固定床造气液压系统的优化控制

固定床造气液压系统的优化控制

曹真真 ， 王江涛 ， 王红营 ， 刘飞

(河南心连心化肥有限公司 ， 河南 新乡453731)

摘要：通过列举目前固定床造气炉液压系统存在的油液压力波动范围大、油液的污染严重、油温的控制及系统噪音等问题，提出了造气液压系统优化控制的方法。

关键词：油液压力的波动 ； 油液污染度 ； 黏度系数 ； 噪音

中图分类号：TQ050.2

收稿日期：2015-01-16

作者简介：曹真真(1985-)，助理工程师，从事化工生产新技术研究和引进的工作，电话：15836082457。

液压控制系统在造气生产中占有重要地位，要保证造气生产的正常运行，首先应满足油压系统运行稳定及工艺阀门启闭速度快捷的两个基本条件。油压系统运行不稳定，将给生产带来极大的隐患。河南心连心化肥有限公司存在油液的污染控制、油液温度的控制、油液压力波动范围大、液压系统的噪音等问题，下面将从以上四方面对液压系统的优化进行分析和探讨。

1液压系统的组成

造气液压系统主要有五大部分组成：动力泵站、控制元件、蓄能装置、执行部件和传动介质。

根据造气系统阀门的直径及阀门的阀待时间进行计算，目前我们采用的液压系统油泵的额定流量为135～147 L/min，主油管的通径为DN57，各支路油管通径为DN38、DN32、DN25。采用直流电磁和电液动换向阀控制系统阀门启闭，小阀门DN100-DN250的启闭时间在1.5～2.0 s，大阀门的启闭时间在2.5～3.0 s之间，满足生产需求。蓄能器的容积在40～100 L，液压油缸大部分采用缓冲油缸。液压油使用的是长城普力L-HM68#液压油。

2液压系统的油液污染

系统的污染直接影响液压系统工作的可靠性和元件的使用寿命。对造气系统而言，主要的污染物来源分为以下几种方式。

2.1.1固体颗粒的污染

系统在最初安装时的焊渣、接管坡口留下的毛刺以及内部的铁屑、灰尘，在吹除过程中未完全处理干净，还有在正常运行过程中阀杆带进系统的煤粉和元件磨损碎屑。这些颗粒大部分为金属颗粒，其硬度较高，由于其直径很小，在液体分子的撞击下，多呈悬浮状态，并随油液在系统中高速循环，从而造成附件磨损、电磁换向阀滑阀元件卡紧甚至卡死的现象，使油缸的密封件受损甚至断裂，出现进回油串油现象，造成系统压力波动增大，甚至系统无法运行。

颗粒污染物的存在还会催化油液变质，因为大量颗粒的不规则运动，会促使气体离散生成气泡，气泡的产生和覆灭会使系统发生“气穴”，从而产生噪音。固体颗粒是最经常和最严重的污染源。

2.1.2水分的污染

由于油冷却器的泄漏导致冷却水进入系统中，游离水附着于零件表面，腐蚀油液泵内件。同时游离水会使油液中某些添加剂变质，形成较软的颗粒沉淀，水在油液中和一些金属颗粒、空气一起作用，能使油液加速氧化，形成胶体淤泥，堵塞附件的间隙。游离水还容易与金属表面结合而取代原来润滑油膜的位置，使润滑性能下降。

2.1.3空气的污染

空气比水更容易进入系统，它的存在是产生汽蚀的主要原因。进入系统的空气，使油液的体积弹性系数大大降低，使油液的执行机构运行速度减慢。同时会引起液压泵的气塞，形成噪音和振动。并且

它的存在增加了油液的酸值，破坏了润滑作用，加速了油液的变质。

2.2控制油液污染的方法

①加强在安装维护过程中的控制，如电磁阀和电液动阀以及液压油缸的拆装维修过程中，一定要按要求进行“湿加工”，以确保表面的加工质量，同时要防止大气污染，禁止在露天仓库中分解和装配液压件。在操作过程中，操作人员应穿戴工作服，防止纤维、灰尘、头发、皮屑散落入系统造成污染。②技改等涉及到油路系统的改造时，一定要加强责任心，把好质量关，严格按照设计要求施工，保证坡口的打磨平整，焊接时采用氩弧焊，焊接结束时进行冲洗，尽可能大地减少固体颗粒的入侵。③经常测定系统的污染度等级，严格按照要求期限滤油。目前我们一般是一两个月滤油一次，定期更换和清洗油滤滤芯。④提高钳工的责任心，以及加强液压知识的相关培训，要求液压系统维护人员的技术过硬。⑤应形成油液防污操作指导书，将好的安装维护措施落实为具体的操作规章制度，以便检查监督。

3油液温度的控制

3.1造气液压系统油温控制的现状分析

油液温度对系统的工作性能影响较大，图1为温度与相应牌号液压油的黏度变化图，从图1中可以看到，液压油的黏度随温度的增加而减小，在0 ℃时的黏度可达到800 mm2/s，在70 ℃油液的黏度仅为10 mm2/s，图示的阴影区即为我们常用液压油的范围。在高温下系统油液的黏度大大下降，泄漏量增大，容积率降低，油液产生波动和噪音。同时也会使系统的密封材料如橡胶的密封圈迅速老化，缩短使用寿命，并使泵的磨损增加。

图1　液压油黏度与温度的关系

在低温下的液压系统，液压油的黏度会增大，黏度过高会使油泵的自吸能力下降，功率损失增大。同时会使密封材料硬化，收缩密封失效。厂家在设计这套系统时主要考虑高温对系统的不良影响，系统配置了油冷和油箱内的盘管式油冷，我们主要采用的是外置式油冷。夏季油冷投运时，油温一般维持在45 ℃左右，但由于冷却水的水质较差，腐蚀性较强，导致油冷的管程经常泄漏，使水进入系统，污染油液。由液压油的使用手册上指出，液压油的安全使用温度是45～55 ℃，理想使用温度30～45 ℃。

冬季时大气气温一般在0 ℃左右时，泵站油箱内油温一般在25 ℃，由于系统管线较长，油管的管径较细，系统内的热量散发的较快。距离泵站较远的阀门油缸内进回油口油温仅4 ℃，严重脱离系统的正常工作温度。阀门动作缓慢，增加了阀门延滞的时间，使系统的阻力升高。

3.2稳定油液温度的措施

①夏季的油液降温。可以采用改变油冷的材质，冷却管可以用铜管来制作，铜管的抗腐蚀性能较钢管强，且换热效率高。同时也可采用一次水作为冷却水。②冬季的油液加温。油箱附近增加油液加热器，可以利用油冷，在油冷中通入热水与低温油液进行换热；对油管、换向阀站进行保温；对部分油温较低的油管采用蒸汽伴热。③掺入或更换新品种的液压油。低温下影响液压油黏度的变大的一个重要原因是油液的倾点。表1为几种常见的液压油的性能指标。

表1　常见的液压油性能指标

由表1可以看出，在L-HM这一系列的油中倾点都在-9 ℃，而本地区冬季夜间大气温度最低时(-8 ℃左右)，油温在1 ℃，查看油液温度与黏度表可知，油液的黏度达到800 mm2/s，大大偏离了系统的正常黏度范围(40～70 mm2/s)。因此，我们须更换一些低倾点的液压油。通过对比分析，选用L-HV68#低温抗磨液压油，比单纯的抗磨油低凝性、泵送性、冷启动性好。

4油液压力波动范围较大

目前我们每台换向阀站都有配套的蓄能器缓冲装置，系统压力基本稳定，但在实际生产中还是会出现一些波动大的现象。

4.1系统油压波动大原因分析

①系统出现进回油串油的现象。②蓄能器装置老化出现漏油现象，不能发挥其正常的缓冲作用。③液压泵长时间运行，齿轮或叶片受到腐蚀和产生金属磨损，卸荷槽堵塞而造成困油现象，从而使流量不均匀，形成流量脉动、产生噪音。④泵头和管路的安装问题。对于叶片泵的安装，一定要注意吸入口距液面的安装高度，吸入口距液面的距离较小，则会引起汽蚀现象，使泵打不上压。⑤泵站溢流阀的非正常溢流。溢流阀的工况及性能好坏直接影响系统压力的恒定。⑥油滤被污染物堵塞较严重。

4.2保证油压稳定措施

①做好泵站系统的维护工作。②对液压油定期进行过滤，定时更换油滤，保证系统油液的清洁度，维持合理的油箱液位，防止因油箱缺油而引起的压力波动大的现象。③定期倒泵操作，保证泵的工况良好。④在安装和配设管线时，进行管路特性方程的计算，保证管路特性与泵的特性曲线的重合，杜绝随意性的安装，从而发生因管线原因而出现的压力波动大和噪音大的现象。⑤加强蓄能器的维护，定期对蓄能器进行冲压，并且测试蓄能器的胶囊是否存在泄漏问题，如有泄漏及时做更换处理。⑥加强对溢流阀的维护，同时，加强钳工相关知识的培训，以提高判断是否溢流的能力。⑦当系统回油管线上出现压力时，则说明系统的高、低压油路存在串油的现象。

5噪音问题

5.1噪音的产生原因分析及解决的办法

5.1.1吸空现象

吸空现象是造成液压泵噪声过高的主要原因之一。当油液中混入空气后，易在其高压区形成气穴现象，并以压力波的形式传播，造成油液振荡，导致系统产生汽蚀噪声。其主要原因有：①液压泵的油滤、进油管堵塞或油液黏度过高，均可造成泵进油口处真空度过高，使空气渗入。②液压泵轴端油封损坏，或进油管密封不良，造成空气进入系统。③油箱油位过低，使液压泵进油管直接吸空。当液压泵工作中出现较高噪声时，应首先对上述部位进行检查，发现问题及时处理。

5.1.2液压泵内部元件过度磨损

如齿轮泵的缸体与配流盘、主动轮与被动轮等配合件的磨损、拉伤，使液压泵内泄漏严重，当液压泵输出高压、小流量油液时将产生流量脉动，引发较高噪声。此时可适当加大先导系统变量机构的偏角，以改善内泄漏对泵输出流量的影响。从而发生困油现像，在泵出口处产生较大的振动和噪声。还有如叶片泵的配流盘及叶片等的磨损，可对磨损、拉伤严重的元件进行刷镀研配或更换处理。

5.1.3液压泵配流盘

配流盘在使用中因表面磨损或油泥沉积在卸荷槽开启处，都会使卸荷槽变短而改变卸荷位置，产生困油现象，继而引发较高噪声。在正常修配过程中，经平磨修复的配流盘也会出现卸荷槽变短的现象，此时如不及时将其适当修长，也将产生较大噪声。在装配过程中，配流盘的大卸荷槽一定要装在泵的高压腔，并且其尖角方向与缸体的旋向须相对，否则也将给系统带来较大噪声。

5.2溢流阀的噪声

溢流阀易产生高频噪声，主要是先导阀性能不稳定所致，是先导阀前腔压力高频振荡引起空气振动而产生的噪声。其主要原因有：①油液中混入空气，在先导阀前腔内形成气穴现象而引发高频噪声。此时，应及时排尽空气并防止外界空气重新进入。②针阀在使用过程中因频繁开启而过度磨损，使针阀锥面与阀座不能密合，造成先导流量不稳定、产生压力波动而引发噪声，此时应及时修理或更换。③先导阀因弹簧疲劳变形造成其调压功能不稳定，使得压力波动大而引发噪声，此时应更换弹簧。

5.3液压缸的噪声

①油液中混有空气或液压缸中空气未完全排尽，在高压作用下产生气穴现象而引发较大噪声。此时，须及时排尽空气。②缸头油封过紧或活塞杆弯曲，在运动过程中也会因别劲而产生噪声。此时，须及时更换油封或校直活塞杆。

5.4液压油缸工作时的噪音

管路死弯过多或固定卡子松脱也能产生振动和噪声。因此，在管路布置上应尽量避免死弯，对松脱的卡子须及时拧紧。