第五节　油系统的计算和设备选择

一、用油量估算

油系统的规模与设备容量的大小,应根据设备用油量的多少而定。在设计时分别编制设备用油量的明细表,计算出透平油和绝缘油的总用油量。所有设备的用油应根据制造厂所提供的资料进行计算。但在初步设计阶段,未能获得厂家资料时,可按已投入运行的尺寸相近的同类型机组或近似公式进行估算。电气设备的用油量可在有关产品目录中查出。

1.水轮机调速系统充油量计算(Vp)

水轮机调速系统充油量包括油压装置、导水机构接力器、转轮接力器(转桨式)、受油器(转桨式)、喷针接力器(冲击式)和管道的充油量,机组类型不同,计算项目不同。

(1)油压装置的用油量。油压装置是向机组调速系统提供压力油的能源设备,也作为进水阀、调压阀和液压操作元件的压力油源,主要由压油槽、回油箱、漏油箱、油泵和相关附件组成,有分离式和组合式两类,分离式压油槽与回油箱分开,容量大,适用于大中型机组;组合式压油槽安装在回油箱上面的框架上,容量较小,适用于中小型机组。

先要确定油压装置的台数、额定压力和容量。对于机组调速系统,为满足安全运行要求,每台机组通常设置一台油压装置;目前国内油压装置的额定压力主要有2.5MPa、4.0MPa、6.3MPa及以上等几种,国外多采用7.0MPa及以上的额定压力;初步设计时,压油槽的总容积V0一般按经验公式(2-2)进行估算:

根据估算出的压油槽总容积,查阅相关资料选定油压装置型号。由于进水阀的操作用油容易混入水分,所以其油压装置一般单独设置,以免影响调速系统的可靠性。

选定油压装置型号后即可确定其用油量。带油压装置的中小型调速器的充油量见表2-8;油压装置的充油量见表2-9。

(2)导水机构接力器用油量:可按式(2-3)进行计算(两只接力器):

或根据接力器直径从表2-10中查取。

(3)转桨式水轮机转轮接力器用油量:可按式(2-4)计算:

或按表2-11选取。

(4)受油器用油量:可按转轮接力器用油量的20%计算,或按表2-11含在转轮接力器用油量中。

(5)冲击式水轮机喷针接力器用油量按式(2-5)计算:

2.机组润滑油系统充油量计算(Vh)

机组润滑油系统的充油量指推力轴承和导轴承的充油量,当机组的资料较完整时,其用油量可按每千瓦损耗进行估算,即

机组润滑油系统充油量也可参照容量和尺寸相近的已运行同类机组资料进行估算。图2-11所示为根据部分已运行机组编制的机组润滑油系统充油量和出力的关系曲线。

3.进水阀的用油量(Va)

进水阀接力器的用油量可根据阀门直径和工作水头从有关资料查出,如蝴蝶阀直径1.75～5.30m,则接力器充油量为0.11～1.61m3,球阀直径1.0～1.6m,则接力器充油量为0.50～0.89m3。如果进水阀采用独立的油压装置,则还包括油压装置的用油量,可从表2-9直接查取。

4.透平油系统用油量的计算

(1)设备充油量V1:指一台机组润滑油量、调速器的用油量及进水阀用油量之和,并考虑5%的管道充油量,即

(2)事故备用油量V2:以最大的一台设备充油量的110%计算,其中10%为考虑油的蒸发、漏损和取样等的裕量,即

(3)补充备用油量V3:补充设备运行中油的损耗,为设备45～90天的添油量,即

(4)系统总用油V:

5.绝缘油系统用油量的计算

(1)设备充油量W1:指一台变压器或油开关的用油量,可从有关产品目录中查得。

(2)事故备用油量W2:为最大的一台设备充油量的1.1倍,对于容量大于125MVA的大型变压器可取1.05倍,即

(3)补充备用油量W3:为设备45～90天的添油量,即

(4)系统总用油W:

二、油系统设备选择

油系统设备的选择,应根据电站地理位置、交通情况、装机容量、机组台数等因素来考虑,其配置原则为:绝缘油和透平油两系统分别配置。设备包括:储油设备、净油设备、油再生设备、油泵、油管和油化验设备等,油再生设备一般只考虑运行油的吸附处理设备,而油化验设备对于一般电站只按简化分析项目配置。

1.储油设备选择

(1)净油槽:储备净油供设备换油时使用。容积为最大一台设备充油量的1.1倍,加上全部运行设备45～90天的补充备用油量,即V2+ZV3或W2+nW3。通常透平油和绝缘油各设一个。但当容量过大不易布置时,可根据厂房布置情况,考虑设置两个或多个,但总容积不变。当透平油只设一个净油槽时,为了日常添油及油务管理方便,可增设一个添油槽,其容量按全部运行设备45～90天添油量确定。

(2)运行油槽:用于设备检修时排油和净化油。考虑可兼作接受新油,并与净油槽互用,其容积一般与净油槽相同,而且为了净化方便,提高效率,常设置两个,每个容积为总容积的一半,当容积较大不易布置时,也可设置两个以上,但总容积不变。对于小型电站,用油量少,可只设置一个运行油槽。

(3)中间油槽:对于透平油系统,当油库设在厂外或位置较高时,为检修方便,可设置中间油槽,以便检修机组充油部件时用于排油,其容积为一台机组的最大用油量,数量宜多于两个。当油库布置在厂内水轮机层以下时,不需设置。

(4)重力加油箱:设在厂房内高层空间(如起重机轨道旁)用以储存净油,作为设备自流添油装置,其容积应根据设备的添油量而定,一般为0.5～1.0m3,但不小于ZV3。当机组容量较大且台数较多时,可设置两个及以上。对于转桨式机组,漏油量较大,添油频繁,一般需设置重力加油箱;对于灯泡贯流式机组,重力加油箱容积按油泵故障时机组还能安全运行5～10min的用油量确定;而对于混流式机组或小型电站,漏油量少,添油不多,可不设置,而采用移动式添油小车添油,其容积应满足添油量需要。

(5)事故排油池:接受事故排油用。一般设置在油库底层或其他合适的位置上,容积为油槽容积之和。事故排油时间通常为10min,事故排油管管径不得小于100mm。

设有中心油务所时,可只设置中间油槽和添油槽,不再设置净油槽和运行油槽。

在设计时要考虑运行中油的输送和处理,并对运行情况进行实际分析,然后确定所需设置的油槽,尽量做到经济合理。

2.油净化设备的选择

(1)压力滤油机和真空滤油机选择:按8h内净化一台最大机组用油量或24h内净化一台最大变压器用油量来确定,同时考虑压力滤油机更换滤纸所需时间,生产率会减少30%,以及真空滤油机与压力滤油机串联使用等情况,故滤油机的生产率为

根据透平油与绝缘油计算的QL值,在产品目录中选取压力滤油机和真空滤油机:大型电站透平油与绝缘油系统均分别设置1～2台压力滤油机(配套一台滤纸烘箱)和1台真空滤油机;中型电站各设1台压力滤油机,共设1台真空滤油机;小型电站两系统各设1台压力滤油机;特小型水电站可只设1台移动式压力滤油机,以减少设备投资。

设有中心油务所时,油净化设备宜不设置或简化设置。

(2)油泵选择:油泵是输油设备,用于接受新油、设备充油和排油以及油的净化处理。齿轮泵结构简单、工作可靠、自吸性能好、维护方便、价格便宜,故应用广泛。齿轮泵分为外啮合和内啮合两种。在水电站中,常用外啮合齿轮泵,一般由泵壳、盖板和一对外啮合齿轮组成,如图2-12所示。当齿轮按图示方向转动时,吸油侧的油分别被两齿轮的齿间空间带到压油侧,则吸油侧便形成一定的真空度而把泵外的油吸入,在压油侧由于两齿轮的轮齿投入啮合,储油的空间减少,油被挤压而压力升高并从压力油管排出。

油泵生产率按4～6h内充满一台机组或6～8h内充满一台变压器的用油量计算,即

油泵的扬程应能克服设备之间高程差和管路损失。根据生产率和扬程在产品目录中选取油泵,常用ZCY型或KCB型。一般按透平油与绝缘油系统各选两台,其中一台为移动式,用来接受新油和排出污油。小型电站也可只设一台移动式油泵。

3.油管选择

(1)管径选择:按经验选择,压力油干管采用d=32～65mm,排油干管取d=50～100mm;也可按经济流速计算选择:

计算后选取标准管径,标准管径系列有6mm、8mm、10mm、12mm、15mm、20mm、25mm、32mm、40mm、50mm、65mm、80mm、100mm、125mm、150mm、175mm、200mm、225mm、250mm、300mm、350mm、400mm、450mm、500mm、600mm等。

支管直径按供油、排油和用油设备的接头尺寸而定。

(2)管材:选用不锈钢钢管和紫铜管,不宜选用镀锌钢管和硬塑管,镀锌钢管会与油中的酸、碱发生反应,使油劣化,硬塑料管易变形和老化,也不利于防火。软管可选用金属软管、耐油橡胶管,并采用标准活接头。

(3)管道颜色:在油系统中,压力油、进油管道表面应涂成红色;排油、漏油管道表面应涂成黄色。

4.阀门选择

经常操作的阀门宜采用不锈钢球阀,事故排油阀可选用闸阀。

三、透平油系统设计计算实例

1.设计基本资料

(1)电站主要参数。

电站水头:Hmax=26.5m,Hpj=22.2m,Hr=18.5m,Hmin=15.5m;

装机容量:N=4×8800=35200kW。

(2)水轮机和发电机技术资料。

机型:ZZ460-LH-300;TSL425/79-32;

额定出力:Nr=9215kW;Pr=8800kW;

安装高程:Ñy=29.3m;

额定转速:nr=187.5r/min。

(3)调速器与油压装置型号。

调速器型号:JST-80;油压装置型号:YZ-2.5。

2.确定油系统类型

该水电站属中型水电站,铁路干线从附近通过,交通方便;离某大城市150km,电站所在地区内没有其他水电站,故按厂用油系统配置油处理设备,按一般水电站简化分析项目配置油化验设备。

3.透平油系统供油对象及用油量计算

(1)供油对象。发电机推力轴承和上、下导轴承;水轮机导轴承;水轮机转轮操作;调速系统。

(2)用油量计算(根据厂家资料)。水轮机调节系统充油量:YZ-2.5型油压装置充油2.9m3;导水机构接力器用油0.2m3;转轮接力器用油2.5m3;受油器充油0.5m3。

机组润滑油系统充油量:推力、上导轴承油槽充油3.5m3;下导轴承油槽充油0.7m3;水导轴承油槽充油0.4m3。

1)运行用油量(设备充油量):

2)事故备用油量:

3)补充备用油量:对于转桨式机组,一年的添油量为机组用油量的25%,45天的补充油量为

4)系统总用油量:

4.油系统设备的选择

由于该电站油库存油为(V2+ZV3)=12.36+4×0.33=13.68(m3),厂内可以布置,故透平油系统设置在厂内安装场的下层。

(1)储油设备的选择。

1)净油槽:容积V净=13.68m3,取V净=14m3,数目为一个。

2)运行油槽:容积与净油槽相同,即14m3,数目为两个,每个容积为7m3。

3)重力加油箱:该电站机组为转桨式,漏油较多,添油频繁,故在厂内设置重力加油箱一个,容积为0.5m3,安装在厂房一端最高层的吊车轨道旁,以自流方式向机组添油。

因为油库设置在厂内,该电站不设置中间油槽;根据设计规程,该电站不设置事故排油池,为防止油库万一发生火灾事故,可设置直接排往下游的活接头及阀门。

(2)净油设备选择。压力滤油机和真空滤油机的生产率按8h内净化一台机组的油量来确定:

查产品目录,选用LY-50型压力滤油机一台,783型滤纸烘箱一台,ZLY-50型真空滤油机一台。

(3)油泵选择。油泵的生产率按4h内充满一台机组的用油量来确定,即

查产品目录,选用KCB-55型齿轮油泵两台,一台为固定式,供设备充油用;一台移动式,用于接受新油和排油;油泵生产率Q=3.3m3/h,扬程H=33m。

(4)管道选择。油管根据经验选定,本电站供、排油干管均选用50mm的无缝钢管;支管亦选用无缝钢管,其直径分别与供油设备、净油设备和用油设备接头管径相同。

5.透平油系统图及操作说明

透平油系统图如图2-13所示,其操作程序表略。