350 MW機(jī)組給水泵汽機(jī)系統(tǒng)的改進(jìn)論文
摘要：分析了NK50／56型給水泵汽機(jī)存在的問題，介紹了改進(jìn)措施，并對油壓調(diào)整和高速盤車裝置的運(yùn)行提出了建議。
關(guān)鍵詞：給水泵汽機(jī) 油系統(tǒng) 汽封 改進(jìn)
合肥二電廠350 MW電站采用半容量汽動(dòng)給水泵，其驅(qū)動(dòng)汽機(jī)是杭州汽輪機(jī)廠設(shè)計(jì)制造的NK50／56型汽輪機(jī)。該類機(jī)組以靈活、可靠的運(yùn)行廣受用戶的青睞，至今已出廠了近百臺(tái)。但在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)其油系統(tǒng)、汽封蒸汽系統(tǒng)仍存在一些問題。本文將結(jié)合合肥二電廠的應(yīng)用情況對這些問題進(jìn)行分析，供大家參考。
1 NK50／56型給水泵汽輪機(jī)存在的問題及分析
1.1 油系統(tǒng)不能協(xié)調(diào)工作
NK50／56給水泵汽機(jī)正常工作時(shí)，只有軸承耗油以及調(diào)節(jié)系統(tǒng)漏油，用油量很小，而在盤車時(shí)用油較大 。離心油泵的最大輸出油量與最小輸出油量的比值如果≤2.5，則油泵工作穩(wěn)定，出口油壓不僅在正常運(yùn)行時(shí)得到保證，而且在盤車時(shí)也能得到保證。但是實(shí)際運(yùn)行中，這個(gè)比值超過3。這預(yù)示著如果使用一臺(tái)泵 ，既要供潤滑油與控制油，又要供盤車油與頂軸油，這臺(tái)泵將不堪重負(fù)。
實(shí)踐顯示，如果給水泵小汽機(jī)油站只配置二臺(tái)相同型號(hào)80YL－120的離心油泵，則汽機(jī)盤車時(shí)需二臺(tái)油泵并列運(yùn)行，否則，潤滑油、控制油、盤車油與頂軸油將不能協(xié)調(diào)地工作。因此，系統(tǒng)設(shè)置時(shí)最好為盤車裝置專門配置一臺(tái)相同型號(hào)的油泵。
1.2 汽封蒸汽系統(tǒng)
給水泵汽機(jī)的汽封用汽由主機(jī)軸封系統(tǒng)供給，供汽壓力是27 kPa。給水泵汽機(jī)進(jìn)汽管路上裝有一只節(jié)流孔板，旨在將軸封供汽壓力降至3～8 kPa，再送入給水泵汽機(jī)的汽封系統(tǒng)。節(jié)流孔板的孔徑要在現(xiàn)場調(diào)試確定。有些電廠把節(jié)流孔板取下不用，而將27 kPa的蒸汽直接送入給水泵汽機(jī)的汽封系統(tǒng)。過高的蒸汽壓力經(jīng)汽封齒節(jié)流后仍然壓力很高，于是蒸汽從前后汽封體噴出，凝結(jié)水流沿轉(zhuǎn)子軸向穿透油封擋進(jìn)入前后軸承座中污染潤滑油。
另一方面，給水泵汽機(jī)的汽封進(jìn)汽管路的疏水對汽封供汽壓力的影響很大。一般情況下，該疏水接到主機(jī)真空疏水?dāng)U容器，給水泵汽機(jī)啟動(dòng)時(shí)，疏水閥打開；正常運(yùn)行時(shí)，該閥關(guān)閉。由于真空疏水?dāng)U容器內(nèi)真空很高，疏水閥的開關(guān)將直接影響軸封供汽壓力。因此，必須通過調(diào)整進(jìn)汽管道上的節(jié)流閥開度，才能保證軸封汽壓力正常。然而，由于工人很難設(shè)定一個(gè)固定的開度，有些電廠索性將節(jié)流閥全開，這也是造成給水泵汽機(jī)正常運(yùn)行時(shí)汽封體大量向外噴汽的一個(gè)原因。
1.3 合肥二電廠的特殊情況
與國內(nèi)一般電廠不同的是，合肥第二發(fā)電廠的給水泵小汽機(jī)雙出軸，一頭拖動(dòng)主給水泵，另一頭拖動(dòng)齒輪箱與前置泵。這是杭州汽輪機(jī)廠供應(yīng)的第一臺(tái)雙出軸給水泵小汽機(jī)。與單出軸給水泵小汽機(jī)相比，因?yàn)樵黾恿她X輪箱與前置泵兩個(gè)負(fù)載，潤滑油耗量與盤車裝置所需要的盤車力矩都增加了，所以原為單出軸給水泵小汽機(jī)選用的油箱容積與主油泵輸出油量都不夠用。因此給水泵汽機(jī)油站作相應(yīng)的調(diào)整：油箱容積由4 m3增加到5.3 m3，主油泵配二臺(tái)泵，型號(hào)由80YL－120改為100YL－120。
2 合肥二電廠給水泵汽機(jī)系統(tǒng)的改進(jìn)
2.1 油系統(tǒng)的改進(jìn)
雖然給水泵小汽機(jī)油系統(tǒng)的油箱容積與油泵容量增加了，但現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)潤滑油、控制油、盤車油與頂軸油仍不能協(xié)調(diào)地工作。
在調(diào)試初期，發(fā)現(xiàn)控制油壓只有0.6 MPa，低于要求值0.8 MPa；此時(shí)盤車油壓也低于設(shè)計(jì)值0.05～0.1 MPa。檢查油泵出口油壓，得0.96～10MPa，符合設(shè)計(jì)要求。這說明油泵出口的隔離閥、逆止閥和一臺(tái)雙聯(lián)控制油濾油器的阻力降過大。同時(shí)，發(fā)現(xiàn)給水泵小汽機(jī)前軸承座的回油管窺視窗顯示出159×4的回油管幾乎充滿了回油。從軸承金屬溫度看，最高轉(zhuǎn)速時(shí)給水泵小汽機(jī)各軸承與主給水泵、前置泵以及齒輪箱各軸承的金屬溫度都只有48～53℃，也就是各軸承的'金屬溫度與潤滑油進(jìn)油溫度的溫差都只有8～10℃，而計(jì)算的溫差為30℃。這意味著實(shí)際消耗的潤滑油量至少為計(jì)算值的3倍，為此作了以下改進(jìn)。
2.1.1 更換逆止閥
將主油泵出口的逆止閥型式由升降式改為旋啟式。更改后，控制油壓升高到0.77 MPa，盤車油壓升高到0.5 MPa。
2.1.2 優(yōu)化各軸承間油量的分配
潤滑油量的實(shí)際消耗量數(shù)倍于計(jì)算值將導(dǎo)致主油泵過負(fù)荷，也就是主油泵的工作點(diǎn)超出了其特性線所表示的工作范圍，從而導(dǎo)致控制油壓的降低。反過來，降低潤滑油量，就能提高控制油壓。為調(diào)整給水泵小汽機(jī)各軸承的潤滑油量做了以下工作。
（1）推力軸承
進(jìn)油孔原孔徑為25，第一次減小到22，第二次減小至16，進(jìn)油孔面積減小了60％。
出油孔原孔徑為7×18＋1×14．6＋8×10，第一次減小到2×18＋1×14．6＋8×10，第二次減小到1×14．6＋9×10＋1×8，第三次減小到1×14．6＋8×10＋1×8，第四次減小到1×14．6＋1×8。出油孔面積減小了92％。
調(diào)整的效果為在額定轉(zhuǎn)速下，推力軸承金屬溫度與潤滑油進(jìn)油溫度的溫差，調(diào)整前＜8～10℃，調(diào)整后＜25℃。也就是說，金屬溫度＜70℃，留點(diǎn)裕量給最高轉(zhuǎn)速工況。在進(jìn)油孔前母管潤滑油壓＞0.15 MPa的情況下，進(jìn)油孔后的潤滑油壓，調(diào)整前為＜0.01 MPa，幾乎無讀數(shù)，調(diào)整后＞0.035 MPa。調(diào)整后推力軸承消耗的潤滑油量估計(jì)至少減小了約14～16 m3／h。
在推力軸承體上，有8個(gè)10的測溫?zé)犭娮枰隹孜词褂�，未堵塞。如果這8個(gè)孔不堵塞，則推力軸承體內(nèi)潤滑油壓始終＜0.02 MPa。
�。�2）前軸承
進(jìn)油孔原孔徑25，第一次減小到9.5，一次調(diào)整到位。
調(diào)整的效果為在額定轉(zhuǎn)速下，前軸承金屬溫度與潤滑油進(jìn)油溫度的溫差，調(diào)整前＜8～10℃，調(diào)整后＜25℃。母管潤滑油壓＞0.15 MPa時(shí)，前軸承進(jìn)油壓力，調(diào)整前＞0.1 MPa，調(diào)整后約為0.06 MPa。
�。�3）后軸承
進(jìn)油孔原孔徑25，第一次減小到13.5，第二次減小到11。
調(diào)整的效果，在額定轉(zhuǎn)速下，后軸承金屬溫度與潤滑油進(jìn)油溫度的溫差，調(diào)整前＜8～10℃，調(diào)整后＜12℃。母管潤滑油壓＞0.15 MPa時(shí)，后軸承進(jìn)油壓力，調(diào)整前＞0.1 MPa，調(diào)整后約為0.08 MPa。
后軸承的金屬溫度與潤滑油進(jìn)油溫度的溫差未調(diào)整到25℃，根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)，后軸承軸徑大，摩擦耗功幾乎是前軸承的一倍。今前軸承進(jìn)油孔徑為9.5，則后軸承的進(jìn)油孔徑無論如何也不應(yīng)＜11。唯一的解釋應(yīng)該是前軸承靠近高溫區(qū)，一部分潤滑油用于冷卻由汽機(jī)高溫區(qū)傳過來的熱量，而后軸承卻沒有這個(gè)額外的負(fù)載。
通過以上的調(diào)整，給水泵小汽機(jī)控制油壓已提升到0.8 MPa以上，盤車油壓也達(dá)到了設(shè)計(jì)值0.55 MPa。油系統(tǒng)油壓已滿足給水泵小汽機(jī)起動(dòng)與正常運(yùn)行的要求。
2.2 汽封蒸汽系統(tǒng)改進(jìn)
與國內(nèi)大多數(shù)300 MW機(jī)組一樣，合肥二電廠給水泵汽機(jī)使用的汽封蒸汽也來自主機(jī)系統(tǒng)。所不同的是，ABB公司的機(jī)組軸封系統(tǒng)使用的汽封蒸汽壓力為3～4 kPa，給水泵汽機(jī)汽封進(jìn)汽管道疏水改接到主機(jī)軸封冷卻器。
通過上述的系統(tǒng)改進(jìn)，在該廠運(yùn)行的給水泵汽機(jī)沒有發(fā)現(xiàn)汽封蒸汽從汽封進(jìn)汽管路短路到真空疏水?dāng)U容器的情況，也沒有發(fā)現(xiàn)汽封噴汽污染潤滑油的跡象。
3 幾個(gè)問題的討論
3.1 油壓調(diào)整
主油泵與備用油泵出口不設(shè)置隔離閥。杭州汽輪機(jī)廠設(shè)置這個(gè)隔離閥是根據(jù)美國石油協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)API614的要求。這是石化系統(tǒng)的要求，電力部門不必照搬。不設(shè)置隔離閥可以提高控制油壓與盤車油壓（該閥的壓差為0.03～0.05 MPa）。
主給水泵、前置泵與齒輪箱的潤滑油耗量，泵廠給出的數(shù)量為：主給水泵5 m3／h，齒輪箱6 m3／h，前置泵0.4 m3／h，總耗油量11.4 m3／h。這是計(jì)算值，以軸承瓦溫與油溫的溫差為30℃作為計(jì)算依據(jù)。實(shí)際運(yùn)行中，軸承瓦混與油混的溫差只有8～10℃，因此泵的實(shí)際耗油量當(dāng)在20～30 m3／h。如果在保證軸承金屬溫度不超過70℃前提下，調(diào)整軸承潤滑油耗量，可以進(jìn)一步提高控制油壓與盤車油壓．
3.2 盤車裝置
由于給水泵汽機(jī)所驅(qū)動(dòng)的主給水泵在轉(zhuǎn)速降到零時(shí)，容易因臟物沉淀或泵體變形而被卡住，即使用功率為幾百k W的盤車裝置也盤不動(dòng)。如果汽泵停機(jī)時(shí)，在轉(zhuǎn)速降到600 r／min時(shí)就起動(dòng)盤車裝置，將有利于避免上述問題，這是采用油渦輪高速盤車裝置的優(yōu)點(diǎn)。
制造廠提供的主給水泵的最低盤車轉(zhuǎn)速為120r／min。如果要檢查給水泵汽機(jī)與給泵的內(nèi)部摩擦情況，則盤車轉(zhuǎn)速最好應(yīng)在200 r／min以下。所以最佳盤車轉(zhuǎn)速應(yīng)為120～200 r／min。實(shí)際運(yùn)行中，在啟動(dòng)給水泵汽機(jī)盤車裝置時(shí)，為了取得最大的盤車力矩，將盤車油管路上的電動(dòng)閥全開，在最大盤車力矩作用下，給水泵小汽機(jī)帶著主給水泵，前置泵與齒輪箱一起的盤車轉(zhuǎn)速約300～400r／min。如果運(yùn)行中調(diào)整盤車轉(zhuǎn)速至120～200 r／min，將有利于提高油系統(tǒng)壓力。
4 結(jié)論
�。�1）改進(jìn)后的油系統(tǒng)能協(xié)調(diào)工作，給水泵汽機(jī)在合肥二電廠能滿足機(jī)組運(yùn)行的要求。盤車力矩足夠自動(dòng)起動(dòng)給水泵小汽機(jī)與主給水泵以及前置泵，毋需手動(dòng)盤車裝置助力，主給水泵在調(diào)試第一年中也未發(fā)生卡死問題。
�。�2）采用較低壓力的汽封蒸汽，同時(shí)將給水泵小汽機(jī)汽封蒸汽管道的疏水接地主機(jī)軸封冷卻器，將有利于降低操作強(qiáng)度，消除汽封噴汽，從而防止油系統(tǒng)進(jìn)水。
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