固定層造氣液壓系統(tǒng)的優(yōu)化控制

曹真真 王江濤 王紅營 劉 飛

(河南心連心化肥有限公司

河南新鄉(xiāng)453731)

液壓控制系統(tǒng)在造氣裝置正常運(yùn)行中占有重要地位。要保證造氣裝置的正常運(yùn)行，首先應(yīng)滿足液壓系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定及工藝閥門啟閉速度快捷這2個(gè)基本條件。液壓系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，將給生產(chǎn)帶來極大的隱患。河南心連心化肥有限公司(以下簡稱心連心公司)3個(gè)分廠目前均采用河北長佳液壓控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)基本上可滿足生產(chǎn)需要，但也存在需優(yōu)化的部分，如：油液的污染控制、油液溫度的控制、油液壓力波動(dòng)范圍大、液壓系統(tǒng)的噪音等問題。下面從4個(gè)方面對(duì)液壓系統(tǒng)的優(yōu)化進(jìn)行分析和探討。

1 造氣液壓系統(tǒng)的組成

造氣液壓系統(tǒng)主要由動(dòng)力泵站、控制元件、蓄能裝置、執(zhí)行部件和傳動(dòng)介質(zhì)五大部分組成。根據(jù)造氣系統(tǒng)閥門的直徑以及閥門的閥待時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，目前心連心公司采用的造氣液壓系統(tǒng)油泵額定流量為135～147 L/min，主油管的通徑為DN 57 mm，各支路油管的通徑為DN 38 mm，DN 32 mm或DN 25 mm。采用直流電磁和電液動(dòng)換向閥控制系統(tǒng)閥門啟閉，小閥門(DN 100 mm～DN 250 mm)的啟閉時(shí)間在1.5～2.0 s，大閥門的啟閉時(shí)間在2.5～3.0 s。蓄能器的容積在40～100 L，液壓油缸大部分采用緩沖油缸，液壓油為長城普力L- HM68#液壓油。

2 造氣液壓系統(tǒng)的油液污染

油液污染直接影響造氣液壓系統(tǒng)工作的可靠性和元件的使用壽命。對(duì)造氣系統(tǒng)而言，主要污染物按來源分為固體顆粒、水分和空氣的污染。

2.1 固體顆粒的污染

造氣液壓系統(tǒng)在最初安裝時(shí)的焊渣、接管坡口留下的毛刺、內(nèi)部的鐵屑和灰塵等在吹除過程中未完全處理干凈，正常運(yùn)行過程中煤粉和元件磨損碎屑也會(huì)帶進(jìn)系統(tǒng)，這些顆粒大部分為金屬顆粒，其硬度較高、直徑小，在液體分子的撞擊下，呈懸浮狀態(tài)，并隨油液在系統(tǒng)中高速循環(huán)，從而造成附件磨損、電磁換向閥滑閥元件卡緊甚至卡死、油缸的密封件受損甚至斷裂、進(jìn)回油竄油、系統(tǒng)壓力波動(dòng)增大以及系統(tǒng)無法運(yùn)行等現(xiàn)象。

固體顆粒污染物的存在還會(huì)促使油液變質(zhì)，因?yàn)榇罅抗腆w顆粒的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)會(huì)促使氣體離散生成氣泡，氣泡的產(chǎn)生和覆滅會(huì)使系統(tǒng)發(fā)生“氣穴”，進(jìn)而產(chǎn)生噪音。

2.2 水分的污染

由于油冷器泄漏，導(dǎo)致冷卻水進(jìn)入系統(tǒng)，游離水附著于零件表面，會(huì)腐蝕齒輪泵或葉片泵內(nèi)件；同時(shí)，游離水使油液中某些添加劑變質(zhì)，形成較軟的顆粒沉淀，水在油液中與一些金屬顆粒、空氣一起作用，使油液加速氧化，形成膠體淤泥，堵塞附件的間隙。游離水還容易與金屬表面結(jié)合而取代原來潤滑油膜的位置，使?jié)櫥阅芟陆怠?/p>

2.3 空氣的污染

空氣比水更容易進(jìn)入液壓系統(tǒng)，它的存在是產(chǎn)生汽蝕的主要原因。進(jìn)入系統(tǒng)的空氣使油液的體積彈性系數(shù)大大下降，減慢油液執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度，同時(shí)會(huì)引起液壓泵的氣塞，產(chǎn)生噪音和振動(dòng)；并且空氣的存在還會(huì)增加油液的酸值，破壞潤滑，加速油液變質(zhì)。

2.4 控制油液污染的方法

(1)加強(qiáng)在安裝維護(hù)過程中的控制，如電磁閥和電液動(dòng)閥以及液壓油缸的拆裝、維修過程中，應(yīng)按要求進(jìn)行“濕加工”，以確保表面的加工質(zhì)量；同時(shí)，要防止大氣污染，絕對(duì)禁止在露天倉庫中分解和裝配液壓件。在操作過程中，操作人員應(yīng)穿戴工作服，防止纖維和灰塵、頭發(fā)皮屑散落入系統(tǒng)而造成污染。

(2)技改涉及到油路系統(tǒng)的改造時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求施工，保證坡口打磨平整；采用氬弧焊焊接，焊接結(jié)束后，進(jìn)行沖洗，盡可能減少固體顆粒的進(jìn)入。

(3)確定系統(tǒng)的污染度等級(jí)，嚴(yán)格按照要求限期濾油。目前心連心公司30～60 d濾油1次，定期更換和清洗油濾濾芯。

(4)提高員工的責(zé)任心，加強(qiáng)進(jìn)行液壓知識(shí)的相關(guān)培訓(xùn)，保證液壓系統(tǒng)維護(hù)人員技術(shù)過硬。

(5)制定油液防污操作指導(dǎo)書，將好的安裝維護(hù)措施落實(shí)為具體的操作規(guī)章制度，以便檢查監(jiān)督。

3 油液溫度的控制

3.1 造氣液壓系統(tǒng)油液溫度控制的現(xiàn)狀分析

油液溫度對(duì)系統(tǒng)的工作性能影響較大，油液的黏度隨溫度的上升而減小。在高溫下，系統(tǒng)油液黏度大大下降、泄漏量增大、容積率降低，油液產(chǎn)生波動(dòng)和噪音，還會(huì)使系統(tǒng)的密封材料(如橡膠的密封圈)迅速老化，泵的磨損增加；而在低溫下，液壓油的黏度增大、油泵的自吸能力下降、功率損失增大，還會(huì)使密封材料硬化、收縮，使密封失效。

《液壓油使用手冊(cè)》指出，液壓油的安全使用溫度在45～55 ℃，理想使用溫度在30～45 ℃。在設(shè)計(jì)該套系統(tǒng)時(shí)，考慮到高溫對(duì)系統(tǒng)的不良影響，系統(tǒng)配置了油冷器和油箱內(nèi)的盤管式油冷器，心連心公司主要采用外置式油冷器。夏季油冷器投運(yùn)時(shí)，油液溫度一般維持在45 ℃左右；但由于冷卻水的水質(zhì)較差，腐蝕性較強(qiáng)，導(dǎo)致油冷器管程經(jīng)常泄漏，使水進(jìn)入系統(tǒng)，進(jìn)而污染油液。

冬季的大氣溫度一般在0 ℃左右，泵站油箱內(nèi)油液溫度一般在25 ℃。由于系統(tǒng)管線較長、油管的管徑較細(xì)，系統(tǒng)內(nèi)的熱量散發(fā)較快，煤總油缸內(nèi)進(jìn)回油口油液溫度僅4 ℃，嚴(yán)重偏離系統(tǒng)的正常工作溫度，閥門動(dòng)作緩慢，增加了閥門延滯時(shí)間，使系統(tǒng)的阻力升高。心連心公司采取蒸汽在油箱附近伴熱等措施，雖然沒有根治問題，卻也起到了一定的效果。

3.2 穩(wěn)定油液溫度的措施

(1)夏季降低油溫。更換油冷器材質(zhì)，用銅管制作冷卻管，銅管的抗腐蝕性能較鋼管強(qiáng)，且換熱效率高，也可采用一次水作為冷卻水。

(2)冬季油液加溫。油箱附近增加油液加熱器，可在油冷器中通入熱水與低溫油液進(jìn)行換熱；對(duì)油管、換向閥站進(jìn)行保溫；對(duì)部分油溫較低的油管采用蒸汽伴熱。

(3)摻入或更換新品種液壓油。現(xiàn)采用紅外線測溫儀測得液壓油溫度在1 ℃時(shí)的油液黏度為800 mm2/s，大大偏離了系統(tǒng)的正常黏度范圍(40～70 mm2/s)。查閱液壓油的相關(guān)資料，低溫下影響液壓油黏度變大的一個(gè)重要原因是油液的傾點(diǎn)，因此必須更換一些低傾點(diǎn)的液壓油。幾種常見液壓油性能指標(biāo)見表1。

表1 幾種常見液壓油性能指標(biāo)

注：40 ℃時(shí)的運(yùn)動(dòng)黏度。

冬季夜間大氣溫度最低為-8 ℃左右，基本上符合L- HM系列液壓油的傾點(diǎn)(-9 ℃)。通過對(duì)比分析，心連心公司選用了L- HV68#低溫抗磨液壓油。

4 油液壓力波動(dòng)范圍較大

4.1 造氣液壓系統(tǒng)壓力的工作現(xiàn)狀

造氣液壓系統(tǒng)穩(wěn)定工作的前提是必須有穩(wěn)定的系統(tǒng)壓力，隨著系統(tǒng)做功以及液壓泵的瞬時(shí)脈沖，液壓系統(tǒng)必須有健全的瞬態(tài)響應(yīng)特性來保證系統(tǒng)的壓力不至于過高或過低。心連心公司目前采用CBG2100BIL齒輪泵以及PV2R3- 94的葉片泵，泵的額定流量分別為147 L/min和135 L/min，均能滿足系統(tǒng)的需求量。單爐容積100 L的蓄能器緩沖和吸收脈動(dòng)，系統(tǒng)壓力基本穩(wěn)定，但在生產(chǎn)中還是會(huì)出現(xiàn)一些波動(dòng)大或是油液壓力不在正常范圍內(nèi)的現(xiàn)象。

4.2 系統(tǒng)油壓波動(dòng)大的原因分析

(1)系統(tǒng)出現(xiàn)進(jìn)回油竄油的現(xiàn)象。

(2)單臺(tái)爐設(shè)置的蓄能器裝置未充分發(fā)揮其正常作用。

(3)液壓泵的齒輪或葉片受到腐蝕并產(chǎn)生金屬磨損，卸荷槽堵塞而造成困油現(xiàn)象，使流量不均勻，形成流量脈動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生噪音。

(4)泵頭和管路的安裝存在問題，如齒輪泵與電動(dòng)機(jī)之間是通過聯(lián)軸器連接的，當(dāng)連接過程出現(xiàn)軸向跳動(dòng)時(shí)，則會(huì)引起功率的損失，甚至?xí)p壞泵頭轉(zhuǎn)子。葉片泵安裝必須注意吸入口距液面的安裝高度，當(dāng)吸入口距液面的距離較小時(shí)，會(huì)引起汽蝕現(xiàn)象，使泵打不上壓。

(5)泵站溢流閥的非正常溢流。溢流閥主要由導(dǎo)閥和主閥2個(gè)部件構(gòu)成。導(dǎo)閥感知系統(tǒng)的壓力變化，主閥通過閥芯上下腔的壓力差來動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)管路中多余的壓力溢流回油箱。在溢流閥長時(shí)間的工作中，導(dǎo)閥和主閥的彈簧都會(huì)出現(xiàn)疲勞，導(dǎo)閥的錐型閥芯和主閥的閥芯均會(huì)出現(xiàn)磨損。當(dāng)主閥的彈簧力不足以克服摩擦力時(shí)，保證在壓力正常情況下關(guān)閉主閥，則會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)的非正常溢流，或者是系統(tǒng)壓力根本就達(dá)不到正常的設(shè)定壓力。

(6)油濾被污染物堵塞較嚴(yán)重。

(7)油箱內(nèi)油位較低，其原理同汽蝕現(xiàn)象。

4.3 保證油壓穩(wěn)定的措施

(1)做好泵站系統(tǒng)的維護(hù)工作，加強(qiáng)對(duì)泵站維修工和巡檢工進(jìn)行液壓知識(shí)的培訓(xùn)，從主觀上降低由于人為因素而造成壓力波動(dòng)等液壓故障的發(fā)生率。

(2)對(duì)液壓油定期進(jìn)行過濾，定時(shí)更換油濾，保證系統(tǒng)油液的清潔度，維持合理的油箱液位，防止因油箱缺油而引起壓力波動(dòng)大的現(xiàn)象。

(3)定期進(jìn)行倒泵操作，保證泵工況良好。

(4)在安裝和配設(shè)管線時(shí)，最好進(jìn)行管路特性方程計(jì)算，保證管路特性與泵的特性曲線的重合，杜絕人為隨意安裝，避免因管線原因而出現(xiàn)壓力波動(dòng)大和噪音大的現(xiàn)象。

(5)加強(qiáng)蓄能器的維護(hù)，定期對(duì)蓄能器進(jìn)行沖壓，并且測試蓄能器的膠囊是否存在泄漏問題，如有泄漏，應(yīng)及時(shí)更換。

(6)加強(qiáng)對(duì)溢流閥的維護(hù)，同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)維修工進(jìn)行相關(guān)知識(shí)的培訓(xùn)。經(jīng)驗(yàn)豐富的維修工在溢流閥出現(xiàn)故障時(shí)，能通過耳朵聽出是否有油液溢流或者通過手摸感知是否發(fā)熱，以判斷溢流閥是否卡在打開的位置。

(7)當(dāng)系統(tǒng)回油管線上出現(xiàn)壓力時(shí)，說明系統(tǒng)的高壓、低壓油路存在竄油現(xiàn)象。對(duì)于系統(tǒng)中疑似泄漏點(diǎn)較多的問題，應(yīng)該采取邏輯的分析方法。造氣液壓系統(tǒng)故障發(fā)生是因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)最薄弱的一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)了問題，所以在判斷故障部位時(shí)應(yīng)根據(jù)故障現(xiàn)象和特征確定與該故障有關(guān)的區(qū)域，逐步縮小發(fā)生故障的范圍，有針對(duì)性分析故障的原因，最終找出故障的具體所在，做到復(fù)雜問題簡單化。

5 噪音問題

造氣液壓系統(tǒng)發(fā)出噪音刺耳，甚至使樓板產(chǎn)生共振，使操作工無法安心工作。雖然加固油管、斷開油管與樓板的接觸面，但效果不明顯。

5.1 液壓泵噪聲

5.1.1 吸空現(xiàn)象

吸空現(xiàn)象是造成液壓泵噪聲過高的主要原因之一。當(dāng)油液中混入空氣后，易在高壓區(qū)形成“氣穴”現(xiàn)象，并以壓力波的形式傳播，造成油液振蕩，導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生汽蝕噪聲。其主要原因有：

(1)液壓泵的油濾、進(jìn)油管堵塞或油液黏度過高，均可造成泵進(jìn)油口處真空度過高，造成空氣進(jìn)入系統(tǒng)。

(2)液壓泵軸端油封損壞或進(jìn)油管密封不良，造成空氣進(jìn)入系統(tǒng)。

(3)油箱油位過低，使液壓泵進(jìn)油管直接吸空。

當(dāng)液壓泵工作中出現(xiàn)較高噪聲時(shí)，應(yīng)先對(duì)上述部位進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。

5.1.2 液壓泵內(nèi)部元件過度磨損

若齒輪泵的缸體與配流盤、主動(dòng)輪與被動(dòng)輪等配合件的磨損、拉傷，會(huì)使液壓泵內(nèi)泄漏加劇。當(dāng)液壓泵輸出高壓、小流量油液時(shí)，會(huì)引發(fā)流量脈動(dòng)，產(chǎn)生較高噪聲；另外，葉片泵的配流盤及葉片等磨損也會(huì)產(chǎn)生噪聲。

發(fā)生上述情況可適當(dāng)加大先導(dǎo)系統(tǒng)變量機(jī)構(gòu)的偏角，以改善內(nèi)泄漏對(duì)泵輸出流量的影響，或者對(duì)磨損、拉傷嚴(yán)重的元件進(jìn)行刷鍍、研配或更換處理。

5.1.3 液壓泵配流盤

液壓泵配流盤在使用中因表面磨損或油泥沉積在卸荷槽開啟處，使卸荷槽變短，進(jìn)而改變卸荷位置，產(chǎn)生困油現(xiàn)象，繼而引發(fā)較高噪聲。在正常裝配過程中，經(jīng)平磨修復(fù)的配流盤也會(huì)出現(xiàn)卸荷槽變短，如不及時(shí)將其適當(dāng)修長，也將產(chǎn)生較大噪聲。在裝配過程中，配流盤的卸荷槽一定要裝在泵的高壓腔，并且其尖角方向應(yīng)與缸體的旋向相對(duì)，否則也會(huì)給系統(tǒng)帶來較大噪聲。

5.2 溢流閥的噪聲

溢流閥易產(chǎn)生高頻噪聲，主要是先導(dǎo)閥性能不穩(wěn)定所致，即先導(dǎo)閥前腔壓力高頻振蕩引起空氣振動(dòng)而產(chǎn)生的噪聲。其主要原因有：

(1)油液中混入空氣，在先導(dǎo)閥前腔內(nèi)形成“氣穴”現(xiàn)象而引發(fā)高頻噪聲。此時(shí)，應(yīng)及時(shí)排盡空氣，防止外界空氣重新進(jìn)入系統(tǒng)。

(2)針閥在使用過程中因頻繁開啟而過度磨損，使針閥錐面與閥座不能密合，造成先導(dǎo)流量不穩(wěn)定，產(chǎn)生壓力波動(dòng)而引發(fā)噪聲，此時(shí)應(yīng)及時(shí)修理或更換。

(3)先導(dǎo)閥因彈簧疲勞變形造成其調(diào)壓功能不穩(wěn)定，使壓力波動(dòng)大而引發(fā)噪聲，此時(shí)應(yīng)更換彈簧。

5.3 液壓缸的噪聲

(1)油液中混有空氣或液壓缸中空氣未完全排盡，在高壓作用下產(chǎn)生“氣穴”現(xiàn)象，進(jìn)而引發(fā)較大噪聲，此時(shí)應(yīng)及時(shí)排盡空氣。

(2)當(dāng)缸頭油封過緊或活塞桿彎曲時(shí)，在運(yùn)動(dòng)過程中會(huì)產(chǎn)生噪聲，此時(shí)應(yīng)及時(shí)更換油封或校直活塞桿。

5.4 液壓油缸工作時(shí)的噪音

管路死彎過多或固定卡子松脫也可能產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，因此，在管路布置上應(yīng)盡量避免死彎，對(duì)松脫的卡子應(yīng)及時(shí)擰緊。

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2015- 02- 04)