06第六章 汽轮机润滑油系统.docx
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06第六章汽轮机润滑油系统
第1章汽轮机润滑油系统
1.1.润滑油系统
1.1.1.概述
汽轮发电机组是高速运转的大型机械，其支持轴承和推力轴承需要大量的油来润滑和冷却，因此汽轮机必须有供油系统用于保证上述装置的正常工作。
供油的任何中断，即使是短时间的中断，都将会引起严重的设备损坏。
润滑油系统和调节油系统为两个各自独立的系统，润滑油的工作介质采用ISOVG32透平油，相当于国标GB11120-89号透平油。
对于高参数的大容量机组，由于蒸汽参数高，单机容量大，故对油动机开启蒸汽阀门的提升力要求也就大。
调节油系统与润滑油系统分开并采用抗然油以后，就可以提高调节系统的油压，从而使油动机的结构尺寸变小，耗油量减少，油动机活塞的惯性和动作过程中的摩擦变小，从而改善调节系统的工作性能，但由于抗燃油价格昂贵，且具有轻微毒性，并且润滑油系统需要很大油量，故采用分开的系统，将润滑油系统采用普通的透平油是恰当的。
润滑油系统的主要任务是向汽论发电机组的各轴承（包括支承轴承和推力轴承）、盘车装置提供合格的润滑、冷却油。
在汽轮机组静止状态，投入顶轴油，在各个轴颈底部建立油膜，托起轴颈，使盘车顺利盘动转子；机组正常运行是润滑油在轴承中要形成稳定的油膜，以维持转子的良好旋转；其次，转子的热传导、表面摩檫以及油涡流会产生相当大的热量，为了始终保持油温合适，就需要一部分油量来进行换热。
另外，润滑油还为主机盘车系统、顶轴油系统、发电机密封油系统提供稳定可靠的油源。
1.1.2.设备规范
序号
名称
单位
数值
采用的油牌号、油质标准
ISOVG32，GB11120-89
系统需油量
m3
306.60
轴承油循环倍率
10.8
轴承油压
Mpa（g）
0.176
1.
组合油箱
型式
集装油箱
容量
m3
38
外形尺寸（长×宽×高）
mm×mm×mm
7250×3400×2300
设计压力
Mpa（g）
0.1
材料
Q235-B
油箱重量
kg
21020
回油流量
m3/h
250.000
2.
主油泵
型式
主轴驱动离心泵
制造厂
进口
容量
m3/h
378（331128kg/h）
出口压力
Mpa（g）
1.55
入口压力
Mpa（g）
0.128
材料：
壳体
铸钢
轴
叶轮
总重
kg
250
3.
电加热器
功率
Kw
7x15
电压
V
AC380
4.
冷油器
型式
板式
制造厂
瑞典ALFALAVAL/丹麦SWPE/日本HISAKAWORKS
数量
台
1+1
冷却面积
M2
344.4
冷却水入口设计温度
℃
38
出口油温
℃
45
冷却水流量
m3/h
510
油量
m3/h
371
管阻
Mpa（g）
（无数据）
设计压力：
Mpa（g）
水侧
Mpa（g）
>0.69
油侧
Mpa（g）
>0.49
设计温度：
℃
管侧
℃
80
壳侧
℃
80
材料：
冷却板
不锈钢
壳体
20g
水室
20g
每台总重
kg
5.
交流启动泵（MSP）
型式
离心式
制造厂
成都泵类研究所
数量
台
1
容量
m3/h
378
出口压力
Mpa（g）
0.2
转速
r/min
1500
材料：
外壳
铸钢
轴
碳钢
叶轮
铸钢
6.
交流启动泵电动机
型式
YB225M-4
功率
Kw
45
电压
V
AC380
转速
r/min
1500
总重
kg
1380
7.
交流辅助油泵（TOP）
型式
离心式
制造厂
成都泵类研究所
数量
台
1
容量
m3/h
281.1
出口压力
Mpa（g）
0.3
转速
r/min
3000
材料：
外壳
铸钢
轴
碳钢
叶轮
铸钢
8.
交流辅助油泵电动机
型式
YB250M-2
功率
Kw
55
电压
V
AC380
转速
r/min
3000
总重
kg
1100
9.
直流事故油泵
型式
离心式
制造厂
成都泵类研究所
数量
台
1
容量
m3/h
229.2
出口压力
Mpa（g）
0.28
转速
r/min
1750
材料：
泵壳
铸钢
轴
碳钢
叶轮
铸钢
10.
直流事故油泵电动机
型式
Z2-82
功率
Kw
37
电压
V
DC220
转速
r/min
1750
总重
kg
1115
11.
主油箱排油烟机
型式
B9-19-4.5/防爆式
制造厂
成都风机厂/北京蓝爱迪
数量
台
1＋1
容量
m3/h
1174～2817
12.
主油箱排烟风机电动机：
型式
YB132S1-2
容量
Kw
5.5
电压
V
AC380
转速
r/min
3000
总重
kg
150
13.
切换阀
型式
筒状板式
公称直径
mm
250
工作压力
MPa
0.6
最大工作温度
℃
80
表06-01润滑油系统设备规范
1.1.3.润滑油系统的类型
供油系统按设备与管道布置方式的不同，可分为集装供油系统和分散供油系统两类。
1.集中供油系统
集装供油系统将高、低压交流油泵和直流油泵集中布置在油箱顶上且油管路采用套装管路即系统回油作为外管，其它供油管安装再该管内部。
这种系统的主要优、缺点如下：
油泵集中布置，便于检查维护及现场设备管理；套装油管可以防止压力油管跑油，发生火灾事故和造成损失；套装油管检修困难。
由于具有以上特点，被广泛应用在大机组上。
2.分散供油系统
分散供油系统各设备分别安装在各自的基础上，管路分散安装。
这种系统的缺点如下：
占地面积大；压力油管外漏，容易发生漏油着火事故。
由于以上缺点，在现代大机组中已很少使用这种供油系统。
1.1.4.润滑油系统流程
汽轮机润滑油系统采用了主机转子驱动的离心式主油泵（MOP）系统。
在正常运行中，主油泵的高压排油（1.55MPa（g））流至主油箱去驱动油箱内的油涡轮增压泵（BOOSTEROILPUMP），增压泵的从油箱中吸取润滑油升压后供给主油泵，而高压排油做功后压力随即降低，作为润滑油进入冷油器，换热后以一定的油温供给汽轮机各轴承、盘车装置、顶轴油系统、密封油系统等用户（见图06-1）。
在启动时，当汽轮机的转速达到约90%额定转速前，主油泵的排油压力较低，无法驱动升压泵，主油泵入口油量不足，为安全起见，应启动交流启动油泵（MSP）向主油泵供油，启动交流辅助油泵（TOP）向各润滑油用户供油。
另外，系统还设置了直流事故油泵（EOP），作为紧急备用。
图06-1
润滑油系统流程图
1.1.5.主要设备介绍
1.主油泵
主油泵为单级双吸离心式油泵，安装于前轴承箱内，直接与汽轮机主轴（高压转子延伸小轴）联接，由汽机转子直接驱动。
主油泵出口油为动力油驱动升压泵向主油泵供油，动力油做功压力降低后向轴承等设备提供润滑油。
调节油涡轮的节流阀、旁通阀和溢油阀，使主油泵抽吸油压力在0.098～0.147MPa之间，保证轴承进油管处的压力在0.137～0.176MPa。
（见图06-2）
图06-2主油泵
2.集装油箱
随着机组容量的增大，油系统中用油量随之增加，油箱的容积也越来越大，为了使油系统设备布置紧凑和安装、运行、维护方便油箱采用集装方式，将油系统中的大量设备如辅助油泵（TOP）、事故油泵（EOP），启动油泵（MSP）,油涡轮（BOP），油烟分离装置，切换阀，油位指示器，电加热器等集中在一起，布置在油箱内方便运行、监视，简化电站布置，便于防火，增加了机组供油系统运行的安全可靠性。
油箱容量38m3，正常运行时油箱油容量~36m3，，油箱容量的大小，考虑在当厂用交流电失电的同时冷油器断冷却水的情况下，仍能保证机组安全惰走停机，此时，润滑油箱中的油温不超过75℃，并保证安全的循环倍率。
集装油箱（见图06-3、06-4）是由钢板、工字钢等型材焊制而成的矩形容器，为了承受油箱自重和油箱内油及设备的重量，底部焊有支持板，外侧面和外端面焊有加强肋板，盖板内侧面也焊有工字钢以加强钢度，保证箱盖上的设备正常运行。
油箱顶部四周设有手扶栏杆。
油箱装有一台启动油泵（MSP），一台辅助油泵（TOP），一台直流油泵（EOP）,油箱的油位高度可以使三台油泵吸入口浸入油面下并具有足够深度，保证油泵足够的吸入高度，防止油泵吸空气蚀。
紧靠直流油泵右侧有一人孔盖板，盖板下箱内壁上设有人梯，便于检修人员维修设备。
人孔盖板右侧油箱顶部是套装油管接口，此套装油管路分两路：
一路为去前轴承箱套装油管路、另一路为去后轴承箱及电机轴承套装油管路，避免了套管中各管的相互扭曲，使得油流通畅，油阻损失小。
套装油管接口前是滤网盖板，盖板下的油箱内装有活动式滤网，滤网可以定期抽出清洗、更换。
这样，经回油管排回油箱的油从油箱顶部套装油管回油口流回油箱，在油箱内经箱壁、挡板、内管消能后，流向滤网这样可使回油造成的扰动较小，由回油携带的空气、杂质经过较长的回油路程，能充分地从油中分离出来，保证油质具有优良的品质。
在油箱顶部装有一套油烟分离装置，包括二台全容量、互为备用的交流电动机驱动的抽油烟机和一套油烟分离器，两者合为一体，排烟口朝上，用来抽出油箱内的烟气，对油烟进行分离，油流则沿油烟分离器内部管壁返回到油箱。
在油箱上装有一套（6支）电加热器及3支双支铠装铂电阻，当油温低于10℃（20）时，启动电加热器，将油温加热至40℃（35），再启动油泵。
为便于监视油箱的油位在油箱顶部装有一只超声波液位指示器。
为控制两台冷油器的起停在油箱上还装有一台切换阀。
在油箱内部装有油涡轮（BOP）、内部管系，管系上装有单舌止回阀。
在油箱侧部及端部开设了连接其他油系统设备的各种接口及事故排污口,油箱溢油口,冲洗装置接口等。
油箱盖上开设了有关的测压孔,用来联接其上的控制仪表柜上的各接口。
仪表柜安装于现场，监视并控制油系统及各设备运行情况。
油箱盖上的人孔盖板为推拉式，以方便维修人员进入油箱检修。
集装油箱简图1
集装油箱简图2
3.冷油器
润滑油要从轴承摩檫和转子传导中吸收大量的热量。
为保持油温合适，需用冷油器来排出油中的这些热量。
油系统中设有两台100％板式冷油器，设计为一台运行，一台备用。
每台根据汽轮发电机在设计冷却水温度（38℃）、面积余量为5％情况下的最大负荷设计。
油路为并联，用了一个特殊的切换阀进行切换，因而可在不停机的情况下对其中一个冷油器进行清理。
它以循环水作为冷却介质，带走润滑油的热量，保证进入轴承的油温为40~46℃。
（冷油器出口油温为45℃）。
板式冷油器（见图06-5）采用换热波纹板叠装于上下导杆之间构成主换热元件。
导杆一端和固定压紧板采用螺丝连接，另一端穿过活动压紧板开槽口。
压紧板四周采用压紧螺杆和螺母把压紧板和换热波纹板压紧固定。
冷却水和润滑油采用纯逆流换热，（见图06-6））左侧红色流体为热流体润滑油，右侧蓝色流体为冷流体循环水。
两两换热波纹板之间构成流体介质通道层，作为换热元件的波纹板一侧是冷却循环水另一侧润滑油，构成油水的换热通道层交错布置（见图06-7），压紧板和波纹板之间不通换热介质。
油（或水）通道层的水进出口周围的两片波纹板之间采用密封垫密封，防止油（或水）进入水通道和冷却器外，两个波纹板之间的油通道（或水通道）采用密封垫密封构成完整封闭的油通道层（或水通道层）并防止油（或水）泄漏到冷却器外。
板式冷油器可以做成有多介质多流程，本文只介绍下图所示的双介质双流程的板式冷油器。
图06-3板式冷油器
图06-4
板式冷油器结构分解图2
图06-5板式冷油器工作原理图3
板式冷油器特点：
1）传热效率高
板片波纹的设计以高度的薄膜导热系数为目标，板片波纹所形成的特殊流道（见图06-8）使流体在极低的流速下即可发生强烈的扰动流（湍流），扰动流又有自净效应以防止污垢生成因而传热效率很高。
图06-6波纹板
2）一般地说，板式换热器的传热系数K值在3000～6000W/m2.oC范围内。
这就表明，板式换热器只需要管壳式换热器面积的1/2～1/4即可达到同样的换热效果。
3）使用安全可靠
在板片之间的密封装置上设计了2道密封，同时又设有信号孔，一旦发生泄漏，可将其排出冷油器外部（见图06-9），即防止了二种介质相混，又起到了安全报警的作用。
图06-7波纹板的密封
4）结构紧凑，占地小，易维护
板式冷油器的结构极为紧凑，在传热量相等的条件下，所占空间仅为管壳式的1/2～1/3。
并且不像管壳式那样需要预留出很大的空间用来拉出管束检修。
而板式换热器只需要松开夹紧螺杆，即可在原空间范围内100%地接触倒换热板的表面，且拆装很方便。
5）阻力损失少
在相同传热系数的条件下，板式冷油器通过合理的选择流速，阻力损失可控制在管壳式换热器的1/3范围内。
6）热损失小
因结构紧凑和体积小，换热器的外表面积也很小，因而热损失也很小，通常设备不再需要保温。
7）冷却水量小
板式冷油器由于其流道的几何形状所致，二种液体有很高的传热效率，故可使冷却水用量大为降低。
反过来又降低了管道，阀门和泵的安装费用。
8）经济性高
在相同传热量的前提下，板式冷油器与管壳式冷油器相比较，由于换热面积，占地面积，流体阻力，冷却水用量等项目数值的减少，使得设备投资、基建投资、动力消耗等费用大大降低，特别是当需要采用昂贵的材料时，由于效率高和板材薄，设备更显经济。
9）随机应变
由于换热板容易拆卸，通过调节换热板的数目或者变更流程就可以得到最合适的传热效果和容量。
只要利用换热器中间架，换热板部件就可有多种独特的机能。
这样就为用户提供了随时可变更处理量和改变传热系数K值或者增加新机能的可能。
10）有利于低温热源的利用
由于两种介质几乎是全逆流流动，有很高的传热效果，板式换热器两种介质的最小温差可达到1oC。
用它来回收低温余热或利用低温热源都是最理想的设备。
图06-8板式冷油器
4.排烟装置
汽轮机润滑油系统在运行中会形成一定油汽，主要聚积在轴承箱、前箱、回油管道和主油箱油面以上的空间，如果油汽积聚过多，将使轴承箱等内部压力升高，油烟渗过挡油环外溢。
为此，系统中设有两台排烟装置，安装在集装油箱盖上，它将排烟风机与油烟分离器合为一体。
该装置使汽轮机的回油系统及各轴承箱回油腔室内形成微负压，以保证回油通畅，并对系统中产生的油烟混合物进行分离，将烟气排出，将油滴送回油箱，减少对环境的污染，保证油系统安全、可靠；同时为了防止各轴承箱腔室内负压过高、汽轮机轴封漏汽窜入轴承箱内造成油中进水，在排烟装置上设计了一套风门，用以控制排烟量，使轴承箱内的负压维持在1kPa。
5.切换阀
切换阀为筒状板式结构，安装于集装油箱之内。
汽轮机润滑油供油系统，冷油器选用100%备用容量，采用切换阀作为两台冷油器之间的切换设备，它具有操作简便,不会由于误动作，造成润滑油系统断油的特点。
当运行着的冷油器结垢较严重，使冷油器出口油温偏高时，可以通过高速切换阀的切换位置，启动另一台冷油器；当冷油器的进、出口冷却水温超过设计值，而冷油器的出口油温超过最高允许温度时，还可通过高速切换阀的工作位置，使两台冷油器同时投运，满足系统供油要求。
切换阀由阀体、阀芯、压紧板手、手柄、密封架、止动块等零部件组成，（切换阀的外型见图06-11）。
润滑油从切换阀下部入口进入，由下部两侧出来，经冷油器冷却后，进入切换阀上部两侧，由切换阀上部出口进入轴承润滑油供油母管，阀芯所处的位置，决定了相应的冷油器投入状况，切换阀换向前，必须先开启安装在冷油器回油管道上连通管道的注油阀将备用冷油器充满油（防止在切换过程中，润滑油带气使轴承断油），然后松动压紧板手柄，才能搬动手柄，进行切换操作，在切换阀内，密封架上设置了止动块，用以限制阀芯的转动，当手柄搬不动时，表明切换阀已处于切换后的正常位置，此时应压紧板手，使阀芯、手柄不得随意转动，当需要两台冷油器同时投入工作时，应将换向手柄搬到两面三刀极限位置的中间处，这样，润滑油可经阀芯分别进入两台冷油器。
壳体下端有一螺塞为放油孔，解体前，应先取下此螺塞，将切换阀内存油放净。
切换阀的维护应以清除污垢，检查严密性为主，拆下手柄，压紧板手和密封架即可检修维护。
切换阀简图
6.电加热器
在集装油箱中安装有6个电加热器，总功率为90kW，电压~220V。
若机组启动前，油温低于10℃，则投入电加热器，待油温升至40℃时，则退出电加热器。
电加热器有热电偶控制其表面温度，当表面温度高于150℃时应停止加热，温度降到100℃后继续加热。
7.油涡轮增压泵
油涡轮增压泵起到注油器的作用，它是由油涡轮和离心增压泵组成的复合装置。
来自主油泵出口高压油为动力油经节流阀供到油涡轮的喷嘴，喷嘴后的高速油流在动叶通道中转向、降速，动能转变成叶轮的机械能，驱动增压泵旋转，主油箱的油经过虑网由增压泵增压供至主油泵入口。
动力油做功压力降低后和来自旁路阀的补充油混合，向轴承等设备提供润滑油。
节流阀主要控制油涡轮的驱动功率，开度增加，驱动功率上升，叶轮转速升高，增压泵出口的油压上升。
旁路阀和溢流阀用来调整润滑油系统油量和油压，当油涡轮的排油不能满足润滑油系统所要求的流量时，通过旁路阀直接向系统供油；溢流阀控制最后的润滑油压。
机组首次冲转到3000rpm后，须对上述三个阀门进行配合调整，使主油泵抽吸油压力在0.098～0.147MPa之间，保证轴承进油管处的压力在0.137～0.176MPa，即保证有足够的压力油进入油涡轮，以保证主油泵进口所需的油压，又能保证有足够的油量向润滑油系统供油。
图06-9油涡轮增压泵结构简图
8.启动油泵MSP、辅助油泵TOP、事故油泵EOP
交直流油泵均为立式离心泵，驱动电机安装于主油箱顶部，通过挠性联轴器与泵轴相连。
电机支座上的推力轴承承受全部液动推力和转子重量。
油泵浸没在最低油位线以下，因而油泵随时处于可启动状态。
交流辅助油泵在汽轮机组启动、停机及事故工况时向系统提供润滑油。
在机组盘车、冲转前必须投入运行，建立正常油压，当机组升到90％额定转速，主油泵已能满足润滑油系统的全部供油需求，交流辅助油泵变可退出运行。
正常处于“自动”位置，当主油泵出口油压低于1.205Mpa或润滑油油压低于0.115Mpa时，交流辅助油泵自动投入运行。
它能向润滑油系统提供全部需油量。
交流辅助油泵出口压力0.3Mpa，流量281.1m3/h，驱动电机额定电压是AC380V，功率是55KW。
启动油泵用于机组启动过程中，机组转速低于3000r/min时,油涡轮无法正常工作，也无法向主油泵正常供油时，向主油泵入口提供油源。
油泵出口压力0.2Mpa，流量371m3/h，驱动电机额定电压是AC380V，功率是45KW。
事故油泵（EOP）该油泵在机组事故工况、系统供油装置无法满足需要或交流失电的情况下使用，提供保证机组顺利停机需要的润滑油。
当润滑油压力低于0.105MPa，自动联启事故油泵。
直流事故油泵出口压力0.28Mpa，流量229.2m3/h，驱动电机额定电压是AC380V，功率是37KW。
9.套装油管路
套装油管路是将高压油管路布置在低压回油管内的汽轮机供油回油组合式油管路，将各种压力油从集装油箱输往轴承箱及其它用油设备和系统；将轴承回油及其它用油设备和系统的排油输回到集装油箱。
套装油管路为一根大管内套若干根小管道的结构，小管道输送高压油、润滑油、主油泵吸入油，大、小管道之间的空间则作为回油管道。
这样，既能防止高压油泄露，增加机组运行的安全性，又能减少管道所占的空间，使管道布置简单、整齐。
同时也存在检修不便的问题。
（见图06-13～14）
套装油管路分为两路：
一路为去前轴承箱的套装油管路，另一路为去后轴承箱及电机轴承的套装油管路。
另外顶轴油管也采用套管结构，各顶轴油管从润滑油母管进到各轴承箱。
套装油管路主要由管道接头、套管、弯管组、分叉套管、接圈等零部件组成，在制造厂内将其分段做好，然后运到现场组装而成。
套装油管路中的小管道采用不交叉的排置形式，增加了套装油管的安全可靠性，保证了套装油管路的制造质量，并且利于安装。
该套装油管路在进轴承的各母管上设置有临时滤网冲洗装置，该装置仅用于进行管道冲洗时过滤管道中的杂质；在机组正常工作情况下，必须拆掉其中的滤网以利于油的流动。
本套装油管路从各轴承接出少量回油至窥视管中，以便于对各轴承回油油温和油质的监测。
套装油管路中的回油管的内表面和供油管的外表面涂有防腐涂料，防止这些表面锈蚀。
所有这些措施不仅提高了油管路的清洁度，而且防止了出现回油腔室堵油现象。
10.回油管道
本系统有2根回油母管，前轴承箱润滑油回油、后轴承箱润滑油各经一根Φ670×10和Φ610×10的回油母管回到油箱污油区。
顶轴装置的泄油回到油箱。
回油管朝油箱方向有一个逐步下降的坡度，斜度不小于1°，使管内回油呈半充满状态，以利各轴承箱内的油烟通过油面上的空间流到油箱，再经过排烟装置分离后，由风机排入大气。
（见图06-13～14）
发电机轴承回油经过油氢分离后，接入回油母管。
回油流回油箱污油区后，经过滤网过滤后，进入净油区。
在净油区设有超声波油位指示器，以观察油箱油位的变化。
如果油位在没有泄漏的情况下下降到最低油位，表明滤网不通畅，应立即清洗滤网。
图06-10
套装油管路图1
图06-11套装油管路图2
1.1.6.润滑油系统运行监视与调整
汽轮机首次启动或润滑油系统检修后应对以下项目进行整定，且应在汽轮机达到额定转速前完成，否则有可能因油压低造成汽轮机跳闸：
1）调节增压泵的驱动装置－油涡轮的流量节流阀来改变增压泵的抽吸能力，从而保证主油泵的进油稳定在一定压力，但同时会反向影响轴承润滑油的母管压力。
如增压泵排油压力增加，则轴承润滑油母管压力降低。
2）调节油涡轮的旁路阀可改变润滑油压力，如开大则压力增加，但增压泵会因驱动力下降而引起排油压力降低。
因此该项调节应和第1条结合进行。
3）轴承润滑油供油母管上装设了泄压阀，超压时通过泄掉多余的油量以维持油压的稳定，一般排放量为满载流量的25-50%。
为保证设备的安全运行，润滑油油温必须保持在一定范围内。
若油温太低，粘度会很大，润滑效果不好；若回油温度太高，由于氧化速度加快，油质会恶化。
轴承回油温度要限制在60－70℃，这样轴承内油温就不会超过75℃。
合适的回油温度就可通过调节进油量来获得，
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