西气东输二线燃气轮机合成油系统分析研究

摘 要：燃气轮机是西气东输二线的关键设备，合成油系统的良好运行，关系着燃气轮机的寿命及天然气管道输送的稳定性。本文分析合成油系统主要部件的作用原理，并对GE与RR不同机型滑油系统的设计进行了研究比较。

关键词：燃气轮机 合成油

一、合成油系统简介

燃气轮机的合成油系统，为压气机前、后轴承，高压涡轮轴承及附件齿轮箱和传动齿轮箱提供油，并对附件齿轮箱和传动齿轮箱的啮合发热部位，起到和散热的作用，另外也为可调导叶作动筒提供动力油。

合成油撬是给燃气轮机提供油的设备。

本滑油系统使用航空涡轮发动机合成油MIL-L-23699E。

二、合成油与矿物油的比较

通常来说，压缩机组一般使用两种油，分别为矿物油与合成油，现将两种油品进行比较。

矿物油是从原油中通过物理的方法提炼得出的，炼制工艺较简单。合成油使用的是原油中较好的成分，加以化学反应并透过人为控制达到预期的分子形态，其分子排列整齐，抵抗外来变数的能力很强。因此合成油品质较好，其对热稳定、抗氧化反应、抗黏度变化的能力要比矿物油强得多。

由于燃气轮机的转速更高，运行工况更苛刻，故压缩机组中的燃气轮机部分，使用各方面性能更好的合成油；而动力涡轮和压缩机部分使用较为廉价的矿物油。

三、供油回油组合泵分析及比较

燃气轮机合成油泵组件转动是经过以下流程：

高压压气机前轴端驱动——中央齿轮箱驱动——传动齿轮箱驱动——附件齿轮箱驱动——滑油泵组件 。

由此可知，滑油泵组件的转速和高压压气机转速，也就是说和燃气发生器转速之间存在有一个恒定的转速比。燃气发生器转速和滑油泵组件转速存在有一个正比关系。

滑油泵组件为有一对齿轮泵供油泵及五对齿轮泵回油泵组成，齿轮泵的供油特性为供油量及回油量与滑油泵组件的转速成正比。换言之，即与燃气发生器的转速成正比关系。

由于滑油泵组件与燃气发生器的转速之间存在有一个恒定的正比转速关系，因此，燃气发生器在任何一个转速均有一个与之相对应的滑油供应压力即流量，这对于运行中的轴承而言，在任何转速点均有一个与之相匹配的滑油供应压力及流量，这就能最大限度的满足轴承运行工况的需求。这种供油状态对延长轴承寿命提供了最好的保证。

分析比较：RR机组滑油调节系统复杂，原因是：要把一个恒定的流量调节到与燃气发生器轴承所需的流量是一件很复杂的事情。RR机组为保证在主要转速范围内的供油流量而设计了滑油流量控制阀。滑油流量控制阀为一由控制系统控制的同步电机。同步电机的工况与燃气发生器转速成函数关系。因此由燃气发生器的转速信号转变成滑油流量控制阀同步电机的电流信号，中间要经过一整套控制元件，使结构复杂。与RR机组相比，GE机组在正常运行状态下，滑油供油流量自动与燃气发生器完全匹配，无需再调，使整个系统极为简单。

四、合成油箱液位计LT-125的分析

燃气轮机的合成油箱内配备了液位计LT-125，原理：Rosemount 3300 系列雷达液位计LT-125是一种智能的双缆连续型液位变送器，它是基于时域反射（TDR） 原理。 低功率的毫秒脉冲沿浸入过程介质的探头传导， 当脉冲达到测量的材料表面时，部分能量反射回变送器，生成的脉冲和反射的脉冲之间的时间差，转换为距离，从而根据此距离计算总液位或界位。

液位指示器LT-125能够现场液位指示并提供不同的油箱液位高，低报警。信号由就地传输至MKVIE。

当油箱内液位低到报警值220mm时，会发出一个低报警LAL，同时启动程序被隔离，合成油箱加热器23QT-2电源切断，显示在HMI上。

当油箱内液位达到430mm时会发出一高报警LAH，并在HMI上显示。当液位计LT-125失效时启动被隔离。

设计不足：液位变送器只有液位低报警功能，而未设计液位低低机组保护停机功能。由此可能导致因合成油泄漏，油箱被抽干，机组被迫因滑油供应压力低而停机的现象发生。从理论上讲，当滑油供应压力低于停机压力值而停机时，由于燃气发生器正处于高转速状态，滑油泵的入口流量为37.9升～68.22升每分钟。燃气发生器从最高转速紧急停机后，降速为零的时间约为2～3分钟。当滑油泵入口抽不到油时，仅存管路内的滑油只需不到几十秒就全部进入轴承。在剩下的停转过程中轴承是在无油供应的情况下工作，俗称“干磨”，可能使轴承磨损过热，对轴承造成损害。

由于燃气发生器使用的是滚动轴承，相对滑动轴承而言对抵抗滑油过少而损坏的能力较高，在短期内影响不明显。如这种情况发生在滑动轴承上，后果将极为严重。

GE机组油箱液位变送器，未设计液位低低保护停机功能是本系统的缺陷。而在这一点，RR机组就做的不错，RB211--24G滑油箱液位变送器具有液位低低机组保护停机功能，以保证在滑油箱液位过低情况下停机，给轴承运行提供保护。

五、合成油油箱TK-1

合成油箱安装在箱体前部右上方，材料为不锈钢制造。油箱上安装有2个检查孔，平时用盲堵封住，检查油箱内部时可以打开。油箱上还安装有油温加热器23QT-2，液位观察窗LG-126，该观察窗便于在油箱加油时，直观的显示油箱液位，油箱底部安装有合成油箱加油管。

不足之处：燃气轮机滑油箱液位指示计位于箱体内，机组运行时现场无法观察。

六、温度控制阀TCV191

合成油工艺系统中，设置有温度控制阀TCV191。其原理是，通过对温度变化高度敏感的蜡/ 铜混合物的膨胀，可以实现温度控制功能。 反过来，混合物变热/ 膨胀产生的巨大力量可以作用于内部滑动阀，从而能够调节流量。

在动作过程中，内部滑动阀不断进行调整，从而准确地控制温度。 坚固可靠的构造使装置对温度变化非常敏感，不容易受到压力变化和突发性浪涌的干扰，使得能够在各种工作条件下始终保持稳定的温度。内部感应阀门均按照“膨胀蜡”原理进行工作，在极端严格的受控条件下，温度元件设为预先确定的温度。 这些温度是不可调节的。 如果需要更改系统温度，则必须安装替换元件。

七、磁性检屑器

在合成油系统的回油组合泵上，安装有磁性检屑器。通过检测燃机轴承及齿轮箱回油中的金属含量，用以分析轴承及齿轮箱内齿轮磨损情况。检测信号为电阻信号，由就地传输至MKVIE。当电阻达到100Ω或失败时会发出一个高报警，并在HMI上显示。

八、总结

随着我国的天然气需求的日益旺盛，长输天然气管线建设也在如火如荼的进行。燃气轮机是天然气站场的关键设备，合成油系统的运行状态，关系着燃气轮机的寿命及天然气管道输送的稳定性。所以研究合成油系统的各类部件作用原理，并对不同机型合成油系统进行比较分析，有很重要的现实意义。

参考文献

[1]《西二线燃驱压缩机组_运行维护手册》.

[2]《西二线PGT25+主控制逻辑》.