CN109736952A - 一种燃气轮机润滑油油温控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃气轮机润滑油油温控制系统，包括油箱、润滑油泵、热负荷、加热器、温度传感器、温控阀、冷却器；温控阀采用三通式结构，包括热端入口、冷端入口和混合出口；润滑油泵分别与温控阀的热端入口、冷却器相连；冷却器通过进油管路Ⅲ与温控阀的冷端入口相连；温控阀的混合出口与热负荷的油路相连通；温控阀包括三通式阀壳及设于阀壳内的阀芯，该阀芯包括感温包及与感温包传动相连的阀芯滑套；感温包位于阀壳内、近混合出口位置处；阀芯滑套可自由滑动地位于阀壳内、热端入口和冷端入口之间位置处。在燃气轮机运行过程中依靠本发明控温系统本身结构，能够将进入燃气轮机转子轴承等热负荷的润滑油油温自动控制在合理区间内。

Description

一种燃气轮机润滑油油温控制系统

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，特别地，涉及一种燃气轮机润滑油油温控制系统。

背景技术

燃气轮机及其发电机组运行过程中，其轴承等工作表面上需供给润滑油以构成连续的油膜，进而减少结构之间的摩擦损伤，同时带走由于摩擦和高温零件传来的热量，以维持燃气轮机转子轴等零部件在正常工作温度范围内，提转子轴等零部件的使用寿命。润滑油的油温很大程度上决定了润滑油的粘性及冷却能力，所以将润滑油油温控制在合适区间是提高燃气轮机转子轴等零部件使用寿命的重要措施。

现有技术只监测润滑油温度，当润滑油温度过低或过高时，才对润滑油加热或冷却，使润滑油温度不至于过低或过高，这种控制方式完全依赖于润滑油温度监测设备，而润滑油温度监测设备为电子设备，易发生故障，当润滑油温度监测设备故障，要么润滑油油温不再受控制，要么润滑油系统继续向转子轴等零部件供给过低或过高温度的润滑油，这两种后果都将影响转子轴等零部件的使用寿命和燃气轮机的安全运行。因此，发明一种不完全依赖电子监测设备的润滑油油温控制系统，又能对润滑油油温全程自动控制，对延长转子轴等零部件的使用寿命和确保燃气轮机安全运行意义重大。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种不完全依赖于电子监测设备，在燃气轮机运行过程中依靠润滑油系统设备本身结构，将进入燃气轮机转子轴承等热负荷的润滑油油温自动控制在合理区间，为燃气轮机转子轴等零部件一直提供合适温度润滑油的油温控制系统。

为了达到上述目的，本发明提供了一种燃气轮机润滑油油温控制系统，包括油箱、润滑油泵、热负荷（燃气轮机转子轴承等零部件）、加热器、温度传感器；油箱通过润滑油泵与热负荷的油路相连通；油箱内设有加热器和温度传感器；该油温控制系统还包括温控阀、进油管路Ⅰ、进油管路Ⅱ、进油管路Ⅲ、冷却器、出油管路；温控阀采用三通式结构，包括热端入口、冷端入口和混合出口；润滑油泵分别通过进油管路Ⅰ、进油管路Ⅱ与温控阀的热端入口、冷却器相连；冷却器通过进油管路Ⅲ与温控阀的冷端入口相连；温控阀的混合出口与热负荷的油路相连通；温控阀包括三通式阀壳及设于阀壳内的阀芯，该阀芯包括感温包及与感温包传动相连的阀芯滑套；感温包位于阀壳内、近混合出口位置处；阀芯滑套可自由滑动地位于阀壳内、热端入口和冷端入口之间位置处，且当阀芯滑套位于两端极限位置处时，分别覆盖热端入口和冷端入口；热端入口和冷端入口中一个入口被所述阀芯滑套覆盖时，另一个入口呈完全打开状态。

通过温控阀的感温包对温度感应，从而带动阀芯滑套动作，对热端和冷端入口进行开度调节，能够实现对润滑油油温的自动调节；同时结合温控阀的三通式设计，既可确保在温度控制过程中，初始阶段流体温度低时所有流体经热端入口流至混合出口，以获得最短温度反馈时间，又可确保系统流体流量恒定。

进一步的，热负荷的油路与油箱相连通。由此形成循环过程，能有效快速升高润滑油油温，降低加热成本。

进一步的，上述温控阀的阀芯还包括复位弹簧、阀芯推杆、阀芯底座、阀芯衬套、过载弹簧；阀芯底座固定设于阀壳内；阀芯滑套内固定设有弹簧限位块；感温包设于阀芯推杆一端，阀芯推杆另一端可自由滑动地依次穿过阀芯底座、弹簧限位块；阀芯衬套位于阀芯底座和弹簧限位块之间，并与阀芯推杆固定相连；复位弹簧、过载弹簧分别套于阀芯推杆两端；复位弹簧两端分别抵触感温包和阀芯底座；过载弹簧两端分别抵触阀芯衬套和弹簧限位块；阀芯滑套内部中空，近阀芯衬套的一端开口，另一端至少设有与内部相连通的流体通道（该端也可直接设计为开口，将开口作为流体通道）；阀芯底座上设有流体通道；当复位弹簧和过载弹簧处于自由伸长状态时，冷端入口和热端入口中的某一入口与阀芯滑套的内部相连通，另一入口被所述阀芯滑套完全覆盖。

通过感温包感温变化，带动阀芯推杆的运动，利用复位弹簧和过载弹簧的压缩量变化，带动阀芯滑套的位移，通过阀芯滑套的位移量改变温控阀流体入口处的通道开度变化，能够在确保对温度变化敏感调控的同时，又不易受到压力变化或突然波动的干扰，控温更加稳定。

进一步的，温控阀的阀芯为两个，平行分布于阀壳内，且分别位于近冷端入口、热端入口位置处；两个温控阀阀芯的感温包均位于阀壳内、近混合出口位置处；当两个阀芯的复位弹簧和过载弹簧处于自由伸长状态时，其中一个温控阀的阀芯滑套的内部与冷端入口和热端入口中的某一入口相连通，另一个温控阀的阀芯滑套完全覆盖另一入口。通过双阀芯的并联设计，能够扩容流量，更加适用于大流量范围的温控阀。

进一步的，温控阀的阀芯滑套上设有若干泄流孔。通过阀芯滑套上的泄流孔的设计，能够保持冷热两端入口处的一定的小流量，减缓预热循环，并防止冷凝或在极端情况下冻结。

进一步的，温控阀的阀芯还包括弹簧托盘；弹簧托盘固定设于阀芯推杆近感温包一端；复位弹簧两端分别抵触弹簧托盘和阀芯底座。

进一步的，温控阀的阀芯衬套周侧通过复位连杆与弹簧托盘周侧固定相连。

当温控阀为双阀芯设计时，两个温控阀的阀壳上设有调节螺帽；阀壳内近热端入口位置处设有阀座；阀座与调节螺杆相连，该调节螺杆穿过阀壳与调节螺帽螺纹连接；阀座与热端入口处设置的阀芯对应，当旋紧调节螺帽时，该阀座完全覆盖该阀芯上阀芯滑套的对应开口。

通过调节螺帽和阀座的设计，在需要时，可以强制封堵热端入口，使得流体全部经冷端入口流至混合出口，进行强制冷却。

进一步的，温控阀的混合出口后端设有温度传感器。用于监控达到热负荷的润滑油油温。

本发明相比现有技术具有以下优点：

1、本发明通过三通式温控阀对润滑油进行油温自动调节，同时结合温控阀的三通式设计，既可确保在温度控制过程中，初始阶段流体温度低时所有流体经热端入口流至混合出口，以获得最短温度反馈时间，又可确保系统流体流量恒定。

2、本发明温控系统实现润滑油的循环，经由热负荷达到润滑油快速升温。

3、本发明采用的温控阀阀芯，通过双弹簧和阀芯滑套的设计，既能实现对温度变化的敏感调控，又不易受到压力变化和突然波动的干扰，控温更加稳定；同时阀芯可采用的双并联设计，能够扩容流量适用范围。

4、本发明温控阀采用调节螺帽和阀座，能够手动强制调节通道闭合方式，实现强制冷却。

5、本发明温控阀通过阀芯滑套上的泄流孔设计，保证了冷热两端小流量流体流动，维持系统的稳定运行。

6、本发明燃气轮机润滑油油温控制系统构造简单、设计稳定且经久耐用。

附图说明

图1为本发明燃气轮机润滑油油温控制系统的结构示意图；

图2为图1中温控阀的结构示意图；

图3为图1中温控阀在冷态时A端口处的温控阀阀芯的状态示意图；

图4为图1中温控阀在热态时B端口处的温控阀阀芯的状态示意图。

图中，1-油箱，2-润滑油泵，3-温控阀，31-阀壳，32-阀座，33-调节螺帽，34-阀芯，35-密封圈，341-感温包，342-阀芯推杆，343-阀芯衬套，344-过载弹簧，345-阀芯滑套，4501-弹簧限位块，346-复位弹簧，347-阀芯底座，348-弹簧托盘，349-复位连杆，A-热端入口，B-冷端入口，C-混合出口,4-冷却器，5-热负荷，6-电加热器，7-温度传感器，8-温度传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明燃气轮机润滑油油温控制系统，包括润滑油箱1、润滑油泵2、温控阀4、冷却器4、热负荷5（燃气轮机转子轴承等零部件）、电加热器6、温度传感器7、8。油箱1与润滑油泵2相连。油箱内设有电加热器6和温度传感器7。温控阀4采用三通式结构，包括热端入口A、冷端入口B和混合出口C。润滑油泵2分别通过进油管路Ⅰ、进油管路Ⅱ与温控阀的热端入口A、冷却器4相连。冷却器4通过进油管路Ⅲ与温控阀的冷端入口B相连。温控阀的混合出口C与热负荷5的油路相连通。热负荷5的油路与润滑油箱1相连通，由此形成润滑油的循环。

如图2所示，温控阀3主要由阀壳31、阀座32、调节螺帽33、阀芯34和密封圈35等组成，可选择并联配置1个或多个相同阀芯34以适应不同流量（根据A、B、C端口管径大小进行阀芯34的并联设计）需求，故本发明采用的自动式温控阀有很大流量范围的广泛适用性。本实施例以两个阀芯34进行并联为例进行结构说明。各阀芯34包括感温包341、复位弹簧346、阀芯推杆342、阀芯底座347、阀芯衬套343、过载弹簧344、阀芯滑套345；阀芯滑套345内固定设有弹簧限位块4501。阀壳31采用三通式结构；阀壳31内部设有中空腔体，该中空腔体分别与冷端入口B、热端入口A和混合出口C相连通。两个阀芯34平行分布于上述阀壳31的中空腔体内，且分别位于近冷端入口B、热端入口A位置处；两个温控阀阀芯的感温包341均位于阀壳的中空腔体内、近混合出口位置处。阀芯34的阀芯底座347固定设于阀壳内，阀芯滑套345可滑动地设于中空腔体内。阀芯推杆342一端设有弹簧托盘348，且该端与感温包341相连，阀芯推杆342另一端可自由滑动地依次穿过阀芯底座347、阀芯衬套343、弹簧限位块4501。阀芯衬套343周侧通过复位连杆349与弹簧托盘348周侧固定相连。复位弹簧346、过载弹簧344分别套于阀芯推杆342两端；复位弹簧346两端分别抵触复位弹簧346和阀芯底座347；过载弹簧344两端分别抵触阀芯衬套343和弹簧限位块4501。阀芯滑套345内部中空，两端开口。阀芯底座347上设有流体通道。

温控阀3通过阀芯34下方的感温包341感受温度，不同温度时阀芯34有不同的动作和开度，当温度低于41℃（该温度及以下各温度可根据实际情况进行调控设置）时，阀芯34为冷态（如图3所示），阀芯推杆342未被推出，阀芯衬套343贴于阀芯底座347上，过载弹簧344处于自然状态，阀芯滑套345在本身重力的作用下与阀芯底座347贴合，阀芯衬套343和弹簧托盘348通过复位连杆349相连，此时复位弹簧346也处于自然状态，此时A和C端口相通；随着温度的升高，阀芯推杆342被逐渐推出，过载弹簧344被压缩，当温度升高至43℃时，当过载弹簧344被压缩的弹簧力等于阀芯滑套重力时，阀芯衬套343即将带着过载弹簧344和阀芯滑套345这个整体离开阀芯底座347，此时阀芯34仍为冷态；随着温度继续升高，阀芯推杆342推动阀芯衬套343带着过载弹簧344和阀芯滑套345整个整体开始向上移动，而复位弹簧346也越来越被压缩，此时阀芯34介于冷态和热态之间，阀芯滑套345在阀座32和阀芯底座347中间某一位置，阀芯34有某一开度，此时A和B端口均与C端口相通；当温度继续升高至54℃时，阀芯滑套345被推至温控阀3的阀座32上，阀芯34为热态（如图4所示），阀芯开度最大，此时B和C端口相通；当温度继续升高，滑芯阀套345不可移动，阀芯推杆342将推动阀芯衬套343，使得过载弹簧344和复位弹簧346继续被压缩，此时过载弹簧344和复位弹簧346起保护作用，防止阀芯推杆342和阀芯滑套345等被压坏。当温度从54℃开始下降时，阀芯衬套343将在复位弹簧346的弹簧力下向下移动，带着过载弹簧344和阀芯滑套345这个整体开始向下移动，直至阀芯推杆342被压进这个温度的平衡位置；当温度下降至43℃时，滑芯滑套345又将重新贴上阀芯底座347；当温度继续下降，阀芯滑套345不能移动，阀芯推杆342将在过载弹簧344的弹簧力下通过阀芯衬套343被压进这个温度的平衡位置，直至温度下降至41℃时，阀芯衬套343贴于阀芯底座347上，过载弹簧344处于自然状态。阀芯34的感温包341不停的感受油温，并根据感受温度不断地有不同的动作和开度。将阀芯34低于43℃时的状态称为冷态，高于54℃时的状态称为热态。

温控阀3的三通式设计，既可确保在温度控制过程中，初始阶段所有润滑油经A端口流至C端口，以获得最短温度反馈时间，又可确保系统润滑油流量恒定，即使在燃机启动、回油温度升高的情况下。可靠坚固的结构使温控阀3对温度变化敏感，不易受到压力变化和突然波动的干扰，从而在各种工作条件下保持稳定的出口温度。当需要时，可通过调节调节螺帽33使得阀座32贴死在阀芯34的阀芯滑套345上，使得温控阀3的A和C端口强制不通，使润滑油全部流经冷却器4，对其进行强制冷却。另外，可在阀芯滑套345上钻孔设置泄流孔，以允许A和B端口之间有少量的润滑油流动，其原因如下：1.允许小流量润滑油在启动过程中流向冷却器4，从而减慢预热循环；2.允许小流量热润滑油从A端口流至B端口，并保持一定流量，以防止冷凝或在极端情况下冻结；3.在A端口堵塞的情况下，当阀芯34处于冷态，必须有泄漏孔以确保小流量，以便感温包341能感受到温度变化，允许燃气轮机运行。

本发明燃气轮机润滑油油温控制系统的功能是在燃气轮机运行过程中，依靠该控制系统设备本身机理，将进入燃气轮机转子轴承等热负荷的润滑油油温自动控制在合理区间（如设定值为49℃，该温度及以下温度的设置可根据实际情况进行调控），其对进入燃气轮机转子轴承等热负荷的润滑油油温控制过程如下：为保证润滑油不凝固且各项性能良好，当润滑油箱油温低于10℃时，禁止启动润滑油泵2，先将润滑油箱1中的电加热器6投入使用，对润滑油进行加热，待润滑油箱油温升至20℃，电加热器6投出；润滑油箱油温升至20℃后启动润滑油泵2，润滑油被润滑油泵2从润滑油箱1中抽出，而后经两路到达温控阀3，一路到达温控阀3的A端口，一路经冷却器4后到达温控阀3的B端口，此时阀芯34为冷态（如图3所示），A与C端口相通，B与C端口不通，润滑油经温控阀3的A和C端口流至转子轴承等热负荷5，最后回到润滑油箱1，这个循环过程会使得润滑油温升高，待润滑油箱油温升至35℃后，燃气轮机可投入运行；燃气轮机投入运行后，有了热负荷，润滑油温会快速升高，直至位于阀芯34底部（C端口）的感温包341感受温度为43℃时，阀芯34均为冷态，润滑油经温控阀3的A和C端口进入转子轴承等热负荷5，最后回到润滑油箱1；待位于阀芯34底部（C端口）的感温包341感受温度升至43℃～54℃时，阀芯34介于冷态和热态之间，A与C端口相通，B与C端口相通，热润滑油经A端口、经冷却器4冷却后的冷润滑油经B端口，充分混合后经C端口进入转子轴承等热负荷5，最后回到润滑油箱1。冷却器的冷却能力设计为：进油温度60～70℃，出油温度43～50℃（额定：进油温度70℃，出油温度48℃）；当位于阀芯34底部（C端口）的感温包341感受温度升至54℃时，阀芯34为热态，A与C端口不通，B与C端口相通，经冷却器4冷却后的冷润滑油经B和C端口进入转子轴承等热负荷5，最后回到润滑油箱1，由于冷却器4的投入及设计特点，正常情况下温控阀3的阀芯34不会处于热态，所以当温控阀3的C端口出口油温高于52℃时要立即诊断原因，高于55℃时，立即停机。整个控制过程中，温控阀3的阀芯34在根据不同的感温包341感受温度有不同的动作和开度，阀芯34根据温度不断调节经A端口至C端口的热润滑油和经B端口至C端口的冷润滑油流量，以实现对进入燃气轮机转子轴承等热负荷的润滑油油温的精确控制，确保进入燃气轮机转子轴等零部件的润滑油油温控制在合理区间（如设定值为49℃）。润滑油箱1装有温度传感器7，用于监测润滑油箱油温，润滑油油箱油温高于58℃时，进行油温高报警；温控阀3的出口C端口后装有温度传感器8，用于监测到达热负荷5的润滑油油温。

Claims (9)

1.一种燃气轮机润滑油油温控制系统，包括油箱、润滑油泵、热负荷、加热器、温度传感器；所述油箱通过润滑油泵与热负荷的油路相连通；所述油箱内设有所述加热器和温度传感器；其特征在于： 所述油温控制系统还包括温控阀、进油管路Ⅰ、进油管路Ⅱ、进油管路Ⅲ、冷却器、出油管路；所述温控阀采用三通式结构，包括热端入口、冷端入口和混合出口；所述润滑油泵分别通过进油管路Ⅰ、进油管路Ⅱ与所述温控阀的热端入口、所述冷却器相连；所述冷却器通过进油管路Ⅲ与所述温控阀的冷端入口相连；所述温控阀的混合出口通过出油管路与热负荷的油路相连通；所述温控阀包括三通式阀壳及设于阀壳内的阀芯，该阀芯包括感温包及与感温包传动相连的阀芯滑套；所述感温包位于所述阀壳内、近混合出口位置处；所述阀芯滑套可自由滑动地位于阀壳内、热端入口和冷端入口之间位置处，且当阀芯滑套位于两端极限位置处时，分别覆盖热端入口和冷端入口；所述热端入口和冷端入口中一个入口被所述阀芯滑套覆盖时，另一个入口呈完全打开状态。

2.根据权利要求1所述的油温控制系统，其特征在于：所述热负荷的油路与所述油箱相连通。

3.根据权利要求2所述的油温控制系统，其特征在于：所述温控阀的阀芯还包括复位弹簧、阀芯推杆、阀芯底座、阀芯衬套、过载弹簧；所述阀芯底座固定设于所述阀壳内；所述阀芯滑套内固定设有弹簧限位块；所述感温包设于所述阀芯推杆一端，阀芯推杆另一端可自由滑动地依次穿过所述阀芯底座、弹簧限位块；所述阀芯衬套位于阀芯底座和弹簧限位块之间，并与所述阀芯推杆固定相连；所述复位弹簧、过载弹簧分别套于阀芯推杆两端；所述复位弹簧两端分别抵触所述感温包和阀芯底座；所述过载弹簧两端分别抵触所述阀芯衬套和弹簧限位块；所述阀芯滑套内部中空，近阀芯衬套的一端开口，另一端至少设有与内部相连通的流体通道；所述阀芯底座上设有流体通道；当所述复位弹簧和过载弹簧处于自由伸长状态时，所述冷端入口和热端入口中的某一入口与阀芯滑套的内部相连通，另一入口被所述阀芯滑套完全覆盖。

4.根据权利要求3所述的自动式温控阀，其特征在于：所述温控阀的阀芯为两个，平行分布于所述阀壳内，且分别位于近冷端入口、热端入口位置处；两个温控阀阀芯的感温包均位于阀壳内、近混合出口位置处；当两个阀芯的复位弹簧和过载弹簧处于自由伸长状态时，其中一个温控阀的阀芯滑套的内部与冷端入口和热端入口中的某一入口相连通，另一个温控阀的阀芯滑套完全覆盖另一入口。

5.根据权利要求3或4所述的油温控制系统，其特征在于：所述温控阀的阀芯滑套上设有若干泄流孔。

6.根据权利要求3或4所述的油温控制系统，其特征在于：所述温控阀的阀芯还包括弹簧托盘；所述弹簧托盘固定设于所述阀芯推杆近感温包一端；所述复位弹簧两端分别抵触所述弹簧托盘和阀芯底座。

7.根据权利要求6所述的油温控制系统，其特征在于：所述温控阀的阀芯衬套周侧通过复位连杆与所述弹簧托盘周侧固定相连。

8.根据权利要求4所述的油温控制系统，其特征在于：所述温控阀的阀壳上设有调节螺帽；所述阀壳内近热端入口位置处设有阀座；所述阀座与调节螺杆相连，该调节螺杆穿过所述阀壳与所述调节螺帽螺纹连接；所述阀座与热端入口处设置的阀芯对应，当旋紧所述调节螺帽时，该阀座完全覆盖该阀芯上阀芯滑套的对应开口。

9.根据权利要求1所述的油温控制系统，其特征在于：所述温控阀的混合出口后端设有温度传感器。