某核电厂上充泵润滑油冷却器风扇不转分析

刘计斌,刘海常,董志国,王 岩

(辽宁红沿河核电有限公司,辽宁 大连 116001)

0 引言

某核电厂上充泵(RCV泵)为卧式多级离心泵,RCV泵和电机之间有升速齿轮箱。上充泵与齿轮箱润滑系统共分为两个油路,其中一路为液压马达驱动油路(图1),润滑油经“Y ”型过滤器过滤后进入液压油泵入口,液压油泵压出的油经双联过滤器过滤后进入液压马达,同时在液压油泵的出口安装有溢流阀。液压油泵和液压马达均为外啮合齿轮形式。

图1 液压马达驱动油路示意图

1 故障描述

某核电厂2号机组执行柴油机试验,主控切换为柴油机带载后,发现2RCV002PO按正常时序自动启动后,润滑油冷却器前后温度计示数持续上涨,且二者温差仅为1.3 ℃,正常运行时温差为5.9 ℃左右(图2),图中2RCV213MT为油冷却器上游温度,2RCV226MT为油冷却器下游温度。运行人员现场检查润滑油冷却器,发现风扇未转动,主控立即停运该泵。泵组启动时润滑温度为46 ℃,正常切换启动时润滑油温度约为室温(25 ℃左右)。

图2 润滑油温度变化趋势图

2 原因分析

此油回路上部件数量较少,只有Y型过滤器、液压泵、溢流阀、双联过滤器、液压马达5个部件,对设备进行检查。解体检查液压马达,风扇与马达轴配合处正常,内部齿轮光滑,无磨损,齿轮啮合正常,无异物;拆卸检查液压泵上游Y型过滤器,Y型过滤器滤网正常,无异物,不存在堵塞;盘动泵轴与齿轮箱的联轴器,带动液压泵转动,在泵出口能够看到润滑油流出,液压泵能正常工作;拆解检查溢流阀,阀芯活动正常,无卡涩,配合面无划痕、高点;回装溢流阀,再次盘动泵轴,发现液压马达的入口处有油流出,说明双联过滤器无堵塞。检查无异常后重新启泵进行验证,泵运转正常,风扇运转正常,进出口油温温差在正常范围内。

风扇不转的原因应为液压马达的启动力矩不足。液压马达在齿轮啮合的不同角度产生的启动力矩不同[1];润滑油温度升高,润滑油的黏度会下降;润滑油黏度下降导致液压马达和溢流阀的泄漏量增大。

根据文献[1]中实验验证,齿轮马达泄漏量在特定位置能够达到正常泄漏量的6倍左右。在泄漏量达到最大时,输出力矩也最小。试验所得数据见图3[1]。

图3 被试液压马达的 TS、ΔQ与θ的关系

图3为被试液压马达的启动转矩TS、泄漏量ΔQ与输出轴静止位置θ之间的关系[1]。液压油的粘度μ随温度和压强的变化关系式为[2]:

μ=ργ50ea(p-105)·10-5-λ(t-50)

式中:ρ为液压油密度,γ50为油液在50 ℃、1个大气压时的运动粘度,a为油液的粘压系数,λ为油液的粘温系数。

查询润滑油手册,泵组所用润滑油Aral Degol BG 46在40 ℃时的运动黏度μ为46 mm2/s,100 ℃时的运动黏度μ为6.7 mm2/s。计算可得46 ℃时运动黏度μ为36.8 mm2/s。

液压油泵排量为10.8 cm3/r,转速为1484 r/min,容积效率取为0.9,则泵流量为240 mL/s。

使用力矩测量扳手对液压马达不同位置处所需的启动力矩,进行5次测量[3-4],数据见表1。

表1 液压马达不同位置处所需启动力矩

选取较大值1.9 N·m,结合液压马达排量计算油压。

式中:Δp为液压马达前后压差,M为液压马达输出力矩,Vg为液压马达排量,ηλm为液压马达的机械效率。

计算得到:Δp=0.2 MPa,由于液压马达出口连接油箱,出口压力为0,则油压为0.2 MPa。

溢流阀局部示意图如图4所示,溢流阀通过节流进行密封,打压时无法保压。阀芯上有一直径为2 mm的通油孔。计算通油孔处润滑油流量。

图4 溢流阀局部示意图

溢流阀上小孔在压力为0.2 MPa、润滑油的黏度为36.8 mm2/s时,按照薄壁孔口的计算流量:

式中:Δp为孔口前后压力差,Pa;A为孔口面积,m2;ρ为液体的密度,kg/m3;Cd为流量系数;qv为流量,m3/s。

孔径为2 mm,管径为6 mm,取Cd为0.626,计算溢流阀上小孔流量为156 mL/s。叠加液压马达自身泄漏和溢流阀阀芯下部外表面于阀体间间隙泄漏,使得液压泵所供润滑油全部被泄漏掉。

通过以上分析,风扇不转的原因为液压泵所供润滑油被全部泄漏掉。

3 结论

润滑油温度较高时,润滑油泄漏量增大,导致液压马达启动力矩不足。需要加大液压马达的启动力矩,如增大液压马达的排量,或者减少溢流阀的泄漏量,提高溢流阀的密封性。经验证,增大液压马达排量后,未再出现风扇不转现象。