电动给水泵偶合器汽蚀分析

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(黑龙江省火电第一工程公司，哈尔滨 150090)

0 引 言

2014年3月19日9时、黑龙江省火电一公司承揽工程#1机给水泵液力偶合器在试运行中，运行人员发现振动大，立即汇报调试人员并密切监视液力偶合器振动；进行小汽机冲转前的准备工作。发现油箱油烟较大，初步分析可能为油中有气泡或液力偶合器易熔塞熔化。

2014年3月19日15时，并入汽动给水泵运行，停电动机水泵运行，发现勺管零位，转速为500 rpm,初步判断为电泵液力偶合器易融塞融化。19∶58汽泵跳闸，立即启动电泵运行，开启出门口(B侧空预器跳闸，辅助电机联动正常)，查电泵无出力(勺管50%的开度，其转速仅1 600 rpm，出口压力不变)。汇报运指挥和调试同意，立即启动A汽泵前置泵，恢复A小机运行，向汽包上水(期间停运B给煤机、磨煤机运行)。20∶09请示调试，将电泵停运，从上述现象初步判断为电泵液力偶合器易融塞融化，通知化学化验电泵油质。

1 故障分析

(1)据偶合器的部分充液特性可以看出，偶合器传递的扭矩的能力随充液量减少而减少。在充液量q=0.2～0.6的范围内，扭矩曲线不光滑，这是由于涡轮转速降低，工作腔的环流结构在大循环和小循环之间变化。这是处于不稳定区，使传动装置强烈扰动。

(2)目前，偶合器转速比i=20%～98%范围内工作，当转速比i<40%以下，液力偶合器中工作油温升温很快，偶合器运行不稳定。这是因为转速比小，工作油回油量极少，工作油冷油器中油量相应的减少，使偶合器油温上升，所以i<40%不足取。因此，为了可靠的稳定工作，一般只取i>70%作为自动变速调节范围，而在40%～70%宜以手动操作，以满足启动点火工况，不宜在67%～97%以外长期运行。

(3)工作轮叶片气穴和气蚀的机理分析

①液力系统大部分故障也并不是突然发生的，一般总有一些预兆，如噪声、振动、冲击、“气穴”和“气蚀”等。“气穴”和“气蚀”是指流动液体的压力在局部范围内下降到“饱和蒸汽压力”或“空气分离压力”，出现由于水蒸气的产生和溶解以及空气的分离而产生气泡的现象，即为“气穴”现象。当气泡随着油液流入高压区时，便突然收缩，而原来所占据的空间形成真空。此时四周的液体质点以极大的速度冲向真空区域，在高压下气泡破裂而产生局部液压冲击，将质点的动能突然转换为压能。而在管壁或元件的表面上，因长期承受液压冲击和高温作用而逐渐腐蚀，表面剥落形成小坑，这种现象称为“气蚀”。

②“气穴”和“气蚀”是液压和液力系统中经常出现的不利现象。

“气穴”的产生与”气穴”的危害一般来说石油基液压油在大气压力和室温下通常能吸收大约9%(按体积计算)的空气，这些空气溶解在油液中，但并不改变油液的粘性。溶解于油液中的空气量与油液流体表面所接触的空气压力有关。在给定温度下，空气在油液中的可溶度与系统压力成正比。在标准大气压下，油中大约含有9%(按体积计算)的空气。也就是说，这部分空气被强迫溶入油内，直到压力或温度下降时才会溢出。而分解溢出的速度除与压力、温度有关外，还与流体的扰动及化学成分等因素有关。由于油液来不及填充泵腔，从而形成低压。当压力低到油的”空气分力压“时，油液内溶解的空气就会大量的分解出来，有历程气泡。如果形成的压力极低，以至于达到油的“饱和蒸汽压”时，则油的蒸汽和空气一起大量析出，形成油的沸腾现象。而气泡在被击破的瞬间，局部范围内会产生幅值很大的高频冲击力，还伴有局部高温。这种高频液压冲击作用，一方面在工作构件的金属表面引起破坏作用，产生金属剥落、麻点等现象，因此被称为“气蚀”或“气穴”现象;

③“气蚀”现象的产生激发出高频噪声。易引起工作液油变质，并且增加了噪声污染。而混入油中的空气通常呈细小的气泡状态悬浮在油中，使油颜色变黄并混浊，这些气泡随着油液不断地流入工作轮。液压泵吸入带有空气泡的油后，在低压处空气泡膨胀，而当进入压力区后，混入其中的空气泡受到剧烈的压缩，导致其破裂并在压力油中溶解。这样也会产生“气穴”的现象，因而使噪声增加。

采用消泡性好工作油液，或在液压油中加入消泡剂，使油箱中气泡很快上浮而消失。

(4)运行方式分析

我们对液力偶合器转速比的工作范围，总是希望越宽越好，或者说，对制造厂的转差率的允许范围希望越宽越好，特别是转差率的下限常成为液力偶合器优劣的标志之一。

调速型液力偶合器，一般可在转速比i=20%～98%范围内工作，给水泵技术协议调速范围20%～97.2%。 实际上，当转速比i<40%以下(例如：有电厂规定，当给水泵出口压力小于6 MPa，出口门闭锁)，液力偶合器中的工作油温升温很快，偶合器运行不稳定。这是因为转速比小，工作油回油量极少，工作油冷油器中的油量相应的减少，使偶合器油温上升，所以i<40%不足取。

同时，工作油回油量较少，相对地叶轮里空气占有量便增多，而空气为可压缩气体，于是造成偶合器工作的不稳定性(气蚀)。因此，为了可靠的稳定工作，一般只取i>70%作为自动变速调节范围，而在40%～70%宜以手动操作，以满足启动点火工况，不宜在67%～97%以外长期运行。

(5)进行偶合器工作油量的调整

①偶合器在运行中，在较大的范围内，工作有温升大于40度，可能减小偶合器的调节范围，原因同上，可能产生偶合器的气蚀。

②进行偶合器在带正常负荷下的精确实验：

目的是发现工作油温升高的问题，应测量偶合器进油滑阀的位置、供油量与油温；勺管及回油量；有的含气量；进油量及压力和回油压力；工作有冷却器、润滑油冷却器冷却水量和温升。

③在测量的基础上，系统解决工作有温升大于40度问题，增大偶合器的调节范围，排除可能产生气蚀的因素。

④控制阀必须输送一定数量油至偶合器以补偿耗散的油量，调油量凸轮片通过控制阀芯来控制与勺管位置保持一致的油量。在既定的运行工况点，油温过高，可以通过控制阀(32)来改变油量，即可通过下列两种方法中的任何一种方法来调整：调整凸轮片转动+13；松开螺钉后，取下挡片及导向销，并向“+”方向转动滑套(乙)(“+”使油量增加)，然后将导向销挡片及螺钉重新装上。曾修正凸轮片，锉磨凸轮片，减少了循环油量。建议按试验，观察工作油温的变化情况。

由于在运行中，在较大的范围内，工作油温升大于4度，可能减

小了偶合器的调节能力。

2 根据此类故障的发生提出几点建议

(1)当运行人员发现给泵出口流量下降不明、勺管与转速(在流量、扬程、出口压力相同条件下)存在较大偏差，液偶油箱泡沫较多时，应检测液偶箱体温度，确证液偶易熔塞熔化后，迅速将故障液偶勺管滑至零位，应立即停泵。

(2)当液偶箱体温度超过100 ℃、涡轮推力瓦温度超过75 ℃及工作油温超过105 ℃应报警。

(3)调整好执行机构的限位，防止液偶超负荷运行。

(4)采用变速给水泵给水的全程控制系统要求给水泵必须运行在其安全工作区内；DCS给水系统也要求有给水泵安全工作区保护回路，既将给水泵上限特性、下限特性、泵最高转速、泵最低转速、泵出口最高压力、泵出口最高压力曲线在控制系统加以限制，保证给水泵运行在安全工作区内。

(5)在不影响给水调节品质的情况下，应对加勺管的速率进行限制，以避免由于自动和人为增减加勺管过快可能造成易熔塞熔化。

[1] 火电厂给水泵的液力偶合器.[苏]A.H.图尔金著.黄锡康，陈思琦译.

[2] 大型调速电动给水泵[M].北京：水力电力出版社.

[3] 大型火电厂高速给水泵.马文智著[M].北京：水力电力出版社.

[4] 液压传动及液力传动[M].北京：高等教育出版社.