CIP710/2500/300W型冷等静压机液压系统的改造

郑飞雄

（广西晶联光电材料有限责任公司，广西 柳州 545036）

0 引言

在现代的粉末冶金、陶瓷及ITO靶材的粉体成型制造上，冷等静压机给予重要的技术支持，具有卓越的表现。增压系统、卸压系统是冷等静压机的核心部分，而增压器内部密封环的结构往往决定增压系统的效率高低；减少冷等静压机在使用过程中增压器的故障率，通过改进大幅延长了冷等静压机检修周期，降低了经常停产维修的时间成本，提高设备运转率[1]。本公司有一台天津某公司2007年生产制造CIP710/2500/300W型冷等静压机，经长期使用，随着生产任务的增大，设备使用日益频繁，逐步发现存在着因液压系统设计不合理，存在较严重缺陷。其主要表现为：①增压器高低缸经常产生泄漏，严重时无法加压到规定压力。加压时间过长，生产效率偏低。②卸压阀的阀芯、阀座因频繁使用，极易产出磨损和裂纹，使用寿命偏短，严重影响设备的运转率。③液压管路布置零乱，插装阀组噪音大，泄漏多，维修不便。基于原压机液压系统设计以上缺陷较严重，单项更换部件不能根本解决问题，以保证正常生产秩序，提高生产效率，降低维修成本为原则进行液压系统的全面改造[2]。

1 改造项目

1.1 增压器

（1）原冷等静压机缺陷。原冷等静压机加压系统在无泄漏不带制件时，正常加压至250MPa需近40～50min，生产效率低下。其主要缺陷如下：

①原压机加压系统配置1台60ml/r柱塞泵（配套电机55kW）和1台Ø56增压器，预加压配置1台叶片泵，设计流量过小，所有高压管路通径均过小，完全不能满足大流量、快速加压要求；高压管为普通材料厚壁管，有较大安全隐患；

②增压器整体结构设计不合理，泄漏严重，使用寿命过低并易造成拉缸等重大事故。

③进口及出口单向阀结构不合理，为低压阀密封结构（卧式密封方式，自复位差），使用寿命低、不稳定、故障率高；

④往复换向控制结构不可靠，故障率高；

（2）增压器升级改造。根据公司现场场地，对其冷等静压机的加压系统进行改造，将拆除原有增压器，更换增压器，以便提高工作效率及降低维修故障。

（3）更换超高压增压器一台（拆除原有增压器）。根据公司现场场地，实际不具备安装双液压系统的位置（考虑维修空间）；主要是因为如其中一台增压器发生故障需要维修时，由于空间限制不方便维修。且另外一台增压在工作时，维修人员无法维修安全性没有保证（两台增压器同时安装一起的实际意义不大，并且增加了维修点和维修难度）；因此从经济性、维修便捷性、效率性等几方面考虑；将公司拆除原有增压器，更换增压器和原有的主泵及其它液压系统；这样即提高设备工作效率减少维修率，且减少改造费用及后续维护成本[3]。对其冷等静压机CIP710/2500/300 型设备的加压系统进行改造，以便提高工作效率及降低维修故障。

①增压器由端头、高压缸、低压缸、柱塞、支座、活塞、组合密封、高压组合密封等等组成，高压组合密封由支撑套、U型密封圈、外密封圈、内密封圈、密封座组成。如图1：

图1 新增压器装配结构图

②增压器的结构采用柱塞式结构，具备往复式增压，增压器主要密封采用徐州车氏密封的孔用方型圈，轴用阶梯圈，导向环，轴用 U 型滑环（可密封300Mpa)，及SFB 密封圈和铝青铜密封圈。主密封采用复合材料（标准件），寿命≥10000缸次，减少磨损，更换方便。通孔高压缸及进出口阀端盖拉杆式设计，消除爆裂隐患。

③增压器的大活塞直径为 240，柱塞直径为 60，增压器的驱动比为 1:15，增压器工作到 300Mpa 主泵的驱动压力不超过 22Mpa，驱动压力小可以使管路的冲击小，这样密封的使用寿命相对较高。

④增压器的换向发讯采用压差发讯方式，实现无触点发讯。保压时，如出现压力下降，在下降至设定的工作压力下限时，增压器开始工作，自动补压至设定工作压力值后停止。压机调试验收时，在300s保压时间内，压力降不大于3MPa。

2.2 驱动系统

（1）由驱动泵组、液压控制泵组、换向阀组、插装阀组，油箱、冷却加热和过滤系统等组成。

（2）更换主泵，配置1台驱动增压器增压的驱动泵。把原来流量60ml/r，的斜盘式柱塞泵更换为80ml/r的华德AV80柱塞泵，主要用于驱动增压器，从而提高工作效率。

（3）换向阀组用于增压器往复换向、回油和油路控制。更换泰丰大通径插装阀系统，增大流量、保证动态性能可靠、集成化、降低驱动噪音。

2.3 增加一套高压阀组

高压阀组由阀体、阀座、阀芯、陶瓷球、接头、控制油缸等组成，其主要功能是预加压及从此处抽水。将下塞原抽水阀体取消，从此处用连接法兰及高压管路引到高压阀体。

2.4 卸压阀

卸压阀是等静压机的核心部件，它关系着设备能否正常升压到卸压的整个过程，对于设备的安全使用起着至关重要的作用。

（1）原有卸压阀设计结构不合理。其结构为低压阀密封结构（卧式密封方式，自复位差），不适合高压密封要求。

①表现为使用寿命低、密封性能不稳定、故障率高，维修频繁。

②卸压阀未配置可调节流阀，卸压速度不可控；仅能靠更换锥面密封孔径大小改变流速，更换不方便，易造成堵塞。

③卸压阀常泄漏，且速度过快，升压过程中泄漏严重，造成设备不能加上压。

④保压效果差，保压几秒钟就掉压到补压压力，易造成压制制件合格率不高。

⑤无手动卸压阀，存在断电不能手动卸掉缸内压力，存在安全隐患。

⑥高压管采用焊接工艺，完全不符合超高压设备的管路连接工艺，在工作过程中有可能会存在焊点爆裂的严重安全隐患且管路凌乱，复杂，外观杂乱。

（2）改造配置。卸压阀组由常开式手动闸阀、液控单向阀、爆破阀等组成，将充液、加压、卸压、抽液等进出油路汇流于此，以简化管路，提高安全。

常开式闸阀可在维修时手动关闭，防止压制缸中工作介质向外泄漏而影响维修工作。液控单向阀在加压时关闭，当卸压完成开始抽液时，自动开启。

爆破阀在压力超压时自动爆破，保证压机和安全生产。

①液控单向卸压阀。液控单向卸压阀采用川西机械厂单介质设备的卸压阀结构。川西机械使用该结构已经在国内多家企业的冷等静压机上使用，反映使用情况良好，维修频率低，控制稳定，保压效果好等特点[4]。

②常开式闸阀（手动卸压阀）。采用氧化锆球与锥面垫机械式锁紧密封结构，配有手轮操作，开关灵活方便，保证设备在紧急情况下能及时卸载掉高压容器内的压力，保证设备与人员的安全。

2.5 管路布局

原高压管采用焊接工艺，完全不符合超高压设备的管路连接工艺，在工作过程中有可能会存在焊点爆裂的严重安全隐患且管路凌乱，复杂，外观杂乱。卸压阀从增压器高压管路上分出高压三通连接卸压阀，连接方式全部采用高压螺母连接。增压系统高压管路连接均采用螺纹连接，密封结构为金属硬密封结构[5]。拆除原来的卸压阀高压管，把原来的高压管路接头用堵头堵上，改造后的管路清晰明了，简单易维护[6-8]。控制油管更换成钢丝软管，方便连接，拆卸方便快速。

3 结语

改造后冷等静压机运行平稳，降低故障率和维修时间，从而提高了设备运转率，节约维修成本。①采用独立的充液和预加压水泵，独立的高压增压器驱动配置方式，有效提高驱动泵寿命和生产效率,实际使用过程中，升压耗时22分钟，大大少于改造前的40分钟。②驱动系统、增压系统、辅助控制系统等各自独立的设计结构，有效提高增压器、泵、电磁阀、高压阀组及密封的使用寿命。原增压器平均每2个月要进行更换增压器高压缸内部的密封件；而改造后新增压器只需每年正常检修更换高低压缸相应的密封件一次，大大提高了生产效率，节约维修成本。③卸压阀阀芯和阀座使用寿命更长。在改造前，阀芯和阀座基本上每周更换一次，改造以后，则每两个月才更换一次。