電動給水泵YOCQ422Y型液力耦合器可靠性分析

張 軼

（貴州西電電力股份有限公司黔北電廠，貴州金沙 551800）

0 引言

某火電廠4×300 MW 燃煤發(fā)電機(jī)組單臺機(jī)組設(shè)計(jì)有3 臺出力50%的給水泵，其中2 臺汽動，1 臺電動，運(yùn)行模式為2 運(yùn)1 備，其作用是為鍋爐供給水。2 臺汽動給水泵由小汽輪機(jī)驅(qū)動，機(jī)組正常運(yùn)行時投運(yùn)，1 臺電動給水泵作為機(jī)組啟停和汽動給水泵消缺使用，匹配YOCQ422Y 型液力耦合器。

1 YOCQ422Y 型液力耦合器

1.1 用途

YOCQ422Y 型液力耦合器是一種高速、大功率液力耦合傳動裝置，主要使用在300 MW 半容量火電廠鍋爐給水泵機(jī)組需要經(jīng)常變換轉(zhuǎn)速的機(jī)械。特點(diǎn)：可以實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速，在主機(jī)滑壓運(yùn)行和負(fù)載變化時，給水泵能在高效區(qū)和經(jīng)濟(jì)合理工況下運(yùn)行，達(dá)到降低廠用電的目的；實(shí)現(xiàn)無載或部分負(fù)載啟動，使給水泵容易啟動；保護(hù)機(jī)械設(shè)備，提高機(jī)組運(yùn)行的安全性和可靠性；簡化給水系統(tǒng)，便于實(shí)現(xiàn)全程調(diào)節(jié)和自動化；減少振動、緩和沖擊，提高機(jī)械設(shè)備壽命。

1.2 工作原理

YOCQ422Y 型液力耦合器主要由一對增速齒輪和耦合器組成，耦合器主要由泵輪、渦輪和渦輪套組成，泵輪通過增速齒輪與主電機(jī)相連，渦輪通過軸與給水泵相連。

主電機(jī)通過齒型聯(lián)軸器驅(qū)動大齒輪，帶動小齒輪和泵輪旋轉(zhuǎn)，當(dāng)泵輪和渦輪中充有液體時，由于泵輪葉片的作用，工作液體隨著旋轉(zhuǎn)，并由輪內(nèi)側(cè)流向外緣，形成高速高壓油流，沖向渦輪流道，液體由外緣流向內(nèi)側(cè)，并減少能量，當(dāng)減少能量的工作液體回到泵輪時，又重新增加能量；如此循環(huán)往復(fù)，工作液體在泵輪和渦輪之間進(jìn)行能量傳遞。為使工作液體運(yùn)動，泵輪和渦輪之間必須有一個滑差，如果改變泵輪與渦輪中工作液體的充油程度就可以平穩(wěn)改變渦輪轉(zhuǎn)速，只要把決定工作腔中油量多少的勺管適當(dāng)定位就可以達(dá)到目的。

液力耦合器按充滿油最小滑差時所能傳遞的額定功率進(jìn)行選擇。

1.3 結(jié)構(gòu)組成

耦合器由大齒輪轉(zhuǎn)子、小齒輪泵輪轉(zhuǎn)子、渦輪轉(zhuǎn)子、調(diào)速機(jī)構(gòu)、控制閥、離心齒輪泵、勺管排油結(jié)合部、過濾器、輔助泵、溢流閥（甲乙）、逆止閥（甲乙）、冷油器等部件組成。

1.4 油路系統(tǒng)控制及輔助設(shè)備

工作油和潤滑油使用同樣的油品，離心泵為工作油泵，齒輪泵為潤滑油泵，并組成一個部件，由輸入軸驅(qū)動，工作油和潤滑油有各自獨(dú)立的冷卻系統(tǒng)帶走工作中產(chǎn)生的熱量（冷油器參數(shù)見表1），保持耦合器在設(shè)計(jì)溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。

表1 液力耦合器冷油器設(shè)計(jì)參數(shù)

工作油路根據(jù)傳遞動力的需求調(diào)整進(jìn)、出工作腔的油量，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定傳輸動力，若出現(xiàn)油路堵塞或者傳遞的負(fù)荷超過允許值，工作腔中的油溫上升到160 ℃，易熔塞熔化噴油，工作腔油量減少，耦合器傳遞的力矩降低，起到保護(hù)設(shè)備的作用。

潤滑油系統(tǒng)設(shè)計(jì)有主、輔油泵，正常運(yùn)行時用主油泵工作，在給水泵啟動及故障停運(yùn)時運(yùn)行輔助油泵，其潤滑油系統(tǒng)不僅供耦合器各軸承，還供應(yīng)給水泵和電機(jī)軸承的潤滑油，油壓可調(diào)，正常油壓0.3 MPa，并設(shè)計(jì)低油壓保護(hù)，可靠性高。

2 液力耦合器運(yùn)行中頻繁發(fā)生的故障

單臺發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時運(yùn)行2 臺汽泵，電動給水泵作為熱備用，一旦汽泵故障，電動給水泵必須立即投運(yùn)。該廠4×300 MW 機(jī)組投產(chǎn)至今，多次發(fā)生汽泵故障需要電動給水泵投運(yùn)時，啟動電動給水泵幾分鐘后內(nèi)因?yàn)轳詈掀魍邷爻瑯?biāo)而失備，機(jī)組被迫降負(fù)荷運(yùn)行，檢查發(fā)現(xiàn)均是耦合器易熔塞熔化泄漏高溫油噴灑到軸承上造成，更換易熔塞后投運(yùn)正常；另一種情況是電動給水泵連續(xù)運(yùn)行2 d 后工作油溫逐步升高超過設(shè)計(jì)值110 ℃或者軸承溫度超過90 ℃，導(dǎo)致易熔塞熔化或瓦面被熔化而趕瓦失備，機(jī)組也被迫降負(fù)荷運(yùn)行；每臺機(jī)組的電動給水泵連續(xù)運(yùn)行3 d 的情況很少，該問題已經(jīng)影響到機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

液力耦合器運(yùn)行中故障統(tǒng)計(jì)見表2，主要有工作油溫高造成的易熔塞熔化、瓦面損傷造成的軸承超溫、冷油器臟污造成工作油溫高等。其中冷油器臟污快，換熱效果降低后造成工作油溫高而熔化易熔塞，易熔塞熔化噴油到軸承上停運(yùn)不及時會發(fā)生軸承超溫而損傷瓦面。

3 故障分析及解決辦法

表2 液力耦合器故障統(tǒng)計(jì)（2017年4月～2018年3月）

從表2 分析，液力耦合器故障中易熔塞熔化故障最多，其次是冷油器臟污和瓦面損壞超溫，綜合分析，冷油器臟污頻繁，換熱效果差，導(dǎo)致工作油溫度高，進(jìn)而引發(fā)易熔塞熔化和軸承超溫?fù)p壞。根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)檢修情況分析，只要易熔塞熔化，都會發(fā)生2T 瓦和5 瓦溫度快速上升，這是易熔塞溶化后高溫油噴灑到2T 瓦和5 瓦軸承座上造成，若停運(yùn)不及時，瓦面必然損壞。再結(jié)合液力耦合器連續(xù)運(yùn)行3 d 內(nèi)必發(fā)生工作油溫逐漸升高，造成軸承超溫跳泵失備分析，說明液力耦合器運(yùn)行中產(chǎn)生的熱量沒有被冷油器完全帶走，熱量逐步累積造成工作油溫度升高。分析清洗工作油和潤滑油冷油器的情況，板式冷油器水側(cè)結(jié)垢、淤泥和雜物堵塞通道的情況特別明顯，每次清洗完冷油器投運(yùn)后，液力耦合器的工作油溫和軸承溫度有明顯的下降（見表3 中2017年3月運(yùn)行參數(shù)），但保持時間不到一個月，溫度又會升高（見表3 中2017年4月運(yùn)行參數(shù)），證明冷油器冷卻效果不穩(wěn)定是造成故障的主要原因。

由于電動給水泵是熱備用，即使給水泵沒有運(yùn)行，但冷卻水系統(tǒng)和油系統(tǒng)一直投運(yùn)，因此，即使定期清洗冷油器，在需要電動給水泵運(yùn)行時冷油器還有可能是臟污的，冷卻效果不好而造成工作油溫超標(biāo)。

檢查冷油器的冷卻水源，是直接取用河中補(bǔ)水，沒有進(jìn)行預(yù)處理，而該補(bǔ)水硬度高、淤泥和雜物多，結(jié)合該廠輔機(jī)使用板式冷油器的運(yùn)行情況，板式冷油器的輔機(jī)均存在冷油器清洗間隔時間短，維護(hù)成本高的問題，因此冷油器的冷卻效果不穩(wěn)定是工作油溫超標(biāo)的主要原因。

根據(jù)原因分析，要提高冷油器的冷卻效果，只有對冷油器進(jìn)行改造，根據(jù)現(xiàn)場的布置情況和成本綜合考慮，本著實(shí)用、可靠和節(jié)約的原則，在保持原冷油器不變的情況下，在工作冷油器系統(tǒng)串聯(lián)一個50 m2的管式冷油器來提高冷卻效率，達(dá)到降低工作油溫度的目的，改造后系統(tǒng)見圖1。

4 改造效果

2018年7月，對3#機(jī)組電動給水泵液力耦合器的工作油冷卻系統(tǒng)增裝1 臺50 m2的管式冷油器后，在相同負(fù)荷下，與改造前相比，工作油溫最大降幅20 ℃，軸承溫度最大降幅18 ℃（表3），均在允許范圍內(nèi)，電動給水泵連續(xù)一周沒有發(fā)生故障，改造達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。鑒于此，另外3 臺電動給水泵液力耦合器冷油器改造工作于2018年10月前全部完成。至今，各臺電動給水泵液力耦合器運(yùn)行穩(wěn)定，電動給水泵液力耦合器可靠性低的問題得到解決。

表3 液力耦合器油溫、瓦溫改造前后運(yùn)行參數(shù)

5 結(jié)語

給水泵液力耦合器易熔塞頻繁燒壞的原因是工作中產(chǎn)生的熱量不能及時帶走，累積超溫導(dǎo)致易熔塞熔化而失備。熱量不平衡的原因是冷油器冷卻效果達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，應(yīng)該是容易發(fā)現(xiàn)的問題，但由于一直懷疑設(shè)計(jì)有問題，解決問題的方向錯誤，以致走了彎路。對于輔機(jī)冷卻水直接引用原水而沒有進(jìn)行預(yù)處理，建議選用管式冷油器可靠性更高些；若選用板式冷油器，則需對冷卻水預(yù)處理，以減少水中的雜物。