取样，Mil-fipore油泥达到了9.16mg/l00mL，在4月大修中用TURBOGT32油更换，更换后几次开停机都没出现65FP一1的卡涩现象。

2．润滑油的选型

燃气轮机中的润滑油处于极为恶劣的高温氧化环境中，巴氏合金轴承可承受的温度高达120℃，但轴承周围的密封空气温度更高，那里油膜温度可达130℃，有的最高甚至有140～150℃，这已达到或超过矿物油及添加剂的温度极限。

加上暴露于密封空气中，油的氧化非常剧烈。

正因为燃机润滑油在运行中遇到的最大挑战是高温氧化，所以燃机润滑油规格中抗高温氧化性能是最值得关注的指标。

联邦氧化试验能比较好地反映油在高温下的抗老化、抗油泥生成性能。

联邦氧化试验时，油中加入五种金属作为催化剂（铜、银、铝、镁、铁），在175℃下，通入空气流进行72h的老化。

试验报告油老化后粘度的变化、酸值的增加量、油泥的含量等。

油品在此试验中经历最苛刻的高温抗氧化考验。

常规化验对粘度和酸值关注比较多，但对于要用作液压油的燃机润滑油，油泥对液压控制器的威胁要引起足够的重视。

在比较了多种润滑油的各种技术经济指标后，选择壳牌公司的TURBOGT32。

它是由基础油XHVI和特殊的耐高温添加剂配方。

XHVI基础油是合成烃类油，它的独到之处是自身抗氧化性强，不易生成氧化物，同时具有很好的聚合物溶解性。

经油泥生成试验（175℃、72h），TURBOG7，仅为35mg/100mL，而矿物燃气轮机油高达750～1000mg/100ML。

3．换油工作

为了最大限度地清除系统中残存的旧油、油泥、沉积物、漆膜等在维修过程中进入的杂质，经过清洗油箱及管路、反复用冲洗油冲洗、再清洗、再用工作油冲洗、排放后加注全新工作油。

换油时，①尽量放尽旧油，减少对冲洗油的污染。

在60～70℃油温时排放，清除油箱、冷却器等大容器内积油，打开低位阀门和管路接头，更换所有过滤器。

②冲洗过程中，尽量形成湍流，油温最好能在30～80℃波动。

在进油口和回油管上加装滤网，当滤网压差过大时，应及时更换。

③加热油时，不得超过88℃，加热器表面温度不得超过120℃，停止油循环时加热器表面温度不得超过66℃。

④冷却器单独循环，伺服阀、轴承等敏感部件走旁路。

⑤工作油冲洗时油温最好控制在60～70℃。

⑥换油后，提取油样全面化验，与桶中新油对比。

4．结论

对于燃汽轮机的润滑油品质建议定期进行分析试验，特别对要用作液压油的润滑油，要进行旋转氧弹试验和Millipore油泥含量分析。

当油泥含量达到5mg/100mL时，应及时换油，否则油泥生成速率会加快，给液压控制件带来威胁。

由于润滑油不可避免接触高温介质和高温部件，容易发生氧化，加剧了油泥的析出，从而不适合用作液压油。

因此，建议燃气轮机设计中考虑将润滑油与液压油分开，从而避免液压油接触高温部件或介质，并且换油时，换油量也可相对小些。

燃气轮机

　　概述

　　1791年，英国人巴伯首次描述了燃气轮机的工作过程;

1872年，德国人施托尔策设计了一台燃气轮机，并于1900～1904年进行了试验，但因始终未能脱开起动机独立运行而失败;

1905年，法国人勒梅尔和阿芒戈制成第一台能输出功的燃气轮机，但效率太低，因而未获得实用。

　　1920年，德国人霍尔茨瓦特制成第一台实用的燃气轮机，其效率为13%、功率为370千瓦，按等容加热循环工作，但因等容加热循环以断续爆燃的方式加热，存在许多重大缺点而被人们放弃。

　　随着空气动力学的发展，人们掌握了压气机叶片中气体扩压流动的特点，解决了设计高效率轴流式压气机的问题，因而在30年代中期出现了效率达85%的轴流式压气机。

与此同时，涡轮效率也有了提高。

在高温材料方面，出现了能承受600℃以上高温的铬镍合金钢等耐热钢，因而能采用较高的燃气初温，于是等压加热循环的燃气轮机终于得到成功的应用。

　　1939年，在瑞士制成了四兆瓦发电用燃气轮机，效率达18%。

同年，在德国制造的喷气式飞机试飞成功，从此燃气轮机进入了实用阶段，并开始迅速发展。

　　随着高温材料的不断进展，以及涡轮采用冷却叶片并不断提高冷却效果，燃气初温逐步提高，使燃气轮机效率不断提高。

单机功率也不断增大，在70年代中期出现了数种100兆瓦级的燃气轮机，最高能达到130兆瓦。

　　与此同时，燃气轮机的应用领域不断扩大。

1941年瑞士制造的第一辆燃气轮机机车通过了试验;

1947年，英国制造的第一艘装备燃气轮机的舰艇下水，它以1.86兆瓦的燃气轮机作加力动力;

1950年，英国制成第一辆燃气轮机汽车。

此后，燃气轮机在更多的部门中获得应用。

　　在燃气轮机获得广泛应用的同时，还出现了燃气轮机与其他热机相结合的复合装置。

最早出现的是与活塞式内燃机相结合的装置;

50～60年代，出现了以自由活塞发气机与燃气轮机组成的自由活塞燃气轮机装置，但由于笨重和系统较复杂，到70年代就停止了生产。

此外，还发展了柴油机燃气轮机复合装置;

另有一类利用燃气轮机排气热量供热（或蒸汽）的全能量系统，可有效地节约能源，已用于多种工业生产中。

　　燃气轮机的工作过程是，压气机（即压缩机）连续地从大气中吸入空气并将其压缩;

压缩后的空气进入燃烧室，与喷入的燃料混合后燃烧，成为高温燃气，随即流入燃气涡轮中膨胀作功，推动涡轮叶轮带着压气机叶轮一起旋转;

加热后的高温燃气的作功能力显著提高，因而燃气涡轮在带动压气机的同时，尚有余功作为燃气轮机的输出机械功。

燃气轮机由静止起动时，需用起动机带着旋转，待加速到能独立运行后，起动机才脱开。

　　燃气轮机的工作过程是最简单的，称为简单循环;

此外，还有回热循环和复杂循环。

燃气轮机的工质来自大气，最后又排至大气，是开式循环;

此外，还有工质被封闭循环使用的闭式循环。

燃气轮机与其他热机相结合的称为复合循环装置。

　　燃气初温和压气机的压缩比，是影响燃气轮机效率的两个主要因素。

提高燃气初温，并相应提高压缩比，可使燃气轮机效率显著提高。

70年代末，压缩比最高达到31;

工业和船用燃气轮机的燃气初温最高达1200℃左右，航空燃气轮机的超过1350℃。

　　燃气轮机由压气机、燃烧室和燃气涡轮等组成。

压气机有轴流式和离心式两种，轴流式压气机效率较高，适用于大流量的场合。

在小流量时，轴流式压气机因后面几级叶片很短，效率低于离心式。

功率为数兆瓦的燃气轮机中，有些压气机采用轴流式加一个离心式作末级，因而在达到较高效率的同时又缩短了轴向长度。

　　燃烧室和涡轮不仅工作温度高，而且还承受燃气轮机在起动和停机时，因温度剧烈变化引起的热冲击，工作条件恶劣，故它们是决定燃气轮机寿命的关键部件。

为确保有足够的寿命，这两大部件中工作条件最差的零件如火焰筒和叶片等，须用镍基和钴基合金等高温材料制造，同时还须用空气冷却来降低工作温度。

　　对于一台燃气轮机来说，除了主要部件外还必须有完善的调节保安系统，此外还需要配备良好的附属系统和设备，包括：

起动装置、燃料系统、润滑系统、空气滤清器、进气和排气消声器等。

　　燃气轮机有重型和轻型两类。

重型的零件较为厚重，大修周期长，寿命可达10万小时以上。

轻型的结构紧凑而轻，所用材料一般较好，其中以航机的结构为最紧凑、最轻，但寿命较短。

　　与活塞式内燃机和蒸汽动力装置相比较，燃气轮机的主要优点是小而轻。

单位功率的质量，重型燃气轮机一般为2～5千克/千瓦，而航机一般低于0.2千克/千瓦。

燃气轮机占地面积小，当用于车、船等运输机械时，既可节省空间，也可装备功率更大的燃气轮机以提高车、船速度。

燃气轮机的主要缺点是效率不够高，在部分负荷下效率下降快，空载时的燃料消耗量高。

　　不同的应用部门，对燃气轮机的要求和使用状况也不相同。

功率在10兆瓦以上的燃气轮机多数用于发电，而30～40兆瓦以上的几乎全部用于发电。

　　燃气轮机发电机组能在无外界电源的情况下迅速起动，机动性好，在电网中用它带动尖峰负荷和作为紧急备用，能较好地保障电网的安全运行，所以应用广泛。

在汽车（或拖车）电站和列车电站等移动电站中，燃气轮机因其轻小，应用也很广泛。

此外，还有不少利用燃气轮机的便携电源，功率最小的在10千瓦以下。

　　燃气轮机的未来发展趋势是提高效率、采用高温陶瓷材料、利用核能和发展燃煤技术。

提高效率的关键是提高燃气初温，即改进涡轮叶片的冷却技术，研制能耐更高温度的高温材料。

其次是提高压缩比，研制级数更少而压缩比更高的压气机。

再次是提高各个部件的效率。

　　高温陶瓷材料能在1360℃以上的高温下工作，用它来做涡轮叶片和燃烧室的火焰筒等高温零件时，就能在不用空气冷却的情况下大大提高燃气初温，从而较大地提高燃气轮机效率。

适于燃气轮机的高温陶瓷材料有氮化硅和碳化硅等。

　　全球燃气轮机市场份额

　　目前，全世界从事燃气轮机研究、设计、生产、销售的著名企业有28家，全世界使用的工业燃气轮机约有5万台，而且全球的燃机市场几乎被欧美公司所垄断。

　　由于不同的历史背景，燃气轮机不同技术道路发展，一条以罗罗、普惠、GE为代表的航空发动机公司用航空发动机改型而形成的工业和船用航改轻型燃气轮机（俗称“航改机”）;

一条是以西门子、ABB、GE公司为代表，遵循传统的蒸汽轮机理念发展起来的工业重型燃气轮机（俗称“工业机”），主要用于机械驱动和大型电站。

世界范围内市场主要被GE公司、西门子/西屋、阿尔斯通/ABB、索拉公司、罗罗公司、三菱和俄罗斯的企业瓜分。

　　我国燃气轮机工业概况

　　我国解放前没有燃气轮机工业，解放后全国各地试制过十几种型号的陆海空用途的燃气轮机。

1956年我国制造的第一批喷气式飞机试飞，1958年起又有不少工厂设计试制过各种燃气轮机。

　　1962年上海汽轮机厂试制船用燃气轮机，1964年与上海船厂合作制成550KW燃气轮机，1965年制成6000KW列车电站燃气轮机，1971年制成3000KW卡车电站。

在这期间还与703研究所合作制造了3295KW、4410KW、18380KW等几种船用燃气轮机。

　　1969年哈尔滨汽轮机厂制成2200KW机车燃气轮机和1000KW自由活塞式燃气轮机，1973年与703研究所合作制成4410KW船用燃气轮机，与长春机车车辆厂合作制成3295KW机车燃气轮机。

　　1964年南京汽轮电机厂制成1500KW电站燃气轮机;

1970年制成37KW泵用燃气轮机;

1972年制成1000KW电站燃气轮机;

1977年制成21700KW快装式电站燃气轮机;

1984年与GE公司合作生产了PG6541B型36000KW燃气轮机;

从1984年至2004年已生产了PG6541B型、PG6551B型、PG6561B型、PG6581B型四种型号燃气轮机，功率由36000KW上升到现在的43660KW。

2003年国家发改委决定南京汽轮电机集团有限责任公司与GE公司进一步扩大合作生产范围，在南京汽轮电机集团有限责任公司生产S209E型燃气-蒸汽联合循环发电装置中的燃气轮机、汽轮机和发电机。

　　1978年东方汽轮机厂制成6000KW燃气轮机;

1972年杭州汽轮机厂制成200KW燃气轮机;

1972年青岛汽轮机厂制成1500KW卡车电站燃气轮机。

　　2003国家发改委决定在秦皇岛建一座燃气轮机生产基地，与美国GE公司合作生产MS9001FA型燃气轮机。

该生产基地隶属于哈电集团，与哈尔滨汽轮机厂、哈尔滨电机厂共同生产S109FA-SS型燃气-蒸汽联合循环发电设备。

2004年8月在秦皇岛组装的第一台MS9001FA型燃气轮机已发运到杭州半山电厂。

　　工作原理

压缩后的空气进入燃烧室，与喷入的燃料混合后燃烧，成为高温燃气，随即流入燃气涡轮中膨胀做功，推动涡轮叶轮带着压气机叶轮一起旋转;

　　内部结构

　　按闭式循环工作的装置能利用核能，它用高温气冷反应堆作为加热器，反应堆的冷却剂（氦或氮等）同时作为压气机和涡轮的工质。

　　燃气轮机润滑油系统（上）

　　燃气轮机润滑油系统是任何一台燃气轮机必备的一个重要的辅助系统。

它的作用是在机组启动、正常运行以及停机过程中，向正在运行的燃气轮机发电机组的各个轴承、传动装置及其附属设备，供应数量充足的、温度和压力合适的、干净的润滑油，以确保机组安全可靠地运行，防止发生轴承烧毁、转子轴颈过热弯曲、高速齿轮法兰变形等事故。

此外，部份润滑油可能从系统分流出来，成为液压油系统的油源，或经过滤后作为控制油系统的用油。

　　联合循环发电装置的润滑油系统有几种不同的配置，对于单轴机组，燃气轮机与汽轮机共用一套润滑油系统;

对于多轴机组，燃气轮发电机组与汽轮发电机组可以共用一套润滑油系统，也可以各自单设一套润滑油系统，这要视机组的总体布置而定，不过，由于电站分期建设的需要，大多数多轴机组采取各自单设一套的方式;

还有一种航空衍生型的燃气轮机，由于燃气初温很高，其燃气发生器要求使用品质更高的润滑油，因此燃气发生器单独设一套润滑油系统，而动力涡轮与发电机另设一套，前者用合成油，后者用矿物油。

　　单就润滑油系统而言，不管是共用系统还是分设系统，其设计原理是一样的。

整个润滑油系统的组成应包括下列一些设备：

　　1.润滑油箱

　　润滑油箱可设在机组的一个或几个底盘内，也可以设计成单独的容器。

当油箱由几个容器组成时，应在它们之间用管道连通以平衡油箱内的压力。

油箱除了起贮油的作用外，还担负着分离空气、水分和各种机械杂质的任务。

油箱中油流速度应尽量缓慢，回油管应布置在接近油箱的油面，以利于油层内空气逸出。

油箱的容量越大，越有利于空气、水分和各种杂质的分离。

通常用循环倍率K（全部润滑油每小时通过油箱的次数）表示系统容积的相对情况，以Q表示系统的每小时油的容积流量，V表示系统的容积（油箱+管路），循环倍率K=Q/V。

通常规定K=8～10，最大不超过12。

这是为了使从系统回来的润滑油，有足够的时间将其夹带的空气、水分分离掉。

不过，为了结构紧凑，避免因油箱体积过大而使设备笨重，多数机组油箱容量偏小，这迫使用户要选择分水性能更好和空气释放值较小的润滑油。

　　2.主润滑油泵

　　这是机组正常运行时的工作油泵，可以由主机通过辅助齿轮驱动，也可以由交流电动机驱动，大型机组为了简化结构多采用电动。

油泵的容量根据系统总的用油量、调节阀门溢流量和管路的泄漏量决定。

主油泵常用的有齿轮泵和螺杆泵，也可以是离心泵。

　　3.辅助润滑油泵

　　这是机组启动和停机时的工作油泵，或在主油泵出故障时投入使用，通常由交流电动机驱动。

此泵多采用浸入式离心泵。

其压力和容量一般和主油泵相同或稍微高一些。

　　4.应急润滑油泵

　　该泵在停机时因辅助润滑油泵故障而投入，或因失去交流电源而投入，或因主、辅泵都不能工作机组紧急停机而投入。

由于应急泵只在故障时工作，其压力和容量一般较小。

也有的润滑油系统用高位油箱代替应急油泵。

　　润滑油流过各润滑点（轴承、齿轮等）后温度上升14～33℃（配备减速齿轮时温升可达33℃），因此，从系统回来的润滑油必须冷却以保证合适的供油温度。

目前应用较为广泛的仍然是管式冷油器。

常用的冷却方式为水冷，其次是气冷，气冷的优点是不需要冷却水，可在缺水地区使用，但由于空气的传热系数比水的要低得多，因此空冷式冷油器体积相对要庞大得多。

在采用水冷方式时，常常设置两个并联的可切换的冷油器。

　　主润滑油滤多采用两个并联的可切换的滤油器。

主油滤应设置在冷油器的下游。

　　除上述的设备之外，润滑油系统还需要有阀门、孔板、温度开关、压力开关、油箱液位指示器、润滑油加热器等各种组件和设施，以保证系统正常、安全、可靠地工作。

　　燃气轮机的润滑油系统（下）

　　为保证对燃气轮机及其驱动的设备提供良好的润滑，除了有设计完善的润滑油系统外，选择性能优越的润滑油也是一个重要因素。

早期燃气轮机由于涡轮进口温度不是很高，其所用的润滑油基本与汽轮机用油一致，但随着涡轮进口温度的不断提高，燃气轮机对润滑油质量指标的侧重点与汽轮机的侧重点明显不同，燃气轮机强调的是油的高温抗氧化性能，而汽轮机则看重油的抗乳化性能（分水性能）。

目前，不少厂商正在研制上述两种性能均优的联合循环用油，特别是同一润滑油系统的单轴机组的用油。

润滑油为基础油添加防锈、防腐、抗氧化等各种添加剂后的制成品。

基础油可以是矿物油，也可以是合成油。

由于合成油纯度高，其性能及使用寿命均优于矿物油，但价格一般为矿物油的2～3倍。

评价润滑油优劣的性能指标有油的物理性能、表面性能和氧化性能三个方面，对此燃气轮机制造厂商会提出选择建议。

　　&

对润滑油的要求，原则上有下列几个方面：

　　1.要求适应轴承、齿轮装置等的启动、加速、满转速及超速等各种工况所需要的润滑油性能。

　　2.要求适应液压系统如油缸、伺服阀等所需要的液压油性能。

　　3.热传递油性能。

能把轴承、齿轮装置等各种热表面的热量吸收，并将其传输给润滑油换热器（冷油器）。

　　4.在一定温度和压力下工作、静止或贮存状态都具有稳定的物理性能、表面性能和氧化性能。

　　5.能适应润滑系统中及其他用油系统中的各种机械材料，并能保护材料不受腐蚀。

　　6.具有自动排除空气和水等污染物的性能。

　　7.具有一定的抗燃能力等。

　　在选择润滑油时，