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燃气轮机的润滑油系统

信息来源:plantb2b.com  时间:2008-10-20  浏览次数:75

  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。这是一台直流电机驱动的泵。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。
  (5)冷油器。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。
  (6)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。
  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。早期燃气轮机由于透平进口 温度不是很高,其所用的润滑油基本与汽轮机用油一致,但随着透平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,除了遵照设备制造厂商的建议(如文献49)之外,应该更侧重于下列的性能指标:
  (1)黏度和黏度指数。为了常温下燃气轮机启动时确保各轴承的静压润滑和液压系统的快速反应能力,希望在启动时润滑油的黏度不要太高,为此绝大多数 透平机械选择40℃时黏度为28.8~35.2 /s的润滑油,即黏度等级为ISO VG 32的润滑油。在燃气轮机正常带负荷运行时,轴承间隙内的工作温度有可能高达120℃以上,此时要求油的黏度高一些。为此,应选择黏度随温度变化较为平缓 的、即黏度指数较大的润滑油。这里建议油的黏度指数在100以上,至少不应小于90。
  (2)氧化安定性。燃气轮机工作时,润滑油受到强烈的热氧化作用,汽轮机油常用的挥发型防锈抗氧化剂对燃气轮机用的润滑油已不适宜。对于在温度高于 260℃的环境中工作的轴承,文献49中明确规定其使用的润滑油中不宜含有DBPC(二叔丁基对甲酚)一类的挥发型抗氧化剂。对于氧化安定性,传统的考核 指标是油氧化后酸值达2.0mgKOH/g时所需要的小时数(国外常简称为TOST Life,即总的氧化稳定性试验寿命),在燃气初温不是很高的情况下,仅考核这一指标已足够,而且只要求其在2000h以上就可。但是,由于TOST是在 95℃的试验条件下进行,而这一温度与燃气轮机轴承的工作温度颇有距离,对新一代燃气初温更高的燃气轮机,光考核TOST已经不够,因此增加了油的旋转氧 弹试验指标,以便在更高的温度下考核油的性能。旋转氧弹试验的温度为150℃,比TOST要高得多。
  (3)破乳化值,也称分水性能。这是指油和水的分离能力,测量的方法是在专用的试管内放入40mL的油和40mL的水,按规定的试验程序混合,然后 测量油水完全或基本完全分离的时间(min),油水分离的程度可以是40—37—3、40—40—0等。对于燃气轮机,这不是十分强调的性能指标,因为在 燃气轮机中,润滑油被水(或蒸汽)污染的可能性不大。而在汽轮机中,油水混合的可能性很大,对油的破乳化值不能忽视,其指标至少是油水分离至40—37— 3,时间不大于15min。对于联合循环发电装置,如果燃气轮机与汽轮机共用润滑油系统,则必须兼顾油的高温性能和分水性能。
  (4)空气释放值。由于大多数燃气轮机的轴承均使用密封空气,因此轴承的回油中必然会混进空气。这些进入油层中的空气,必须要在油回到油箱后的短暂停留时间内从油层中释放掉。在选择润滑油时,其空气释放值应不大于油在油箱内循环一次的时间。
  (5)起泡性能。起泡性能与空气释放值是两个相互关联而又容易混淆的概念。其实空气释放发生在油层之内,泡沫则产生于油的表面之上。通常认为,在油 面上形成5mm的泡沫是正常的。但泡沫过多,油箱的通(排)气口充满泡沫时,就会因妨碍空气的排放而招致严重的后果。因此油的起泡性能至少应符合一般汽轮 机油的标准。
  除此之外,新油的颜色应浅,以不超过ASTM D1500中的2.0为宜。对于带有负荷齿轮箱的机组,必须考虑油的承载能力,应选择承载能力(FZG)7级以上的油。

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