給水泵液力耦合器工作油溫升高原因分析及解決方法的研究

劉 琴（神華四川江油發(fā)電廠，四川江油621700）

給水泵液力耦合器工作油溫升高原因分析及解決方法的研究

劉 琴（神華四川江油發(fā)電廠，四川江油621700）

針對運(yùn)行中出現(xiàn)的電動給水泵液力耦合器工作油溫偏高問題，作者結(jié)合給水泵液力耦合器工作原理，對給水泵液力耦合器工作油溫偏高的原因進(jìn)行了深入分析，給出解決給水泵液力耦合器工作油溫偏高的解決方法。

給水泵；液力偶合器；油溫

前言

江油電廠三期汽輪機(jī)組是2臺型號為T2A-330-30-2F-1044型亞臨界、中間一次再熱、單軸、三缸、雙排汽、沖動、凝汽式機(jī)組，制造廠為法國ALSTOM公司。給水系統(tǒng)為單元制，每臺機(jī)組配有三臺型號為HPTmk200-320-6S/26的50%容量的電動給水泵；電動給水泵配套液力耦合器型號為R-（17K2）-E，為德國VOITH公司產(chǎn)生的高轉(zhuǎn)速、大功率、設(shè)置有增速齒輪機(jī)構(gòu)、進(jìn)出油控制、勺管束式布置的調(diào)速型液力耦合器。

機(jī)組1990年投產(chǎn)以來運(yùn)行狀態(tài)良好，因電力市場影響機(jī)組長期帶60%額定負(fù)荷運(yùn)行 （即發(fā)電負(fù)荷205MW左右），此時(shí)機(jī)組執(zhí)行節(jié)能降耗措施由定壓運(yùn)行改為滑壓運(yùn)行方式，按四川電力調(diào)試所熱力實(shí)驗(yàn)結(jié)果主汽壓力需滑壓至12.5MPa，但主汽壓力滑壓至14MPa，環(huán)境溫度在20℃左右時(shí)，給水泵工作油溫度達(dá)107℃，并且隨環(huán)境溫度上升而上漲。隨著機(jī)組頻繁地參與調(diào)峰運(yùn)行，汽輪機(jī)組在減負(fù)荷滑壓運(yùn)行時(shí)、給水泵液力耦合器工況大幅變化，加之運(yùn)行20多年設(shè)備老化，液力耦合器工作油溫長期在110℃左右，嚴(yán)重威脅機(jī)組的安全運(yùn)行，同時(shí)也限制機(jī)組按滑壓曲線節(jié)能運(yùn)行。因此，根據(jù)給水泵液力耦合器的工作原理，分析液力耦合器工作油溫升高的原因，給出解決辦法變得尤為重要。

1 液力耦合器工作原理及特性分析

液力耦合器是以液體為工作介質(zhì)的一種非剛性聯(lián)軸器。液力耦合器的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，液力耦合器由輸入軸、泵輪、渦輪、輸出軸以及防止漏油的密封等組成。

圖1 液力耦合器結(jié)構(gòu)示意圖

給水泵電機(jī)運(yùn)行，電動機(jī)通過撓性聯(lián)軸箱帶動輸入軸，輸入軸帶動泵輪旋轉(zhuǎn)。電動機(jī)輸入的力矩使泵輪內(nèi)液體加速，在離心力作用下，泵輪流道中的工作油沿著徑向由泵輪內(nèi)側(cè)流向外側(cè)，形成高壓高速油流，然后進(jìn)入渦輪的進(jìn)口徑向流道，并沿著流道由工作油動量矩的改變?nèi)ネ苿訙u輪，使其跟隨泵輪同方向旋轉(zhuǎn)，工作油在渦輪流道由外緣流向內(nèi)側(cè)的過程中減壓減速后進(jìn)入泵輪的進(jìn)口徑向流道，重新在泵輪中獲得能量。如此循環(huán)，構(gòu)成了工作油在泵輪和渦輪兩者間的循環(huán)流動。在這種循環(huán)過程中，泵輪將輸入的機(jī)械功轉(zhuǎn)換為工作油的動能和勢能，渦輪則將工作油的動能和勢能轉(zhuǎn)換成輸出的機(jī)械能，從而實(shí)現(xiàn)了電機(jī)到給水泵間的動力傳遞。

在機(jī)組變負(fù)荷運(yùn)行過程中，給水泵轉(zhuǎn)速是隨著機(jī)組負(fù)荷的變化而變化，在電機(jī)轉(zhuǎn)速固定的情況下，須通過改變耦合器被動葉輪室內(nèi)的工作油量大小來改變渦輪轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)負(fù)荷變化的需求。在泵輪轉(zhuǎn)速固定的情況下，工作油量越多，傳遞的動扭矩M就越大，渦輪的轉(zhuǎn)速就越大。（其關(guān)系如圖2）

圖2 工作油量q與渦輪轉(zhuǎn)速n′傳遞扭矩M關(guān)系

在運(yùn)行過程中，不可避免地有能量損失，使渦輪轉(zhuǎn)速低于泵輪轉(zhuǎn)速，形成轉(zhuǎn)差損失。這些損失絕大部分轉(zhuǎn)換成熱量，造成工作油溫上升。為了保持工作油溫穩(wěn)定，須對工作油進(jìn)行冷卻。一般轉(zhuǎn)差損失Ns可用下式表示：

Ns=N1-N2=K（i2-i3）

式中：N1——液耦輸入功率；

N2——液耦輸出功率；

K——常數(shù)；

i——泵輪轉(zhuǎn)速與渦輪轉(zhuǎn)速之比。

對上式求關(guān)于i一階導(dǎo)數(shù)，可得其拐點(diǎn)為i=2/3，即轉(zhuǎn)速比為2/3時(shí)轉(zhuǎn)差損失最大。液力耦合器在實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)i<2/3時(shí)，轉(zhuǎn)差損失隨轉(zhuǎn)速比的增大而增大，工作油溫呈快速升高；i=2/3時(shí)，轉(zhuǎn)差損失最大，此時(shí)工作油溫升最大，轉(zhuǎn)差損失約為電機(jī)額定功率的15%；當(dāng)i>2/3時(shí)，轉(zhuǎn)差損失隨轉(zhuǎn)速比i的增加而減少，工作油量多，工作油溫隨工作油量的增加而降低，一般情況下，液力耦合器轉(zhuǎn)速比在此區(qū)間工作。

2 液力耦合器工作油溫偏高的原因分析

根據(jù)液力耦合器的工作原理可知，影響液力耦合器工作油溫的因素較多，如：工作油油量、冷卻器冷卻效果、運(yùn)行人員的操作水平等，在運(yùn)行過程中，若操作不當(dāng)，容易造成液力耦合器工作油溫升高，對電動給水泵的安全運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。由于電動給水泵及其電機(jī)和耦合器軸承的潤滑油是同一種油，若液力耦合器工作油溫度升高，會使油的粘性下降，電動給水泵及其電機(jī)和耦合器軸承潤滑效果變差，可能造成軸承磨損；同時(shí)，液力耦合器工作油溫升高，油粘度亦會發(fā)生改變，影響液力耦合器的傳遞特性。

工作油溫度快速上升的原因：

（1）運(yùn)行過程中，因液力耦合器勺管調(diào)節(jié)不當(dāng)，造成轉(zhuǎn)差損失過大，油溫升高過快。實(shí)際運(yùn)行中，在啟動給水泵加負(fù)荷過程和減負(fù)荷停運(yùn)給水泵過程中，兩臺給水泵工況均大幅變化，此時(shí)勺管調(diào)節(jié)過猛過快，給水泵轉(zhuǎn)速停留在4000rpm左右均會造成工作油溫度快速上升。

（2）工作油量偏小。耦合器中的油分成兩路，一路作為潤滑油，起到對軸承的潤滑保護(hù)作用；另一路作為液力耦合器的工作油。工作油油量的大小是由勺管進(jìn)行調(diào)節(jié)，在60%負(fù)荷以下運(yùn)行時(shí)，工作油油量偏小情況下，工作油溫度會相應(yīng)增加。

（3）工作油冷卻器冷卻能力不足。工作油流經(jīng)耦合器產(chǎn)生的熱量通過冷卻器帶走，再進(jìn)入下一循環(huán)的能量傳遞。本廠給水泵冷油器冷卻水取自循環(huán)水，經(jīng)生水冷卻泵升壓，進(jìn)入給水泵工作油冷卻器，對工作油進(jìn)行換熱冷卻，生冷泵進(jìn)口壓力0.17MP、出口壓力0.3MP，均低于最優(yōu)設(shè)計(jì)值。生冷水系統(tǒng)流經(jīng)設(shè)備有閉式冷卻器、電氣樓空調(diào)、發(fā)電機(jī)、定冷泵、氫冷器、勵(lì)磁機(jī)、潤滑油冷油器等，用戶多，管道布置復(fù)雜，節(jié)流損失嚴(yán)重，且機(jī)組已運(yùn)行20年以上，管道結(jié)垢、設(shè)備老化，冷卻相關(guān)設(shè)備效果降低，其中給水泵冷油器的換熱條件的惡化更直接導(dǎo)致冷卻不足的現(xiàn)象。另外冷卻器內(nèi)部臟污；工作油產(chǎn)生的高溫?zé)煔膺M(jìn)入冷卻器，都會影響換熱效果。另在夏季，周邊環(huán)境溫度升高對給水泵工作油的冷卻效果的影響明顯，在同等工況下，環(huán)境溫度每升高1.5℃，工作油溫即上升約1℃。

3 運(yùn)行過程中降低工作油溫升高的措施

根據(jù)影響液力耦合器工作油溫的相關(guān)原因，結(jié)合其自身工作特性，在液力耦合器運(yùn)行過程中，可通過改變運(yùn)行方式及技術(shù)改造手段，使液力耦合器工作油溫控制在正常范圍之內(nèi)，保證液力耦合器的正常運(yùn)行。

（1）運(yùn)行人員要了解液力耦合器工作油溫與轉(zhuǎn)速比的關(guān)系特性，根據(jù)廠家提供的耦合器的調(diào)節(jié)特性曲線（如圖3所示）可以發(fā)現(xiàn)，在一定的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)有良好的線性關(guān)系，合理調(diào)節(jié)勺管，使給水泵轉(zhuǎn)速控制在正常工作范圍。機(jī)組負(fù)荷變化時(shí)，耦合器的操作調(diào)節(jié)應(yīng)緩慢平穩(wěn)，給水泵在手動升速時(shí)嚴(yán)禁連續(xù)大幅操作勺管，應(yīng)控制節(jié)奏，采取點(diǎn)動方式斷續(xù)升速，在給水泵調(diào)速運(yùn)行過程中，轉(zhuǎn)速變化平穩(wěn)，進(jìn)而防止工作油溫超溫。

（2）根據(jù)機(jī)組給水調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)特性，低負(fù)荷執(zhí)行滑壓及單臺給水泵運(yùn)行措施時(shí)，可適當(dāng)提高機(jī)組主汽壓力以提高給水泵轉(zhuǎn)速；或適當(dāng)增加勺管偏置，提高給水泵轉(zhuǎn)速。此時(shí)單臺給水泵工作在轉(zhuǎn)速比為2/3以上區(qū)域，隨轉(zhuǎn)速增加轉(zhuǎn)差損失減小，工作油溫隨之降低。

（3）在冷卻器上方加裝噴淋裝置，增強(qiáng)冷卻器的散熱效果；清洗冷卻水管道及冷卻器內(nèi)部。通過以上措施，給水泵工作油溫降低10℃以上，穩(wěn)定在95℃左右，取得了較好效果。

（4）節(jié)能改造，更換能滿足機(jī)組冷卻要求的生冷泵，達(dá)到相關(guān)設(shè)備冷卻需要的流量壓力；同時(shí)，針對環(huán)境溫度偏高（環(huán)境溫度大于30℃）時(shí)導(dǎo)致冷卻器冷卻效果下降問題，考慮采用溫度更低的冷卻液，如深水井水源，以保證冷卻器獲得更佳冷卻效果。

圖3 耦合器調(diào)節(jié)特性曲線

4 結(jié)論

針對我廠機(jī)組在變負(fù)荷運(yùn)行過程中，電動給水泵液力耦合器工作油溫升高問題，結(jié)合液力耦合器的工作原理，分析液力耦合器工作油溫升高的原因，給出解決辦法變得尤為重要，對機(jī)組運(yùn)行和檢修工作具有一定的指導(dǎo)意義，同時(shí)也為我廠的經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行提供了可靠保障。

[1]靖長才.給水泵液力耦合器工作油溫過高的原因分析及對策[J].吉林電力技術(shù).1992（5）：30～32.

[2]楊 洋.調(diào)速型液力耦合器的特性分析.遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2007（3）.

[3]黃遠(yuǎn)志.R17K2-E型調(diào)速液力耦合器改造[J].四川電力技術(shù)，1995（4）：36～37.

[4]魏慧瑜.330MW機(jī)組給水泵液力耦合器油溫偏高原因分析及防范對策[J].機(jī)電一體化，2014（1）：120～121.

[5]李增富.300MW機(jī)組電動給水泵液偶合器工作油溫偏高原因分析及處理[J].機(jī)械，2004（3）：155～156.

TK228

A

2095-2066（2016）24-0103-02

2016-8-10

劉 琴（1982-），女，助理工程師，大學(xué)本科，主要從事發(fā)電廠集控運(yùn)行工作。