1000MW机组给水泵汽轮机润滑油系统开发.pdf

第 3 9卷 第 3期 2 0 1 0年 9月 热 力透 平 THERM AL TURB I NE V0 1 3 9 NO 3 S ep t 2 01 0 I O 0 0 MW 机 组给水泵汽轮机 润滑油 系统开 发 郭 千文 ， 童宏仙 ， 夏候 恒 宇。 ， 吴建 中。 ( 1 上海交通大学机械与动力工程学院 ， 上海 2 0 0 0 3 0 ； 2 上海 电气电站设备 有限公 司上海汽轮 机厂 ， 上海 2 0 0 2 4 0 ) 摘要 ： 介绍 了 1 0 0 0 MW 机组给水 泵汽轮机润滑 油系统在 保证 系统安全 运行及 维持 润滑 油油质 方面采取 的 措施 ， 并阐述 了油箱模块封装等其他 主要技术特点 ， 可为 同类型机组润滑油 系统的开发提供借鉴 。 关键词 ： 给水 泵汽轮机 ； 油 系统 ； 安全运行 ； 油质 ； 模块 中图分类号 ： TK 2 6 4 1 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 6 7 2 5 5 4 9 ( 2 0 1 0 ) 0 3 0 1 6 3 0 3 De s i g n o f BFPT Lu b r i c a t i n g Oi l S y s t e m f o r I O 0 0 M W Cl a s s Un i t s GUO Qi a n we n ，TONG Ho n g xi a n。 ，XI A HOU He n g y u 。 ， U Ji a n z h o n g。 ( 1 Sc h ool of Me ch anic al En gi n e er i n g， Sh a n gh a i Jiao t o n g Univ er s i t y， Sh a n gh ai 2 00 0 30， Ch i n a； 2 Sh a n gh ai El e c t r i c Power Ge n er a t i o n Eq u i pmen t Co ，Lt dSh an gh ai Tu r bi n e Pl an t ，Sh a n gh ai 2 0 02 40， Chi n a) Ab s t r a c t A n u mb e r o f me a s u r e s ，wh i c h a r e a d o p t e d f o r I O 0 0 MW c l a s s B F PT l u b r i c a t i n g o i l s y s t e m t o e ns u r e t he s y s t e m S s a f e op e r a t i o n a n d mai n t a i n oi l qu a l i t y，ar e p r e s e nt e d And，s ome t e c hn i c a l c ha r a c t e r i s t i c s o f l u b r i c a t i n g o i l s y s t e m ，s u c h a s o i l mo d u l e ，a r e i n t r o d u c e d i n t h i s p a p e r t o p r o v i d e a r e f e r e n c e f o r t h e s a me t y pe of un i t Ke y wo r ds： BFPT；l ubr i c a t i n g o i l s y s t e m ；s a f e o pe r a t i on；o i l qu a l i t y；modu l e 润滑 油 系统 是 汽 轮机 的主 要 系统 之一 ， 其异 常直接 威胁 到汽 轮 机 设 备 的安 全 运 行 ， 严 重 时会 导致汽轮机烧瓦、 大轴弯曲、 转子动静摩擦甚至整 机 损坏 等恶性 事 故 的发 生 。实 际运 行 中 ， 因润 滑 油 系统故 障而被 迫停 机 的事情 常有 发生 。而停 运 润滑油系统常常受到汽轮机缸温、 盘车等诸多 因 素 的制约 ， 处理 时 间一 般较 长 ， 这 就 给业主 带来 较 大 的损失 1 。在 目前 油 系统 事 故 中 ， 油 系 统 能 否 安全运行及润滑油质的好坏等是影响油系统安全 的主要 因素 。 本 文 所 阐述 的 超超 临界 1 0 0 0 MW 系 列 给水 泵汽轮 机润 滑油 系统采 用新 的设计 理念 和模 块化 的设计 思维减 少 了系 统 的现 场 安 装 量 ， 提 高 了 系 统 的可 靠性及 可 维 护 性 ， 并 通过 控 制 切 换及 系统 整 体设计 对保 证油 系统 的安全 运行 及润滑 油 质 品 质等问题进行了探讨 。 1 系统概述 本 汽轮 机配 置 独立 的汽 轮 机 油供 油 系 统 ， 润 滑油 系统采 用模 块 集 装 式设 计 ， 油 箱 集 成 了 主油 泵 、 备用主油泵、 直流油泵 、 冷油器、 滤油器等 。所 有的油泵均为电动油泵， 主油泵和备用主油泵为 特性相同的 2台油泵， 汽轮机在正常运行时， 电动 主油泵 出 口油压 为 0 5 2 MP a ， 当 主油 泵 出 口油 压 降至 0 4 7 MP a时， 备用主油泵和直流油泵同时 自 动投 入 。从 主油 泵 出来 的油进入 两套并 联 的冷 油 器和 滤油 器 ， ( 冷 油器 与滤 油器 串联 ) ， 在 正 常运 行 时使用一套 ， 而另一套作为备用 ， 供本汽轮机和被 驱动 的给水 泵各 轴承 润 滑 之 用 ， 所 有 回油 汇 流 至 油箱。轴承进油通过节流阀节流后供 给， 供油压 力 0 1 O 1 5 MP a ， 油温为 4 6 5 2 。 为 了使主油泵和备用主油泵之间的切换运行 收稿 日期 ： 2 0 1 0 0 1 1 3 修订 日期 ： 2 0 1 0 0 2 0 3 作者简介 ： 郭千文( 1 9 8 4 ) ， 男 ， 2 0 0 6年毕业于华中科技大学。 助理工程师 ， 现攻读上海交通大学工程硕 士， 从 事汽轮机辅助 系统设计 开 发工作 。 | I I I 圜 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3期 I O 0 0 MW 机组给水泵汽轮机 润滑油系统开发 更趋安全可靠 ， 在电站布置中两主油泵的电源采 用两段母线供 电， 并且在油箱模块 中集成油泵切 换试验装置 ， 包括压力开关及试验 电磁 阀等并联 投入使用 ， 以提高切换的可靠性 。润滑油系统简 图见 图 1 。 热器热器热器 图 1 润滑油系统简化 图 2 确保 系统安全运行 的技术措施 2 1 油泵的 出 口压 力及启 动 时间 该汽 机的 润滑 油 系统 油 泵 采 用 电动 油 泵 ， 事 故工况时， 润滑油供油母管压力迅速降低 ， 为保证 油泵 的顺利 切 换 ， 此 时轴 承 供 油母 管 的压力 值 必 须高 于停机 值 。为 了解 决 这 一 问题 ， 一方 面需 适 当提高油泵出口压力 ， 保证切换裕度 ， 在超超临界 I O 0 0 MW 系列 给水泵 的 润 滑油 系 统 中 ， 主油 泵 出 口压 力 0 5 2 MP a ( 传统 的给水 泵 汽 轮机 主 油泵 的 出 口需 分一 路 油至 保 安 系统 ， 然 后 经 节流 孔 板 减 压后再 供 轴 承 用 油 ， 一 般 节 流 减 压 后 的 油 压 为 0 3 5 MP a ) ， 危 急 油 泵 出 口压 力 0 4 MP a ； 另 一 方 面， 主油泵事故时， 辅助油泵应迅速切换， 维持供 油压力 ， 然而 由于 电动机 的制造 工艺 限制 ， 辅 助 油 泵 的启 动时 间一般较 长 ， 超超 临 界 I O 0 0 MW 系 列 给水泵 的润 滑 油 系统 的辅 助油 泵 3 s内投 入 正 常 运行 。 2 2 油 泵的切 换控 制逻辑 事故工况时， 系统应作怎样的切换逻辑直接 关 系到系统 安 全 ， 本 系统 通 过设 置 以下 测点 及 切 换方式来维持供油压力 。主油泵事故工况时的切 换 曲线见 图 2 。 油泵 出 口压力 P 1 ： 用 于判 断油 泵是 否正 常 运 行 ， 根据油泵的性能 曲线确定。对于本系统 ， 当压 力 低 于 0 4 7 MP a 时 ， 辅助油 泵及 危急 油泵 同时 启 圈-一 麓 瓣 Pl t P 2 P3 器 力 力 图 2 主油 泵 事 故 工 况 时 的切 换 曲 线 动 ( 不 同于以往 系统 设 计 只 连锁 启 动 辅 助 油泵 ) ， 以求 迅速建 立 母 管压 力 。成 功 启 动并 投 运 后 ， 用 户需 手动关 闭危 急油泵 。 供 油母 管压力 P 2 ： 根 据轴 承最 低 润滑 油压 及 泵切换的压力空 间确定。在本系统中， 当 P 2小 于 0 3 5 MP a时 ， 即 认 为 电动 油泵 或 系统 出 现 问 题 ， 同时立即切换辅助油泵及危急油泵。 维 持系 统停机 值 P 3 ： 主要 用来 确保 机组 安 全 停机， 当供油母管压力低于此值时， 连锁开关直接 接 通危 急油泵 电源 ， 确保轴 承不 烧瓦 。 为提高可靠性 ， 新 系统在上述 P l 、 P 2 、 P 3入 口各设置 三通 试 验 电磁 阀 ， 打 开 相 应 电磁 阀 即触 发对 应 的控制 逻 辑 。机组 正 常 运 行 时 ， 运 行人 员 可通 过控 制 电磁 阀检验 系统 可靠性 。 2 3 危 急油泵 的接入 一 般而言， 油箱中的润滑油需通过冷却、 过滤 后方能供给轴承使用， 而危急状况时( 尤其当润滑 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 0 0 0 MW 机 组给水 泵汽 轮机 润滑 油系统开发 热力透 平 油过滤 器堵 塞 时 ) ， 为 保 证 润 滑油 系 统 安 全运 行 ， 本系统 的 危 急 油 泵 出 口供 油 避 开 冷 油 器 及 滤 油 器 ， 及 时 、 直接 供 给 轴 承润 滑 用 油 ， 杜绝 轴 承 因断 油 而造 成的磨 损 、 烧 瓦等 事故 。 2 4蓄能装置 的使 用 当主油泵 事故 工 况 时 ， 辅 助 油泵 应 立 即切 换 并迅 速建 立工 作压力 ， 然 而对于 给水 泵汽 轮机 ， 由 于较 高 的供油设 计 高 差 ( 百 万 给 水 泵 汽 轮机 供 油 高度 最高 可达 1 7 m) 及 给水 泵 辅 助 油泵 较 长 的启 动时 间 ， 供 油母 管压力 降低 迅速 ， 为避 免小机 跳 闸 事故 的发生 ， 本 系统在 靠近轴 承处 设置 蓄能 装置 ， 用于保证油泵故障切换时轴承的基本润滑要求。 3 维持润滑油质 的若干措施 3 1油箱 的设计 油箱 在 回油入 口设 置 滤 网 ， 并 采 用溢 流 式 结 构 ， 使得回油不直接冲击滤网( 这里的回油不仅指 轴 承 回油 ， 还包 括经 过净化 后 的润滑 油 ， 过 压 回油 等 ) ， 大大 减少 了滤 网 的磨 损 ； 油 箱 内 部设 计 为 微 倾 的底部 ， 并人 为将油 箱分 为两个 部分 ， 增加 回油 流程 ， 便于 回油 中渣 滓 的沉 淀 ； 同时 ， 在 油 箱 的 低 点设 置油净 化接 口， 在 线运行 时 ， 可 由油 净化 装 置 不断从 油箱 底 部 吸油 ， 净 化 循 环后 经 回油 滤 网进 入油箱 。 3 2滤油器 的过 滤精 度及切 换 滤 油器 的过滤精 度 直接影 响润 滑油 的供 油 品 质 ， 但提 高过 滤精度 势必 提高 过滤器 的成 本 ， 本 系 统 油箱模 块集 成 的过 滤器 过滤 精度 2 5微 米 ， 完 全 满 足轴 承的润 滑要求 ， 并 在过滤 器 中设 置 就地 、 远 传压差信号， 滤芯报警 堵塞时 ， 运行人员可根据 控 制室信 号及 现场运 行要求 切换 过滤 器 。 3 3节流 阀 的使用 本 系统 还 向给水 泵轴 承 提 供 润 滑 油 ， 不 同 的 给水泵 厂家 所需 的轴 承油压 又不尽 相 同 。为 满 足 其润 滑需求 及 系统 的通 用性 ， 本 润 滑 油 系 统供 油 母 管 的压力需 既满 足给水 泵 轴承所 需压 力又 满 足 给水泵 汽轮 机 轴承 所 需 压 力 。一般 来 说 ， 给水 泵 轴承所需压力 略高于汽轮机轴承所需压力 ， 故本 系统 的母 管 设 计 压 力 率 高 于 汽 轮 机 轴 承 所 需 压 力 ， 每一路轴承供油管路上均装设有节流阀， 通过 调节节流阀的开度使其供油压力满足其轴承的要 求 。不仅如此 ， 在机组启机及大修后的冲管中， 用 户还 可将 节流 阀 中阀杆取 出 ， 装上 配套 专用 滤 网 ， 进行 油 冲洗 。 4 润滑油系统 的其他技术特点 4 1模块化 的设 计理念 传 统给水 泵润 滑油 系统 中的 油箱 、 冷 油器 、 滤 油 器等 主要设 备 散 装 发货 ， 设计 院逐 个 确定 其 安 装位 置后 ， 由厂家 布置连 接管道 并提 供施 工 图 ， 现 场施 工 、 安装调 试 ， 给用户 造成极 大 的不便 。超 超 临界 1 0 0 0 MW 系列 给 水 泵 汽 轮 机 润 滑 油 系 统 采 用模块封装一体化设计 ， 将 2台 1 0 0 交流电动 润滑 油泵 、 1台 1 0 0 K o 直流 润滑油 泵 、 2台 1 0 0 板 式冷 油 器 、 2台 1 0 0 双 联 过滤 器 、 1台三 通 温度 控制阀等集装在油箱模块中 ， 厂家整体封装后出 厂 ， 减 少 了现 场安 装工 作量 ， 而且通 过在 各个 主要 设备出入 口设置试验或在线监测点来实现整个系 统 的监 控 。油箱模 块总 装试验 、 调试 后 出厂 ， 既保 证 了 系统 的 可 靠 性 ， 又 增 强 了系 统 的 可 维 护 性 。 油 箱模块 效果 图见 图 3 。 图 3油 箱模 块 效 果 图 4 2温 度控 制阀 的引入 在油系统中， 通常采用控制冷却水量的大小 来调节润滑油供油温度， 随着机组负荷的不同， 润 滑油 回油温 度 有所 不 同 ， 故 用 户需 在机 组 运行 过 程 中不 断调 节 冷却 水 量 以适应 轴 承 的润 滑要 求 。 超 超 临界 1 0 0 0 MW 系 列 给水 泵 汽 轮机 润滑 油 系 统 采用无 源 温度控 制 阀来 自动调节 润滑 油供 油温 度 。该 阀根 据热 敏 元 件 随温 度 变 化 的线 性 关 系 ， 通 过 自动调 节润滑 油 中冷热 油的 比( 下转第 1 6 9 页) | 1 1 1 1 圜 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 基于最佳真 空算法 的汽轮机循环水泵优化运行研究 热力透平 得 A M 一 A M + M + M 一 1 1 0 7+ 1 9 6 4 8 +O一2 0 7 5 5元 h A M , 一AP J一 0 3 5* ( 1 5 0 7 8 1 5 0 2 9 )* 1 0 0 0 1 7 1 5元 h M 一1 7 1 5 2 0 7 5 5 一一3 6 0 5元 h 因为 ， 0 ， 则此 时 投运 c循泵将是更加经济， 与传统结论相反。 4 结论 本文 通过对 现 有 最佳 真 空 算 法 进 行 分 析 ， 阐 述 了其 在 实际 应 用 中存 在 的 不 足 ， 进 而提 出 了一 ( 上接第 1 6 2 页) 线 ， 可 以在 满 足 工 程要 求 的情 况 下 对斜裂 纹模 型进 行 简 化 ， 对 轴 系扭 转 剪 应 力 的计 算可以实现“ 以横代斜” 。 参考文献 ： 1 王文斌 对汽轮机转子裂纹产生原因 的分 析 j 黑龙江科 技 信息 ， 2 0 0 7年( 6 X) ：5 3 6 4 2 3 C h a n g p in g C h e n ，L imi n g D a i ，Yi min g F u No n l i n e a r Re s p o n s e a n d D y n a mi c S t a b i l i t y o f a C r a c k e d R o t o r J C o mmu n i c a t i o n s i n No n l i n e a r S c i e n c e a n d Nu me r i c a l S i m u l a t io n， 2 0 0 7( 1 2) ： 1 0 2 3 1 O 3 7 3 3董川6 6 0 MW 超临界机组轴 系扭振强度计 算与敏感 性研究 D 武汉 ： 武汉大学 ，2 0 0 7 4 As h i s h K D a r p e D y n a mi c s o f a J e o t t Ro t o r wi t h S l a n t C r a c k E J J o u r n a l o f S o u n d a n d Vi b r a t i o n ，2 0 0 7 ，3 0 3 ( 1 一 上接第1 6 5 页) 例来实现其 温度 的控制， 不仅稳定 了润滑 油供油 温 度 ， 更 减 少 了用 户 对 冷 却水 量 的 控制 。 5 结论 本文详细介绍 了超超临界 1 0 0 0 MW 系列给 水泵汽轮机的润滑油系统 的主要技术特点 ， 与传 统 的给水泵 汽 轮 机 的润 滑 油 系 统相 比 ， 超 超 临 界 I O 0 0 MW 系列 给 水 泵 汽 轮 机 润 滑 油 系统 的 优 越 性主 要体 现在 以下几 个方 面 ： ( 1 ) 通过油泵的优化设计、 切换控制逻辑的改进 种更加科学合理的算法 ， 由于该优化算法考虑了 各 类价 格等 因 素影 响 ， 可 以最 真 实地 反 映 机 组 经 济性， 对发电企业能够起到更加合理的指导作用 。 同时， 将该算法运用到实例中进行计算 ， 证明其应 用 到 电厂运行 实 际 中是 可行 的 。循 环水 泵 的优化 运行是电厂节能 的重要一环 ， 希望能将该方法普 及应 用到 各个 电厂 ， 对 电厂 的节 能 降 耗 工作 起 到 积极 的推 进作用 。 参考 文献 ： 1 郑体宽 热力发电厂 M 北京 ： 水利 电力出版社， 1 9 8 6 2 3赵常 兴 汽 轮 机组 技术 手册 M 北 京 ： 中国 电力 出 版社 ， 2 0 0 7 E 3 陈大燮 动 力循 环 分析 M 上 海 ： 上海 科 学技 术 出版 社 ， 】98】 2) ： 1 2 8 5 程靳 ，赵树山 断裂力学 E M 北京 ， 科学出版社，2 0 0 6 6 ( 苏) 皮萨连柯等 材料力学手册 M 河北科学技术 出版社 ， l 9 8 4 7 S e k h a r ，A S a n d P r a s a d ，P B a la j i D y n a mi c An a l y s i s o f a Ro t o r S y s t e m C o n s i d e r i n g a S l a n t C r a c k i n t h e S h a i t J J o u r n a l o f S o u nd a n d Vi b r a t i o n，1 9 9 7 ，2 0 8 ( 3 )：4 5 74 7 4 8 中 国航 空研 究 院应 力强 度 因 子手 册 M 科 学 出 版社 ， l 9 8 1 9 李 懿 靓基 于 ANS YS的汽 轮机 裂 纹 转 子 扭 振特 性 研 究 D 武汉 ： 武汉大学 ， 2 0 0 8 i o C J L I S S E ND EN a n d S O o n T o r s i o n R e s p o n s e o f a C r a c k e d S t a i n l e s s S t e e l S h a i tJ F a t i g u e a n d F r a c t u r e o f E n gi n e e r i n g M a t e r i a l s a n d St r u c t u r e s ，2 0 0 7，3 0(8 )：7 3 4 7 4 7 及蓄能装置的使用有效地保证了系统的安全运行。 ( 2 ) 通过油箱 、 滤油器、 节流阀等设备 的设计 及改 进对 润滑 油质 的维 持进行 了一定 的探 讨 。 ( 3 ) 模 块化 的设计 理念 、 温度 控制 阀 的引入 大 大改善了系统的可靠性 、 降低了用户成本。 参考文献 ： 1 何翊皓4 6 0 0 MW 汽轮机润滑油系统事故分析 J 发电设 备，2 0 0 6 ( 5 ) ： 3 4 8 3 5 0 2 尉守成 施工阶段如何提高汽轮机油系统的可靠性 J 电力 建设 ，2 0 0 0 ( 3 ) ： 4 6 4 8 3 靖 长 财 小 汽 轮机 推力 瓦烧 损 的探 讨 J 电力 安全 技 术， 2 0 07 。 9( 7) ： 4 3 $ 1 1 1 圜 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m