透平滑冷皮带加装张紧轮的研究与可行性分析

摘要：透平是海上平台的核心设备，它的正常运转与否，直接影响着平台的安全稳定生产。而透平滑油冷却风扇皮带打滑故障是比较常见的故障之一，冷却风扇皮带打滑将大大降低滑油冷却风扇对滑油的冷却效果，导致机组滑油温度上升，甚至会导致机组滑油温度高高停机。本文针对这一问题，提出在透平滑油冷却风扇皮带上增加张紧轮，当皮带被拉长时通过调节张紧轮来调节皮带的松紧度，保证透平的稳定运行，同时也避免了透平因滑油温度高关断而导致的各类不良后果。

关键词：滑油冷却风扇二故障;张紧轮

一、概述

锦州25-1油田有两台TITAN130燃气轮机发电机组，透平机组是海上石油生产平台最关键的设备之一，对于采用透平机组为平台提供动力的生产单元来说，透平能否平稳运行直接影响到平台的持续安全稳定生产。

燃气轮机的工作原理：

燃气轮机是以连续流动的气体为工质、把热能转换为机械功的旋转式动力机械，主要由压气机、加热工质的设备（燃烧室）、燃气轮机机三大部分组成。当它正常工作时，工质顺序经过吸气压缩、燃烧加热、膨胀做功以及排气放热等工作过程而完成一个由热变功的热力循环。膨胀作功后的燃气从排气口排出，或排入大气，也可再次被利用。空气由压气机的入口处进入压气机，经过压缩提高压力后排人燃烧室，与进入燃烧室的燃料混合燃烧，提高燃烧所产生燃气的温度后进人燃气轮机，高温、高压的燃气在燃气轮机里膨胀，将燃气的热能和压力能先转变成燃气高速运动的动能，随后再进一步转变成机械功。大约2/3的机械功用来拖动压气机，以提高空气的压力，维持燃气轮机的运行，另外所剩的约1/3的机械功对外输出，以驱动发电机产生电力。

二、透平滑油流程

透平滑油系统主要由3个彼此关联的分系统组成：预/后润滑系统，主润滑系统，备用后润滑系统，其主要作用是为机组各轴承和其它部件提供干净的润滑油，并将其操作温度和压力控制在限制范围之内，而滑油冷却风扇是对滑油降温的主要设备，一旦滑油冷却风扇出现问题，将直接导致滑油温度上涨。

三、滑油冷却风扇现存问题

每台透平机组都有一组滑油冷却风扇，在透平正常运行时对滑油进行冷却降温，以保证透平机组的正常运行。但是如果正在运行的透平滑油冷却风扇出现出现皮带打滑，将大大降低滑油冷却风扇对滑油的冷却效果，导致机组滑油温度上升，甚至会导致机组滑油温度高高停机。由于透平机组运行时无法对冷却风扇皮带进行调整或更换，现在应对滑油冷却风扇故障的解决办法是，当滑油温度上涨时，连接淡水管线对滑油冷却器用淡水进行冷却降温，然后倒机，倒机后对故障的滑油冷却风扇进行维修。这样不仅会增加透平启停机次数，影响电网的正常運行，耗费大量的人力，同时滑油高温还会对透平造成轴承磨损等严重的损伤。

四、设计方案

为尽可能减少因皮带拉长后造成皮带打滑，导致透平非计划性倒机的问题，现有以下三种整改方案

方案一：增加小带轮直径

根据公式：带速：v=πd1n1/（60*1000）可知增加小带轮的直径或转速可增加带速，从而减少皮带打滑;在发电机转速不变的前提下，要转速达到20m/s，小带轮直径要增加到d1=v*（60*1000）/πn1=265.4mm;

如果增加小带轮直径，需对现己的小带轮进行更换，这种方案需重新设计采办小带轮和皮带，不但改造周期长，成本也较高，所以不可取;

方案二：增加两皮带轮的中心距

根据公式：小带轮包角：α≈180°-（d2-d1）*57.3°/q，在现有皮带轮尺寸不变的前提下，通过增加两皮带轮中心距可增加小带轮包角，从而增加皮带与轮的接触面，减少皮带打滑;

由于滑油冷却风扇本身空间受限，增加两皮带轮中心距的方案也不可取;

方案三：增加皮带张紧轮

在不改变现有带轮尺寸及中心距，在现有的基础上增加张紧轮，通过张紧轮的调节拉紧皮带，防止皮带打滑

由于增加张紧轮不需要改变风扇和皮带的原始设计，通过增加张紧轮不但可以延长皮带的使用寿命，通过简单的调节张紧轮就可以对皮带进行调整，不但省去对风扇电机调整的工作，同时也降低了员工的工作量

通过对以上三种方案的分析，方案一、二均需对滑油冷却风扇的改造很大，施工内容较为复杂，施工周期长，施工所带来的成本较高;相比第三种方案相对简单，改造难度低，施工时间短，成本低，在现有的条件下即可完成。

五、施工方案

（一）施工前准备：

申请热工作业许可证，信号旁通许可证，按要求做好相应隔离，把控作业风险;

（二）工机具准备：

免维护轴承三个、四分管若干、槽钢若干、电焊机、手砂轮、铜锤、220V，380V绕线器、记号笔等工具;

（三）施工内容：

将三个免维护轴承并排固定在四分管上，槽钢焊接在皮带旁的支架上，安装轴承的管线和槽钢通过两根长螺栓进行连接，通过调节螺栓的长度，改变轴承顶皮带的力度，来调节皮带的张紧力。

六、总结

本项目对滑油冷却风扇进行优化改造，在滑油冷却风扇皮带上增加张紧轮，当皮带被拉长后出现皮带打滑时可通过调节张紧轮将皮带拉紧，从而减少因皮带打滑引发的透平滑油系统散热效果不好等问题，同时也延长了皮带的使用寿命，节约成本，为设备的安全、稳定提供了保障。

建议公司牵头与索拉透平厂家进行沟通，在现有及后期采购的TITAN130机组上增加张紧轮，从而合理避免因透平滑油冷却风扇皮带拉长、打滑或脱落而导致的不良后果。

七、推广性

通过在滑油冷却风扇皮带上增加张紧轮，可合理避免因透平皮带拉长、打滑可能导致的一系列问题，为透平发电机组及海上电站的稳定运行提供可靠保障。此方法简单实用，可以为同类型机组提供借鉴。

参考文献：

[1]李培根.机械基础高级[M].机械工业出版社，2006.1.

[2]周武章，王增国等，燃气透平机运行操作维护指南，2012.2.

[3]孙桓，陈作模，葛文杰等.机械原理（第八版）[M].高等教育出版社，2013.4.

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