给水泵工作油压波动的解决措施.doc

沙 角 B 火 力 发 电 厂

主题： 给水泵工作油压波动的解决措施

概要:给水泵是火力发电厂的“心脏”。本文介绍电动给水泵工作油压力波动的情况及一般处理对策。通过分析油压波动的原因，针对油中含气导致工作油压波动现象，对液力偶合器油系统进行了排气方面及工作油型号的改进。实践证明，改进工作对消除给水泵油压波动的缺陷有明显的效果，对确保机组的安全运行具有非常重要的意义。

沙角B电厂是2x350MW火力发电厂,分别于1987年、1988年投入商业运行。 每台机组配置三台电动给水泵，给水泵的转速由液力偶合器进行无级变速。单台给水泵额定流量580T/H，额定负荷时两台运行，一台备用。在1992年2月，U2 B 给水泵出现工作油压力及给水流量大幅度波动的现象,严重时导致给水泵跳闸。两台机组的其它给水泵也相继出现过类似问题（如附录一所示），工作油压力波动成为威胁机组安全运行的重要因素。十多年来，经过不断努力摸索，了解了许多导致油压波动的原因及解决办法，但仍未能彻底解决问题。在2004年，机械维修部积极探讨解决措施：对 给水泵偶合器油系统进行排气方面的改进、工作油的型号改进，这两项措施对于解决给水泵油压波动均有良好的效果。

一、给水泵液力油压力波动的情况
沙角B电厂两台机组的六台电动给水泵液力偶合器都是GCH103型，工作油压力在1.1~1.4kg/cm2之间。工作油的作用是传递扭矩，当偶合器里的油量大时，能传递较大的扭矩，给水泵的转速较高；当偶合器里的油量减小时，则给水泵的速度降低，以此来适应不同负荷对锅炉给水流量的不同要求。
偶合器里的油量由勺管的位置来控制，当勺管移动时，偶合器的进油量及回油量发生变化，给水泵转速也会相应变化。为达到平稳控制给水泵速度的目的，要求工作油压力始终保持稳定，偶合器内的进油量和出油量不发生突变。
当工作油压力大幅度波动，油压力突然降低时，偶合器的进油量突然减少，会导致其传递扭矩的能力大幅度降低，给水量也随之大幅度减少。当油压力回升时，偶合器的油量会突然增大，传递扭矩的能力大幅度提高，给水量也随之突然上升。严重时，油压力突然降至接近零，然后回升至正常值。给水流量大幅度降低，然后突然上升，有时会呈现出周期性的变化。这种大幅度的波动现象，极容易导致给水泵跳闸，威胁机组的安全运行。典型的工作油压力、给水流量波动情况如图一所示。

这里所指的工作油压力波动现象，是指工作油压力突然降低后，在短时间内（一般十秒钟左右）能够回升至正常值的情况。某些原因可能导致工作油压力突然降低但不再回升，这种情况不被称为波动。

二、工作油压波动原因分析及处理对策
工作油压力波动的原因主要有：油箱中气泡较多、油流量控制阀参数发生变化、勺管的尖端部分穿孔、油泵叶轮松动或间隙变化、液力偶合器的易熔环（密封环）间隙过大或熔化等。
1. 油箱中气泡较多。油中气泡增多的原因主要有以下几种：
1.1 工作油的放气性降低后，油箱中的气泡增多。从偶合器主油泵结构上来看，工作油泵是离心式的，叶轮的高速旋转使油甩向四周，在工作油泵的叶轮部分充满气泡，使工作油泵的出口压力突然大幅度降低。随着油箱内气泡的逐渐消失，工作油泵叶轮部分的气泡逐渐向上排出后，工作油压力立即上升并恢复正常。汕头电厂给水泵偶合器也是EBARA公司生产的，型号为GCH104，其工作油泵是齿轮式的，在运行中就从没出现过油压波动。沙角B电厂给水泵工作油压波动是结构性的，很难彻底消除该缺陷。
1.2 工作油泵出口管的排气孔板的孔径不适合（过大或过小），不能起到充足排气的作用，也会使油中含气量增加，造成油压波动。
1.3 排气管直对油面，冲击油箱里的油，使油箱中的油气泡增加，造成油压波动。

2. 油流量控制阀参数发生变化。给水泵的速度是通过勺管的移动、进而控制偶合器内的油量及进、出油量来实现，属于进出口调速型液力偶合器。当控制参数发生变化时，偶合器的进、出油量不平衡，也可能引起工作油压力波动。

3. 勺管的尖端部分出现穿孔时，使油的循环量减少，也会使空气容易停留在叶轮部分，当工作油泵内充满气泡时，易造成油压波动。

4. 叶轮松动或间隙变化。由于工作油泵的销键磨损，引起叶轮松动，或叶轮间隙减少或增大，导致工作油泵的性能降低，油中的空气很容易停留在叶轮部分，造成油压波动的情况。

5. 液力偶合器的易熔环（密封环）间隙过大或碎裂、熔化。易熔环是巴氏合金，在液力偶合器中起到密封和保护液力偶合器的作用。当给水泵长期处于低速比运行时，工作油温度升高。油温超过允许值时，易熔环熔化，工作油泄出，扭矩传递中断，出现工作油压及给水流量突然降低的现象。但易熔环熔化后,工作油压力和给水流量下降，不会再恢复原运行参数，即不会发生周期性的波动。

针对工作油压力波动的缺陷，以往主要的处理对策有：
1． 换油或添加消泡剂
按照液力偶合器厂家的要求，工作油更换的时间标准为给水泵运行时间达8000小时。这时需更换偶合器里的全部油或按工作油供应厂家的建议添加相应的消泡剂，给水泵投入运行后，工作油压力不再波动。这说明消泡剂能有效地消除油中的气泡，使工作油泵运行正常。但一般运行一个月后，油压波动的现象会再次出现。在1993、1994年间，我们频繁、被动地换油及添加消泡剂。由于不能彻底解决问题，1995年后，我厂放弃了添加消泡剂的措施。

2． 检查油流量控制阀参数及调整
给水泵的速度是通过勺管的移动来控制偶合器的进、出油量，从而控制偶合器内的油量来实现的，是进出口调速型液力偶合器。在稳定运行时，偶合器内油量不变，即供油量与出油量一致。需加速时，勺管出油口向偶合器的轴心移动，减少出油量；需减速时，勺管的出油口向外移动，加大出油量。油流量控制阀调整螺栓各参数如图三所示：

油流量控制阀参数表：

控制阀在自由状态
SCOOP 0%
SCOOP 35%
SC0OP 100%
A
109
100.3
106
99
B
28.5
37.2
31.5
38.5
C
13
4.3
10
3

偶合器的油循环量与偶合器的从动轮速度相关。当勺管拆除后，流量控制阀在自由状态时，C的开度最大为13mm。当从动轮在低速和高速运行时，供油量较小；当勺管位置在35%时，偶合器里的工作油温度最高，这时C的开度达到最大，也就是工作油的循环量最大，从而降低偶合器内工作油的温度，保护了偶合器。1995年4月17日，U1 C给水泵偶合器易熔环熔化，就是因为勺管位置在100%时，C的开度为-1.0mm,即进油口被完全盖住,导致偶合器里的工作油温度异常升高。

3． 检查勺管及其附件。勺管“U”形窗口穿孔是比较常见的缺陷，如1996年6月，U2 A给水泵油压及给水流量大幅度波动，检查勺管发现，“U”形窗口已穿孔、“U”形窗口端部外侧严重磨损。更换勺管后，给水泵运行正常。

4． 检查及调整叶轮间隙
将工作油泵解体后，检查叶轮状况，测量及调整叶轮间隙。厂家的设计标准为:叶轮上部间隙1.0±0.10mm,下部间隙1.6±0.10mm。

5． 检查易熔环的间隙。易熔环的间隙B必须小于1.0mm。当间隙过大或易熔环碎裂时，会起到泄压的作用，造成工作油压力不稳定，这时必须更换易熔环。1995年4月17日，U1 C给水泵在工作油压波动中运行，工作油温度由运行中的120ºC突然上升到160ºC，给水泵流量由当时的410T/H急降至100T/H。打开偶合器箱体，发现许多黑色的氧化物粘附在齿轮、油管的表面，熔化了的巴氏合金在离心力的作用下粘附在偶合器壳体的内壁。1995年8月，U1 B给水泵工作油压力波动，解体检查发现易熔环有磨擦伤痕，间隙1.05mm，磨损是由于液力偶合器与主给水泵对轮中心偏差较大而引起的。

三、油系统排气的改进方案
2004年4月，在咨询给水泵偶合器制造厂家的相关意见后，电厂维修部决定对给水泵油系统的排气进行改进，消除由于给水泵油中气泡而引起的工作油压力波动的缺陷。改进选择在最早及最频繁发生工作油压力波动的U2 B给水泵偶合器上进行。
改进的目的，是使工作油里的气泡能及时排出，即使油箱里的油有较多的气泡无法及时排出，也不会聚集在工作油泵的叶轮部分而造成油压波动。
1. 在工作油泵的叶轮和润滑油泵的进口之间钻孔，一部分工作油将流到润滑油泵的进口，达到排气的效果。钻孔位置离轴的中心47mm，孔径Ф5mm，如图四所示。

2. 调整排气管节流孔板的孔径。空气分离器出口管的节流孔板由Ф10mm调整为Ф8mm，主油泵出口管排气节流孔板由Ф10mm调整为Ф17mm，如图五所示。

3. 加长空气分离器出口管及主油泵出口排气管。原来两条排气管都较短，对着油面排气，会对油面有冲击，降低排气的作用。加长排气管并改变排气的方向。如图五所示，能较好地起到排气的作用。

4．改进后的U2 B给水泵运行情况：U2 B给水泵在完成排气方面的改进工作后于2004年4月20日投入运行，在各种运行工况下，工作油压力都稳定在1.3kg/cm2，由此证明，改进措施有效地解决了油中含气对离心泵的影响。
U2 B给水泵偶合器排气改进的小规模，为彻底解决困扰给水泵安全运行的工作油压力波动的难题取得了宝贵的经验，其它五台给水泵将按此方法逐步进行改进。

四、工作油品种的更换
给水泵生产厂家建议使用的工作油是CALTEX Torque fluid S，使用时间超过8000小时需进行更换。随着泵的使用时间增大，间隙增大，效率降低，如工作油的放气性能下降，则容易出现油压波动现象。随着科技的进步，产生了许多新的更好、更高性能的扭力油。因此，尝试采用性能更好的工作油，以解决油压波动的问题。
2004年5月，当U2A给水泵出现油压波动时，工作油更换为DA Torque fluid II，没有出现过油压波动，而且油温及轴承振动指标都很正常。
2004年9月，将U2B给水泵工作油更换为CALTEX Torque fluid 414，投入运行正常，但持续至2005年2月时发生油压波动现象。同时U2C给水泵也发生油压波动现象，将CALTEX Torque fluid 414油换至U2C给水泵；将CALTEX Torque fluid S新油换入U2B给水泵，两台给水泵投入运行均正常。
电厂已经使用的三种给水泵工作油主要特性比较如附录二所示 。

五、结语
经过多年来的摸索及2004年对U2 B给水泵油系统排气的改进，技术人员了解了造成给水泵工作油压力波动的原因，并掌握了相应的处理措施，多种措施的综合使用，能有效地解决给水泵油压波动的问题。由于给水泵是汽轮机组的最重要的辅机，保证给水泵的安全运行对汽轮机组的安全运行有着非常重要的意义。

附录一：历次油压波动的处理方法及效果
以下是历次油压波动的不完全统计，有许多加消泡剂以及早期发生的情况没有记录并列入（其中换油未注明的均为CALTEX Torque fluid S）：
给水泵号
油压波动日期
处理方法
效果
1A
1995-4-17
换主油泵
有效
2001-2-14
换油，油泵叶轮松动处理
有效
2003-12-23
换油
缓解
2004-2-24
偶合器检查、大修
无效
2004-3-9
换勺杆
无效
2004-3-19
换主油泵
有效
1B
1995-8-1
调整勺杆行程
无效
1995-8-24
调整勺杆行程
无效
1995-11
换主油泵
有效
1997-3-14
换油
有效
2000-6-20
换勺杆，主油泵检查、调整
有效
1C
1995-4-17
换主油泵、换油、易熔环烧损修复
有效
1997-9-29
换油、易熔环烧损修复
有效
2000-4-3
换油，偶合器检查、大修
有效
2002-4-3
换油，主油泵检查、调整
有效
2A
1994-5
偶合器大修、加消泡剂
缓解
1994-12-14
偶合器大修、加消泡剂
缓解
1995-8-9
换油
缓解
1996-1-8
换油
缓解
1996-4-14
偶合器大修
无效
1996-6-3
换勺杆
无效
1996-9-9
换主油泵
有效
1997-7-2
勺杆穿孔修复
有效
1999-10-18
偶合器大修、换主油泵叶轮
缓解
2000-3-7
偶合器大修、主油泵检查、换勺杆
有效
2001-3-22
加消泡剂
缓解
2001-7-20
换油、主油泵检查
有效
2004-5-13
换油（油牌号为D-A TORQUE FLUID Ⅱ）
有效
2B
1994-4-1
换主油泵
有效
2001-7-10
换油
有效
2004-3-1
换油
无效
2004-3-31
偶合器大修
无效
2004-4-16
主油泵钻孔，配气管改造
缓解
2004-9-20
换油CALTEX Torque fluid 414
有效
2004-2-2
换油CALTEX Torque fluid S
有效
2C
1994-8-1
换油
无效
1994-9-1
主油泵叶轮松动处理
有效
1996-3-20
勺杆穿孔，更换勺杆
有效
1997-12-16
换油
有效
2002-2-21
换油
有效
2003-1-3
换主油泵
有效
2005-2-2
换油CALTEX Torque fluid 414
有效

附录二：给水泵工作油的化学分析报告

颜色
ASTM
运动粘度
40OC
酸价
MG
KOH/G
水份
MG/L

有机不溶物
G/100ML
无机不溶物
G/100ML
CALTEX Torque fluid S
<0.5
28~33
1.172
无水
0.0358
0.0142
CALTEX Torque fluid 414
<3.5
39.45
1.021
无水
0.0418
0.0063
D-A TORQUE FLUID Ⅱ
<5.5
42.4
1.21
无水
0.0596
0.0221

致意!

丁宝山