淺談水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)油質(zhì)污染與控制

李劍　張艷珍

水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是一個(gè)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中不可避免地會(huì)受到污染，各種污染雜質(zhì)隨著油液在系統(tǒng)循環(huán)過(guò)程中，使調(diào)速系統(tǒng)某些性能指標(biāo)下降，嚴(yán)重時(shí)甚至使系統(tǒng)不能正常工作。水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)大多使用的是汽輪機(jī)油，由于是開(kāi)放式長(zhǎng)管路的液壓系統(tǒng)，因此，為了確保調(diào)速系統(tǒng)的正?？煽窟\(yùn)行，延長(zhǎng)其使用壽命，必須加強(qiáng)對(duì)油液污染的控制。

1.油液污染的原因

油液污染是由存在于油液中的污染物所造成的，就其狀態(tài)而言，污染物有固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)三種類型。侵入調(diào)速系統(tǒng)油液中的污染物主要來(lái)源于四個(gè)方面。

1.1系統(tǒng)內(nèi)的殘留污染物

（1）被污染的新的汽輪機(jī)油。在機(jī)油制造過(guò)程中，廠家都會(huì)嚴(yán)格執(zhí)行GBL11181—94標(biāo)準(zhǔn)。但在儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中，尤其是用戶的散裝油罐或油桶中，可能會(huì)殘存氧化皮、銹粒等一些雜質(zhì)，在注入調(diào)速系統(tǒng)的操作過(guò)程中，也很容易帶入金屬、石英和纖維等雜質(zhì)。

（2）新的調(diào)速設(shè)備往往包含一定數(shù)量的殘留污染物。電站現(xiàn)場(chǎng)的管路安裝設(shè)備，在裝配過(guò)程中和沖洗零部件過(guò)程中，不可避免地會(huì)有一些殘留物。

1.2工作期間所產(chǎn)生的污染物

調(diào)速器液壓元件磨損產(chǎn)生的磨屑、管道的銹蝕、高溫及高壓下致使液壓油發(fā)生氧化變質(zhì)分解和生成瀝青等雜質(zhì)。

侵入污染是指周圍環(huán)境中的雜質(zhì)進(jìn)入到調(diào)速器液壓系統(tǒng)，使液壓油受到污染。調(diào)速系統(tǒng)設(shè)備在使用過(guò)程中尤其是新建電站在安裝初期，周圍環(huán)境比較惡劣就很容易造成侵入污染。侵入污染的途徑主要有以下幾個(gè)方面。

（1）回油箱與大氣相通的通氣口。調(diào)速器液壓系統(tǒng)工作過(guò)程中因流量變化和溫度的變化，會(huì)使油箱中液位發(fā)生變化。因此，油箱上必須留有通氣孔使空氣進(jìn)出油箱，這就造成了通氣孔上空氣雜質(zhì)侵入。

（2）主接力器、主配壓閥的閥芯及受油器密封處。接力器活塞桿密封處雖然設(shè)有密封圈和防塵圈，但防塵圈對(duì)精細(xì)污染的有效性不可能是100%的，粘附在外伸活塞桿上的附著物被帶進(jìn)缸內(nèi)進(jìn)入液壓系統(tǒng)。

（3）維修過(guò)程中造成污染。在打開(kāi)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行維修時(shí)，極有可能使砂子、金屬顆粒、塵埃以及纖維等雜質(zhì)侵入。正常運(yùn)行的液壓件，如油泵、接力器、主配壓閥、比例伺服閥等都會(huì)產(chǎn)生少量顆粒，這些污染粒子經(jīng)過(guò)“冷作硬化”硬度會(huì)更高，會(huì)進(jìn)一步造成表面磨損，產(chǎn)生新的污染粒子。在較高的油溫下，液壓油發(fā)生氧化反應(yīng)，生成一些膠狀沉淀物對(duì)調(diào)速系統(tǒng)具有破壞性。

1.3進(jìn)入油液的氣體

水輪機(jī)調(diào)速油系統(tǒng)多是開(kāi)放式液壓系統(tǒng)，且壓縮空氣和液壓油無(wú)隔離的混裝在同一油罐內(nèi)，空氣極易進(jìn)入油系統(tǒng)。

1.4油液中混入的水分

開(kāi)放式油系統(tǒng)在空氣濕度較大的地區(qū)，系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后，油液中會(huì)混入水分。在轉(zhuǎn)槳式機(jī)組中，由于槳葉密封不好，也曾出現(xiàn)過(guò)河水直接進(jìn)入油系統(tǒng)的狀況。

2.油液污染造成的危害

調(diào)速系統(tǒng)油液的污染，會(huì)給系統(tǒng)和設(shè)備工作帶來(lái)許多危害，如系統(tǒng)不能正常工作、加速元件磨損、設(shè)備使用壽命降低等。

（1）污染物會(huì)使調(diào)速器節(jié)流孔或阻尼孔堵塞造成系統(tǒng)工作不正?；虿荒芄ぷ?，使運(yùn)動(dòng)中的零部件卡死造成設(shè)備不能正常運(yùn)行。

（2）污染物會(huì)加速油泵、主接力器、主配壓閥的磨損，引起調(diào)速系統(tǒng)裝置內(nèi)泄漏量的增加、滑動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)的間隙增大。如油泵轉(zhuǎn)動(dòng)件的間隙增大使顆粒雜質(zhì)很容易嵌入間隙中，最終造成油泵噪聲增大，工作效率降低，甚至使螺桿泵卡死。

（3）污染物還會(huì)引起滑閥閥芯卡死造成事故。若閥體上有顆粒雜質(zhì)使得閥芯不能完全關(guān)閉閥口，當(dāng)閥芯再次開(kāi)啟時(shí)，該顆粒會(huì)被工作介質(zhì)沖走，但另外的顆粒雜質(zhì)會(huì)再次進(jìn)入而發(fā)生同樣的問(wèn)題，使得電液轉(zhuǎn)換器、電液比例閥、引導(dǎo)閥等液壓元件工作時(shí)好時(shí)壞。

（4）氣體進(jìn)入油液會(huì)引起系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，主接力器出現(xiàn)沖擊或“爬行”，油泵出現(xiàn)“氣穴”或“空蝕”等不正常現(xiàn)象而造成主配壓閥振動(dòng)。

（5）液壓油中混入水分使油液變質(zhì)，不僅腐蝕零件表面，影響密封圈的工作性能。同時(shí)降低了液壓油的粘度，影響調(diào)速器液壓系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。

3.油液污染物的分析及測(cè)定

3.1污染物的分析

（1）光譜分析法。應(yīng)用光譜學(xué)原理來(lái)確定物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分的分析方法。

（2）掃描電鏡法。利用高能電子束在試樣上掃描而激發(fā)出各種物理信息通過(guò)對(duì)這些信息的接收、放大和顯示以進(jìn)行試樣的分析。

（3）鐵譜分析法。主要用于檢測(cè)油液中與磨損過(guò)程有關(guān)的金屬磨粒。

3.2油液污染物的測(cè)定

（1）重量法。以測(cè)定單位容積液壓油中所含顆粒污染物的質(zhì)量，通常用mg/L或mg/100L表示。其具體內(nèi)容和步驟在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO4405中已作了具體說(shuō)明和規(guī)定。

（2）自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)器法。根據(jù)其原理和類型不同又分為遮光型顆粒計(jì)數(shù)器、光散射型顆粒計(jì)數(shù)器和電阻型自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)器。

（3）半定量污染度測(cè)定法。這種方法使用的設(shè)備簡(jiǎn)單，檢測(cè)時(shí)間短，操作簡(jiǎn)便，是一種適合于電站現(xiàn)場(chǎng)油液污染分析的簡(jiǎn)易方法。根據(jù)其原理不同半定量污染度測(cè)定法又分為以下幾個(gè)方面。

1）顯微鏡比較法。即將過(guò)濾樣液制成的樣片在專用顯微鏡下與標(biāo)準(zhǔn)污染度等級(jí)的樣片進(jìn)行比較便可大致確定樣液的污染度等級(jí)。

2）濾網(wǎng)堵塞法。當(dāng)污染油液通過(guò)濾網(wǎng)時(shí)，油液中的顆粒污染物被濾網(wǎng)所收集，使網(wǎng)膜逐漸堵塞，造成流量和壓差發(fā)生變化。因此，可通過(guò)檢測(cè)與流量或壓差有關(guān)的參數(shù)，便可確定油液的污染度。

4.油液污染控制的一般方法

固體顆粒是調(diào)速器液壓系統(tǒng)中危害作用最大的污染物，控制它最直接、最有效的方法，首先是在系統(tǒng)的適當(dāng)位置，采用高效能的濾油器，不斷地濾除工作中產(chǎn)生的和外界侵入的污染物。其次，還必須針對(duì)污染物的來(lái)源，采取各種必要的控制措施，最大限度地消除污染源，切斷污染途徑。

4.1液壓油的過(guò)濾與凈化

濾油器的安裝位置及過(guò)濾精度、通流能力選擇的正確與否，是調(diào)速器液壓系統(tǒng)能否正常工作的關(guān)鍵所在。濾油器按其安裝位置的不同分以下幾種：

（1）安裝在泵的吸油口。該方式主要是防止大的污染粒子進(jìn)入系統(tǒng)，要求通油能力是泵流量數(shù)倍以上，過(guò)濾精度為50～150μm的濾油器。

（2）安裝在泵的出口處或精密液壓件的入口處。對(duì)系統(tǒng)和精密元件進(jìn)行有效的保護(hù)，選擇濾芯能承受相應(yīng)壓力、過(guò)濾精度較高的濾油器。

（3）安裝在回油路上。在系統(tǒng)回油路中的濾油器可將侵入系統(tǒng)和系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的污染物，在流回油箱之前濾掉，為油泵提供清潔的油液。

（4）系統(tǒng)外過(guò)濾是由單獨(dú)的液壓泵對(duì)油箱內(nèi)的油液進(jìn)行循環(huán)過(guò)濾，它可有效地保護(hù)調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)的各主要液壓元件。

4.2加強(qiáng)調(diào)速設(shè)備的使用維護(hù)與油液的管理工作

（1）減少油液中固有的污染物。（2）防止污染物侵入系統(tǒng)對(duì)調(diào)速器液壓系統(tǒng)造成侵害。

4.3提高工作油壓

我國(guó)調(diào)速器油液污染控制的主要問(wèn)題是技術(shù)不夠普及，管理不夠完善，科研成國(guó)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的周期較長(zhǎng)等等，因此，我們必須在進(jìn)行污染控制科學(xué)研究的同時(shí)，注重污染控制技術(shù)的宣傳和普及工作，具體工作可從以下幾個(gè)方面著手。

（1）加強(qiáng)污染控制重要性的宣傳普及污染控制知識(shí)。

（2）采用先進(jìn)技術(shù)和關(guān)鍵儀器設(shè)備推廣先進(jìn)的油液分析狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)。

（3）對(duì)調(diào)速器液壓系統(tǒng)進(jìn)行主動(dòng)預(yù)防性維護(hù)，以監(jiān)測(cè)閥件失效的根源性參數(shù)，并及時(shí)糾正異常工況，確保設(shè)備健康的工作狀態(tài)，最大限度地延長(zhǎng)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)備和元部件的使用壽命。

（4）增強(qiáng)電站從事油液污染控制人員的技術(shù)素質(zhì)。

綜上所述，油液對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)尤如血液對(duì)于人體的關(guān)系，油液污染控制對(duì)提高系統(tǒng)的可靠性和延長(zhǎng)其使用壽命是極其重要的?？刂朴鸵何廴旧婕懊鎻V，首先是電站主管生產(chǎn)、設(shè)備的部門要高度重視這項(xiàng)工作，調(diào)速設(shè)備運(yùn)行維護(hù)部門要對(duì)有關(guān)人員進(jìn)行油液污染控制方面的知識(shí)培訓(xùn)，同時(shí)應(yīng)強(qiáng)化油液管理完善管理體制，購(gòu)置必要的油質(zhì)檢測(cè)儀器設(shè)備，以確保這項(xiàng)工作的順利進(jìn)行。 [科]