電動給水泵偶合器汽蝕分析

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(黑龍江省火電第一工程公司，哈爾濱 150090)

0 引 言

2014年3月19日9時、黑龍江省火電一公司承攬工程#1機給水泵液力偶合器在試運行中，運行人員發(fā)現(xiàn)振動大，立即匯報調(diào)試人員并密切監(jiān)視液力偶合器振動；進行小汽機沖轉(zhuǎn)前的準備工作。發(fā)現(xiàn)油箱油煙較大，初步分析可能為油中有氣泡或液力偶合器易熔塞熔化。

2014年3月19日15時，并入汽動給水泵運行，停電動機水泵運行，發(fā)現(xiàn)勺管零位，轉(zhuǎn)速為500 rpm,初步判斷為電泵液力偶合器易融塞融化。19∶58汽泵跳閘，立即啟動電泵運行，開啟出門口(B側(cè)空預(yù)器跳閘，輔助電機聯(lián)動正常)，查電泵無出力(勺管50%的開度，其轉(zhuǎn)速僅1 600 rpm，出口壓力不變)。匯報運指揮和調(diào)試同意，立即啟動A汽泵前置泵，恢復(fù)A小機運行，向汽包上水(期間停運B給煤機、磨煤機運行)。20∶09請示調(diào)試，將電泵停運，從上述現(xiàn)象初步判斷為電泵液力偶合器易融塞融化，通知化學(xué)化驗電泵油質(zhì)。

1 故障分析

(1)據(jù)偶合器的部分充液特性可以看出，偶合器傳遞的扭矩的能力隨充液量減少而減少。在充液量q=0.2～0.6的范圍內(nèi)，扭矩曲線不光滑，這是由于渦輪轉(zhuǎn)速降低，工作腔的環(huán)流結(jié)構(gòu)在大循環(huán)和小循環(huán)之間變化。這是處于不穩(wěn)定區(qū)，使傳動裝置強烈擾動。

(2)目前，偶合器轉(zhuǎn)速比i=20%～98%范圍內(nèi)工作，當(dāng)轉(zhuǎn)速比i<40%以下，液力偶合器中工作油溫升溫很快，偶合器運行不穩(wěn)定。這是因為轉(zhuǎn)速比小，工作油回油量極少，工作油冷油器中油量相應(yīng)的減少，使偶合器油溫上升，所以i<40%不足取。因此，為了可靠的穩(wěn)定工作，一般只取i>70%作為自動變速調(diào)節(jié)范圍，而在40%～70%宜以手動操作，以滿足啟動點火工況，不宜在67%～97%以外長期運行。

(3)工作輪葉片氣穴和氣蝕的機理分析

①液力系統(tǒng)大部分故障也并不是突然發(fā)生的，一般總有一些預(yù)兆，如噪聲、振動、沖擊、“氣穴”和“氣蝕”等?！皻庋ā焙汀皻馕g”是指流動液體的壓力在局部范圍內(nèi)下降到“飽和蒸汽壓力”或“空氣分離壓力”，出現(xiàn)由于水蒸氣的產(chǎn)生和溶解以及空氣的分離而產(chǎn)生氣泡的現(xiàn)象，即為“氣穴”現(xiàn)象。當(dāng)氣泡隨著油液流入高壓區(qū)時，便突然收縮，而原來所占據(jù)的空間形成真空。此時四周的液體質(zhì)點以極大的速度沖向真空區(qū)域，在高壓下氣泡破裂而產(chǎn)生局部液壓沖擊，將質(zhì)點的動能突然轉(zhuǎn)換為壓能。而在管壁或元件的表面上，因長期承受液壓沖擊和高溫作用而逐漸腐蝕，表面剝落形成小坑，這種現(xiàn)象稱為“氣蝕”。

②“氣穴”和“氣蝕”是液壓和液力系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)的不利現(xiàn)象。

“氣穴”的產(chǎn)生與”氣穴”的危害一般來說石油基液壓油在大氣壓力和室溫下通常能吸收大約9%(按體積計算)的空氣，這些空氣溶解在油液中，但并不改變油液的粘性。溶解于油液中的空氣量與油液流體表面所接觸的空氣壓力有關(guān)。在給定溫度下，空氣在油液中的可溶度與系統(tǒng)壓力成正比。在標準大氣壓下，油中大約含有9%(按體積計算)的空氣。也就是說，這部分空氣被強迫溶入油內(nèi)，直到壓力或溫度下降時才會溢出。而分解溢出的速度除與壓力、溫度有關(guān)外，還與流體的擾動及化學(xué)成分等因素有關(guān)。由于油液來不及填充泵腔，從而形成低壓。當(dāng)壓力低到油的”空氣分力壓“時，油液內(nèi)溶解的空氣就會大量的分解出來，有歷程氣泡。如果形成的壓力極低，以至于達到油的“飽和蒸汽壓”時，則油的蒸汽和空氣一起大量析出，形成油的沸騰現(xiàn)象。而氣泡在被擊破的瞬間，局部范圍內(nèi)會產(chǎn)生幅值很大的高頻沖擊力，還伴有局部高溫。這種高頻液壓沖擊作用，一方面在工作構(gòu)件的金屬表面引起破壞作用，產(chǎn)生金屬剝落、麻點等現(xiàn)象，因此被稱為“氣蝕”或“氣穴”現(xiàn)象;

③“氣蝕”現(xiàn)象的產(chǎn)生激發(fā)出高頻噪聲。易引起工作液油變質(zhì)，并且增加了噪聲污染。而混入油中的空氣通常呈細小的氣泡狀態(tài)懸浮在油中，使油顏色變黃并混濁，這些氣泡隨著油液不斷地流入工作輪。液壓泵吸入帶有空氣泡的油后，在低壓處空氣泡膨脹，而當(dāng)進入壓力區(qū)后，混入其中的空氣泡受到劇烈的壓縮，導(dǎo)致其破裂并在壓力油中溶解。這樣也會產(chǎn)生“氣穴”的現(xiàn)象，因而使噪聲增加。

采用消泡性好工作油液，或在液壓油中加入消泡劑，使油箱中氣泡很快上浮而消失。

(4)運行方式分析

我們對液力偶合器轉(zhuǎn)速比的工作范圍，總是希望越寬越好，或者說，對制造廠的轉(zhuǎn)差率的允許范圍希望越寬越好，特別是轉(zhuǎn)差率的下限常成為液力偶合器優(yōu)劣的標志之一。

調(diào)速型液力偶合器，一般可在轉(zhuǎn)速比i=20%～98%范圍內(nèi)工作，給水泵技術(shù)協(xié)議調(diào)速范圍20%～97.2%。 實際上，當(dāng)轉(zhuǎn)速比i<40%以下(例如：有電廠規(guī)定，當(dāng)給水泵出口壓力小于6 MPa，出口門閉鎖)，液力偶合器中的工作油溫升溫很快，偶合器運行不穩(wěn)定。這是因為轉(zhuǎn)速比小，工作油回油量極少，工作油冷油器中的油量相應(yīng)的減少，使偶合器油溫上升，所以i<40%不足取。

同時，工作油回油量較少，相對地葉輪里空氣占有量便增多，而空氣為可壓縮氣體，于是造成偶合器工作的不穩(wěn)定性(氣蝕)。因此，為了可靠的穩(wěn)定工作，一般只取i>70%作為自動變速調(diào)節(jié)范圍，而在40%～70%宜以手動操作，以滿足啟動點火工況，不宜在67%～97%以外長期運行。

(5)進行偶合器工作油量的調(diào)整

①偶合器在運行中，在較大的范圍內(nèi)，工作有溫升大于40度，可能減小偶合器的調(diào)節(jié)范圍，原因同上，可能產(chǎn)生偶合器的氣蝕。

②進行偶合器在帶正常負荷下的精確實驗：

目的是發(fā)現(xiàn)工作油溫升高的問題，應(yīng)測量偶合器進油滑閥的位置、供油量與油溫；勺管及回油量；有的含氣量；進油量及壓力和回油壓力；工作有冷卻器、潤滑油冷卻器冷卻水量和溫升。

③在測量的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)解決工作有溫升大于40度問題，增大偶合器的調(diào)節(jié)范圍，排除可能產(chǎn)生氣蝕的因素。

④控制閥必須輸送一定數(shù)量油至偶合器以補償耗散的油量，調(diào)油量凸輪片通過控制閥芯來控制與勺管位置保持一致的油量。在既定的運行工況點，油溫過高，可以通過控制閥(32)來改變油量，即可通過下列兩種方法中的任何一種方法來調(diào)整：調(diào)整凸輪片轉(zhuǎn)動+13；松開螺釘后，取下?lián)跗皩?dǎo)向銷，并向“+”方向轉(zhuǎn)動滑套(乙)(“+”使油量增加)，然后將導(dǎo)向銷擋片及螺釘重新裝上。曾修正凸輪片，銼磨凸輪片，減少了循環(huán)油量。建議按試驗，觀察工作油溫的變化情況。

由于在運行中，在較大的范圍內(nèi)，工作油溫升大于4度，可能減

小了偶合器的調(diào)節(jié)能力。

2 根據(jù)此類故障的發(fā)生提出幾點建議

(1)當(dāng)運行人員發(fā)現(xiàn)給泵出口流量下降不明、勺管與轉(zhuǎn)速(在流量、揚程、出口壓力相同條件下)存在較大偏差，液偶油箱泡沫較多時，應(yīng)檢測液偶箱體溫度，確證液偶易熔塞熔化后，迅速將故障液偶勺管滑至零位，應(yīng)立即停泵。

(2)當(dāng)液偶箱體溫度超過100 ℃、渦輪推力瓦溫度超過75 ℃及工作油溫超過105 ℃應(yīng)報警。

(3)調(diào)整好執(zhí)行機構(gòu)的限位，防止液偶超負荷運行。

(4)采用變速給水泵給水的全程控制系統(tǒng)要求給水泵必須運行在其安全工作區(qū)內(nèi)；DCS給水系統(tǒng)也要求有給水泵安全工作區(qū)保護回路，既將給水泵上限特性、下限特性、泵最高轉(zhuǎn)速、泵最低轉(zhuǎn)速、泵出口最高壓力、泵出口最高壓力曲線在控制系統(tǒng)加以限制，保證給水泵運行在安全工作區(qū)內(nèi)。

(5)在不影響給水調(diào)節(jié)品質(zhì)的情況下，應(yīng)對加勺管的速率進行限制，以避免由于自動和人為增減加勺管過快可能造成易熔塞熔化。

[1] 火電廠給水泵的液力偶合器.[蘇]A.H.圖爾金著.黃錫康，陳思琦譯.

[2] 大型調(diào)速電動給水泵[M].北京：水力電力出版社.

[3] 大型火電廠高速給水泵.馬文智著[M].北京：水力電力出版社.

[4] 液壓傳動及液力傳動[M].北京：高等教育出版社.