汽轮机油的分类、性能和选用

fanzhiliang

汽轮机又称透平涡轮机，包括蒸汽轮机和燃气轮机等，是以蒸汽或燃气为工质的旋转式热能动力机械，它具有单机功率大、效率较高、运转平稳和使用寿命长等优点。蒸汽轮机的主要用途是做发电用的原动机，其发电量约占总发电量的80%左右。汽轮机由于能变速运行，可以用它直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等，因此按用途可把汽轮机分为电站汽轮机，工业汽轮机、船用汽轮机等。蒸汽轮机必须与蒸汽发生器(锅炉)，驱动机械（如发电机）以及凝汽器、加热器、泵等协凋，配合工作组成成套设备。而燃气轮机也是由压气机、燃烧室和透平三大部分以及相应的辅助设备组成的成套动力装置。汽轮机广泛应用于，电力工业，石油化工、钢铁以及大型船舶等行业。
　　1）汽轮机油的作用
　　汽轮机油在蒸汽轮机，燃气轮机机组中的作用是相同的，主要起润滑、冷却和调速作用。
　　（1）润滑作用
　　通过润滑油泵把汽轮机油输送到汽轮机组滑动轴承的主轴和轴瓦之间，在其间形成油楔起到流体润滑作用。此外，汽轮机油还要给齿轮减速箱和调速机构等摩擦部件提供润滑。
　　（2）冷却散热
　　汽轮机组运行时，转速可达3000r/min,轴及润滑油的内摩擦会产生大量的热，而汽轮机使用的工质无论是蒸汽或燃气其热量也会通过叶轮传达到轴承上，这些热量不及时传递出去将会严重影响机组的安全运行，甚至会导致主轴烧结等事故。因此汽轮机油要在润滑油路中不断循环流动，把热量从轴承上带走，起到散热冷却作用，使轴承的正常工作温度保持在60℃以下。
　　（3）调速作用
　　汽轮机调速系统中使用的汽轮机油实际起液压介质的作用，传递控制机构给出的压力，对汽轮机的运行起调速作用。
　　2）汽轮机油的性能
　　合适的粘度是保证汽轮机组正常润滑的一个主要因素。汽轮机对润滑油粘度的要求，依汽轮机的结构不同而异。用压力循环的汽轮机需选用粘度较小的汽轮机油；而对用油环给油润滑的小型汽轮机，因转轴传热，影响轴上油膜的粘着力，需用粘度较大的油；具有减速装置的小型汽轮发电机组和船舶汽轮机，为保证齿轮得到良好的润滑，也需要使用粘度较大的油。为保证汽轮机组在不同温度下都能保持良好的润滑，要求汽轮机油有良好的粘温特性，一般要求在80～90以上。
　　①良好的氧化安定性
　　汽轮机油的工作温度虽然不高，但用量较大，使用时间长，并且受空气、水分和金属的作用，仍会发生氧化反应并生成酸性物质和沉淀物。酸性物质的积累，会使金属零部件腐蚀，形成盐类及使油加速氧化和降低抗乳化性能；溶于油中的氧化物，会使油的粘度增大，降低润滑、冷却和传递动力的效果；沉淀析出的氧化物，会污染堵润滑系统，使冷却效率下降，供油不正常。因此，要求汽轮机油必须具有良好的氧化安定性，使用中老化的速度应十分缓慢，使用寿命不少于5～15年。
　　②良好的抗乳化性
　　在蒸汽轮机运行过程中，蒸汽和水不可避免从轴封或其他部位漏进汽轮机油中，如果汽轮机油抗乳化性能不好，不仅会形成乳状液而降低润滑性能，而且使油加速氧化和对金属产生锈蚀。特别是用压力循环方式供给润滑油时，汽轮机油循环油量大，并始终处于湍流状态，遇水易产生乳化，因此缺乳化性是汽轮机油的一项主要性能。要使汽轮机油具有良好的抗乳化性，则基础油必须经过深度精制，尽量减少油中的环烷酸、胶质和多环芳香烃。
　　③良好的防锈防腐性
　　汽轮机组润滑系统进入水后，不仅会造成油品乳化，还会造成金属的锈蚀、腐蚀，特别是远洋船用汽轮机组，润滑油冷却器使用海水做冷却介质，由于海水含盐分多，如果冷却器发生渗漏，将对润滑系统金属部件造成严重锈蚀。因此汽轮机油特别是远洋船舶用的汽轮机油要有良好的防锈性能。防锈汽轮机油通常由深度精制的矿物基础油加入抗氧剂、防锈剂、金属钝化剂、抗泡沫等添加剂配成。
　　④良好的抗泡沫性
　　汽轮机油在循环润滑过程中，会由于以下原因吸入空气：
　　（1）油泵漏气；
　　（2）油位过低，使油泵露出油面；
　　（3）润滑系统通风不良；
　　（4）润滑油箱的回油过多；
　　（5）回油管路上的回油量过大；
　　（6）压力调节阀放油速度太快；
　　（7）油中有杂质；
　　（8）油泵送油过量。
　　当汽轮机吸入的空气不能及时释放出去时，就会产生发泡现象，使油路发生气阻，供油量不足，润滑作用下降，冷却效率降低，严重时甚至使油泵抽空和调速系统控制失常。为了避免汽轮机油产生发泡现象，除了应按汽轮机规程操作和做好维护保养，尽可能使油少吸入空气外，还要求汽轮机油具有良好的抗泡沫性，能及时地将吸入空气释放出去。
　　⑤汽轮机油的特殊性能
　　用于以氨气为压缩介质的压缩机和汽机共同一套润滑系统的汽轮机油，就需具有抗氨性能（抗氨汽轮机油）。为适应大型发电机组中高压高速系统和液压系统的润滑和安全，要求使用具有极压抗磨性和防燃性的汽轮机油，在这类汽轮机油中加有极压抗压抗磨剂，因而有较强的承载能力。
　　3）汽轮机油分类
　　根据GB/T7631.10——1992（等效采用ISO6743/5）把汽轮机油分为蒸汽轮机油4个品种，燃气轮机油5个品种。其中TSA、TGA、TGB为深度精制石油基润滑油并具有防锈性和抗氧化安定性（TGB适用于较高温度下），TSC和TGC为不具有特殊难燃性的合成油，TSD和TGD为磷酸酯合成润滑剂，TSE和TGE为深度精制石油润滑油并具有防锈性、抗氧化安定性和高承载能力。TCD磷酸酯控制液适用于汽轮机控制系统及要求工作液和润滑剂分别供给、并有耐热要求的蒸气汽轮机。TA、TB两类汽轮机油适用于航空涡轮发动机及液压传动装置。下表为汽轮机润滑油的分类。
　　汽轮机润滑油分类（GB/T7631.10-1992）
　　特殊用途
　　更具体应用
　　产品代号
　　组成和性质
　　应用实例
　　蒸气、直接或齿轮连接到负荷
　　一般应用
　　L-TSA
　　具有防锈性和氧化安定性的深度精制石油润滑油
　　发电机、工业装置及其相配套的控制系统，不需要改善齿轮承载能力的船舶驱动装置
　　特殊用途
　　L-TSC
　　不具有特殊耐燃性的合成液①②
　　要求使用具有某些特殊性如氧化安定性和低温性液体的发电机、工业装置及其相配套的控制系统
　　耐燃性
　　L-TSD
　　磷酸酯润滑剂①
　　要求使用具有耐燃性液体的发电机、工业装置及其相配套的控制系统
　　高承载能力
　　L-TSE
　　具有防锈性、氧化安定性和高承载能力的深度精制石油润滑油
　　要求改善齿轮承载能力的发电机、工业装置和船舶齿轮装置及其配套的控制系统
　　气体、直接或齿轮连接到负荷
　　一般用途
　　L-TGA
　　具有防锈性和氧化安定性的深度精制石油润滑油
　　发动机、工业装置及其相配套的控制系统，不需要改善齿轮承载能力的船舶驱动装置
　　较高温度下使用
　　L-TGB
　　具有防锈性和改善氧化安定性的深度精制石油润滑油
　　由于有热点出现， 要求耐高温的发电机、工业装置以及其相配套的控制系统
　　特殊性能
　　L-TGC
　　不具有特殊耐燃性的合成液①②
　　要求使用具有耐燃性液体的发电机、工业装置及其相配套的控制系统
　　耐燃性
　　L-TGD
　　磷酸酯润滑剂①
　　要求使用具有耐燃性液体的发电机，工业装置及其相配套的控制系统
　　高承载能力
　　L-TGE
　　具有防锈性，氧化安定性和高承载能力的深度精制石油润滑油
　　要求改善齿轮承载能力的发电机、工业装置和船舶齿轮装置及其配套的控制系统
　　控制系统
　　耐燃性
　　L-TCD
　　磷酸酯控制液
　　要求使用与润滑剂分别供给，并有耐热要求的蒸汽轮机、燃气汽轮控制机构
　　航空涡轮发动机③
　　L-TA
　　液压传动装置③
　　L-TB
　　（1）此类品种可以与石油基产品完全相容。
　　（2）此类品种包括合成烃以及其他化学产品。
　　（3）此类品种尚未建立。
　　4）汽轮机油主要品种介绍
　　①防锈汽轮机油
　　我国防锈汽轮机油参照ISO标准制定了GB11120——1998（L——TSA）汽轮机油标准，见表7-44，相当于ISO分类中的L-TSA和L-TGA防锈汽轮机油的水平。
　　防锈汽轮机油标准（GB 11120—1989）
　　项目
　　质量指标
　　试验方法
　　优级品
　　一级品
　　合格品
　　粘度等级（按GB/T3141）
　　32 46 68 100
　　32 46 68 100
　　32 46 68 100
　　—
　　运动粘度（40℃）/（mm2/s） ±10%
　　32 46 68 100
　　32 46 68 100
　　32 46 68 100
　　GB/T265
　　粘度指数① 不小于
　　90
　　90
　　90
　　GB/T1995
　　倾点②/℃ 不高于
　　-7
　　-7
　　-7
　　GB/T3535
　　闪点（开口）/℃ 不低于
　　180 180 195 195
　　180 180 195 195
　　180 180 195 195
　　GB/T3536
　　密度（20℃）/(kg/m3)
　　报告
　　报告
　　报告
　　GB/T1884
　　GB/T1885
　　酸值（mgKOH/g） 不大于
　　-
　　-
　　0.3
　　GB/T264
　　中和值（mgKOH/g） 不大于
　　报告
　　报告
　　-
　　GB/T4945
　　机械杂质
　　无
　　无
　　无
　　BG/T511
　　水分
　　无
　　无
　　无
　　GB/T260
　　破乳化值③（40-37-3）
　　54℃/min 不大于
　　82℃/min 不大于
　　15 15 30 -
　　- - - 30
　　15 15 30 -
　　- - - 30
　　15 15 30 -
　　- - - 30
　　GB/T7305
　　起泡性试验④/(mL/mL)
　　24℃ 不大于
　　93℃ 不大于
　　后24℃ 不大于
　　450/0
　　100/0
　　600/0
　　450/0
　　100/0
　　450/0
　　450/0
　　100/0
　　600/0
　　GB/T12579
　　氧化安定性⑤
　　(1)总氧化产物/%
　　沉淀物/%
　　(2)氧化后酸值达2.0mgKOH/g的时间/h
　　不小于
　　报告
　　报告
　　3000 3000 2000 2000
　　报告
　　报告
　　2000 2000 1500 1500
　　报告
　　报告
　　1500 1500 1000 1000
　　SH/T0124
　　GB/T12581
　　液相锈蚀试验（合成海水）
　　无锈
　　GB/T11143
　　铜片试验（100℃，3h）/级 不大于
　　1
　　GB/T5096
　　空气释放值⑥（50℃）/min 不大于
　　5 6 8 10
　　5 6 8 10
　　-
　　SH/T0308
　　（1）对中间基原油生产的汽轮机油，L-TSA合格品粘度指数允许不低于70；一级品粘度指数允许不低于80。根据生产和使用实际，经与用户协商，可不爱本标准限制。
　　（2）倾点指标，根据生产和使用实际，经与用户协商，可不受本标准限制。
　　（3）作为军用时，破乳化值由部队和生产厂双方协商。
　　（4）测起泡性试验时，只要泡沫未完全盖住油的表面，结果报告为”0”。
　　（5）氧化安定性为保证项目，一年抽查一次。
　　（6）对一级品中空气释放值根据生产和使用实际，经与用户协商可不爱本标准限制。
　　防锈汽轮机通常由深度精制的基础油，以及抗氧剂、防锈剂、金属钝化剂、抗泡剂等添加剂调制而成。它与符合GB2573-1981标准（该标准1991年已废除）的抗氧汽轮机相比，具有同样良好的抗乳化性和要求更高的抗氧化性，以及抗氧汽轮机油所不具备的良好的防锈性。除适用于原来抗氧汽轮机油所润滑的设备外，还可用于船舶汽轮机、燃气轮机等要求有良好的防锈能力的设备上。
　　一些用户认为防锈汽轮机油的质量不如抗氧汽轮机油（符合GB2537-1981）。理由是前者的酸值规格指标（不大于0.3mgKOH/g）高于后者（不大于0.03mg KOH/g）10倍；或者由于其所在行业的标准规定选用的汽轮机油酸值不得高于0.03mgKOH/g，而不敢选用防锈汽轮机油。其实，这是一个错误的认识。防锈汽轮机油的酸值之所以较高，不是由于其基础油的精制水平差或酸性物质多易造成锈蚀，实际上，其基础油与抗氧汽轮机油的基础油的精制程度是相同的（酸值同样不得高于0.03mgKOH/g）。它如此高的酸值来源于它用的一些酸值较高的防锈剂，如较常用的烯基丁二酸，其酸值高达300mgKOH/g，恰恰是由于这些到值较高的防锈剂赋予了油品良好的防锈能力。
　　②抗氨汽轮机油
　　在现代化肥工业中，合成氨用的压缩机常由汽轮机带动，压缩机和汽轮机共用一套润滑系统。该系统不能采用上述的防锈汽轮机油，因为防锈汽轮机中多使用酸性的防锈剂，这种酸性防锈剂与氨接触后会发生化学反应，生成白色的絮状沉淀物，导致油品性能变差，并会使联轴节失去动平衡，产生剧烈振动，引发事故。因此，就需要一种防锈剂不与氨起化学反应的防锈汽轮机油——即抗氨汽轮机油。
　　抗氨汽轮机油亦由深度精制的基础油和抗氧、防锈、抗泡等添加剂组成，它与防锈汽轮机油的主要差别在于防锈剂的选择，它不使用烯基丁二酸等羧酸类酸性防锈剂，因而不会与氨起反应。
　　抗氨汽轮机油（SH/T0362-1996）
　　项目
　　质量指标
　　试验方法
　　牌号
　　32
　　32D
　　46
　　68
　　GB/T3141
　　运动粘度（40℃）/（mm2/s）
　　28.8～35.2
　　28.8～35.2
　　41.4～50.6
　　62.2～74.8
　　GB/T265
　　粘度指数① 不小于
　　95
　　95
　　95
　　95
　　GB/T1995①
　　倾点②/℃ 不高于
　　-17
　　-27
　　-17
　　-17
　　GB/T3535
　　闪点（开口）/℃ 不低于
　　一等品为200，合格品为180
　　GB/T267
　　中和值（mgKOH/g）
　　加剂前
　　加剂后 不大于
　　报告
　　0.03
　　报告
　　0.03
　　报告
　　0.03
　　GB/T4945
　　灰分（加剂前）/% 不大于
　　0.005
　　0.005
　　0.005
　　GB/T508
　　水分
　　无
　　GB/T260
　　机械杂质
　　无
　　BG/T511
　　氧化安定性(酸值达2.0mgKOH/g的时间)/h
　　不小于
　　一等品为2000，合格品为1000
　　GB/T2581②
　　破乳化时间（54℃,40-47-3）mL/min
　　不大于
　　一等品32～46为15，68为20，合格品均为30
　　GB/T7305
　　液相锈蚀试验蒸馏水（24h）
　　无锈
　　无锈
　　无锈
　　GB/T1143③
　　抗氧性试验
　　合格
　　合格
　　合格
　　SH/T0302②
　　（1）中间基原油生产的抗氨汽轮机油粘度指数允许不低于70。
　　（2）氧化安定性和抗氨性试验作为保证项目，第年测定一次。
　　（3）液相锈蚀试验，15号钢棒材质的含碳量为0.15%～0.20%。
　　5）汽轮机油的选择
　　①根据汽轮机的类型选择汽轮机油的品种
　　如普通的汽轮机组可选择防锈汽轮机油，接触氨的汽轮机组须选择抗氨汽轮机油，减速箱载荷高、调速器润滑条件苛刻的汽轮机组须选择极压汽轮机油，而高温汽轮机则须选择难燃汽轮机油。
　　②根据汽轮机的轴转速选择汽轮机油的粘度等级
　　通常在保证润滑的前提下，应尽量选用粘度较小的油品。低粘度的油，其散热性和抗乳化性均较好。
　　③汽轮机油的应用情况
　　我国常用汽轮机油的应用情况见下表
　　汽轮机油的应用
　　汽轮机型式
　　转速/(r/min)
　　润滑部位
　　用油名称
　　电站汽轮
　　机组
　　大型
　　3000
　　滑动轴承
　　L-TSA32防锈汽轮机油
　　中、小型
　　1500
　　滑动轴承
　　减速齿轮
　　发电机轴承
　　L-TSA46防锈汽轮机油
　　液压控制系统
　　与润滑系统同一牌号的汽轮机油
　　水轮机
　　卧式
　　1000以上
　　径向轴承
　　止推轴承
　　L-TSA32防锈汽轮机油
　　1000以下
　　L-TSA46防锈汽轮机油
　　立式
　　大型
　　推力轴承
　　导轨轴承
　　L-TSA46、68防锈汽轮机油
　　中、小型
　　L-TSA46防锈汽轮机油
　　船舶用
　　汽轮机
　　军用船舰
　　大型远洋船
　　滑动轴承
　　减速齿轮
　　L-TSA68防锈汽轮机油
　　巨型远洋轮
　　L-TSA100防锈汽轮机油
　　船舶副机
　　3000以上
　　滑动轴承
　　L-TSA32防锈汽轮机油
　　3000以下
　　L-TSA46防锈汽轮机油
　　6）汽轮机油的使用管理
　　①汽轮机油的容器，包括储油缸、油桶和取样工具等必须洁净。尤其是在储运过程中，不能混入水、杂质和其他油品。不得用镀锌、或有磷酸锌涂层的铁桶及含锌的容器装油，以防油品与锌接触发生水解和乳化变质。
　　②新机加油或旧机检修后加油或换油前，必须将润滑油管路、油箱清洗干净，不得残留油污、杂质，尤其是如金属清洗剂等表面活性剂。合理的方法是先用少量油品把已清洗干净的管路循环冲洗一下，抽出后再进油，每次检修抽出的油品，应进行严格的过滤并经检验合格后，方可再次投入运行。
　　③汽轮机油的使用温度以40～60℃为宜，要经常调节汽轮机油冷却器的冷却水量或供油量，使轴承回油管温度控制在60℃左右。
　　④在机组的运行过程中，要防止漏气、漏水及其他杂质的污染。
　　⑤定期事不定期地将油箱底部沉积的水及杂质排出，以保持油品的洁净。
　　⑥定期或根据具体情况随机地对运行中的汽轮机油取样，观察油样的颜色和清洁度，并有针对性地对油样进行粘度、酸值、水分、杂质、水分离性、抗氧剂的含量等项目的分析。如变化过大，应及时换油。
　　下面是抗氨汽轮机油换油指标（SH/T0137-1993）和L-TSA汽轮机油换油指标（SH/T0636-1996）。
　　抗氨汽轮机油换油指标（SH/T0137-1992）
　　项目
　　换油指标
　　试验方法
　　运动粘度（40℃）变化率% 超过
　　±10
　　GB/T265
　　酸值/（mgKOH/g） 大于
　　0.2
　　GB/T264
　　闪点(开口)/℃ 比新油标准值低
　　8
　　GB/T267
　　水分/% 大于
　　0.1
　　GB/T260
　　破乳化时间/min 大于
　　80
　　GB/T7305
　　液相锈蚀试验（15号钢棒，24h）/蒸馏水
　　锈
　　GB/T11143
　　氧化安定性/min 小于
　　60
　　SH/T0193
　　抗氨性能试验
　　不合格
　　SH/T证0302
　　L-TSA汽轮机油换油指标（SH/T0636-1996）表格 1
　　项目
　　换油指标
　　试验方法
　　粘度等级（按GB3141）
　　32
　　46
　　68
　　100
　　-
　　运动粘度（40℃）变化率% 超过
　　±10
　　-
　　酸值/（mgKOH/g） 大于
　　0.1
　　GB/T264
　　闪点(开口)/℃ 低于
　　170
　　185
　　GB/T3536
　　破乳化值（40-37-3）mL,54℃/min 大于
　　40
　　60
　　GB/T7305
　　液相锈蚀试验（合成海水） 低于
　　轻锈
　　GB/T11143
　　氧化安定性/min 小于
　　60
　　SH/T0193

空空如

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