摘要：姚电公司#3、4机组采用电动给水泵，其液力偶合器型号为R15K550。经过30多年的长时间运行，近两年，液力偶合器调速系统发生多起故障，本文从理论上分析液力偶合器调速系统故障的产生原因，以及可以采取的处理措施，以保证给水泵的高效稳定运行。
关键词：勺管；错油阀；凸轮；工作油
液力偶合器是一种弹性联轴器，可以实现无级变速，广泛应用于电厂给水泵速度的调节。涡轮联轴器和增速齿轮安装在同一个箱体内，箱体底部是润滑油箱，R15K550型液力偶合器只采用滑动轴承。弹性联轴器被应用于传递能量，从电机到液力偶合器，再从液力偶合器到给水泵。速度在输入轴和主轴之间靠齿轮传递，扭矩在泵轮和涡轮之间靠工作油的流体动力传递。泵轮高速旋转使工作油产生动能，高速的工作油在涡轮中受阻减速，使涡轮受到与泵轮大小相同的扭矩。流体在叶轮和涡轮之间循环地升降速度，以实现动力的传递，因为存在能量的损失，工作油的一部分动能转化成了流体的热能，工作油在做功过程中温度升高，因此涡轮的转速始终低于泵轮的转速。
一、R15K550型液力偶合器调速系统介绍
（一）液力偶合器主要技术指标和调速系统的结构组成
液力偶合器调速系统由工作油泵、润滑油泵、勺管执行器、凸轮、错油阀、环流阀、控制油管路、工作油管路、勺管，弹簧，冷油器等结构组成。
表1 液力偶合器主要技术指标
（二）油循环
工作油和润滑油都是用液力偶合器油箱内的油，工作油泵和润滑油泵安装在同一根泵轴上，由输入轴驱动。
1.工作油循环
工作油泵提供的油经过逆止门、节流孔板和环流阀进入工作油循环，工作油在工作室内做功升温后经勺管进入冷油器冷却，然后再经过环流阀进入工作室，形成一个闭式循环系统。工作油压力的大小是由安全阀控制的，工作油的温度是靠环流阀和冷油器控制的。
2.润滑油循环
润滑油泵提供的润滑油经过冷油器和双联滤网后润滑轴承和齿轮。进入驱动电机和给水泵轴瓦的油量靠节流孔板调节，其流量不能超过设计值。在启动、停机和发生故障时，辅助油泵运行提供润滑油，偶合器运行正常后，辅助油泵停运，润滑油泵提供润滑油。
（三）控制
勺管控制机构通过改变勺管的位置从而改变工作室内的油量，进而控制给水泵输出速度。
1．勺管的调节
勺管的控制机构中配置有一个凸轮，凸轮安装在电动执行器上来实现速度的自动控制。凸轮调节角度根据速度的要求而改变，其形状和驱动机械的转矩特性相匹配。
电动执行器带动凸轮转动，凸轮驱动勺管控制机构的错油阀阀芯移动，错油阀阀芯和阀套相对运动后，控制油油路打开，控制油驱动勺管移动，勺管位置改变。
2．油量控制
环流控制阀提供适当的工作油量，确保工作油做功后产生的热量能够循环冷却。勺管控制机构同时控制勺管的位置和环流阀的开度，环流控制阀的最大开度设计在勺管60%到70%的位置，此时产生的热量最多，需要大量的循环油来带走热量。
二、液力偶合器调速系统故障原因和处理方法
（一）给水泵初速改变
正常情况下，姚电#3、4机组液力偶合器的勺管在0%位置时，给水泵的速度约为950RPM。液力偶合器大修后，运行试泵，发现给水泵初速度达到了1600RPM，该泵转速和其他泵的转速严重不匹配，影响运行人员的正常操作，也影响机组的安全运行。
图1 凸轮位置调节示意图
1.理论分析：
（1）勺管凸轮位置改变
如果勺管凸轮安装角度发生了变化，勺管深入工作室排油腔的长短也会改变。
如图一所示，定位时，当把凸轮原来-X%的位置定成了0%，那么错油阀阀芯比以前靠上，通往勺管弹弹簧侧油缸的油路打开进油，另一侧油缸排油，弹簧和油压双重作用推动活塞，使勺管伸入工作室排油腔的长度加大，工作室内油量减少，传递的能量减小，给水泵初速度减小。
当凸轮原来+X%的位置定成了0%，那么错油阀阀芯比以前靠下，通往勺管工作室侧油缸的油路打开进油，另一侧油缸排油，油压作用推动勺管克服弹簧的弹力，使勺管伸入工作室排油腔的长度减小，工作室内油量增多，传递的能量增加，给水泵初速度提高。
因此，可能是勺管凸轮原来X%的位置变成了0%。
（2）错油阀连杆长度改变
错油阀连杆长度减小时，错油阀阀芯比以前靠上，通往勺管弹簧侧油缸的油路打开进油，另一侧油缸排油，弹簧和油压双重作用推动活塞，使勺管伸入工作室排油腔的长度加大，工作室内油量减少，传递的能量减少，给水泵初速度减小。
错油阀连杆长度增加时，错油阀阀芯比以前靠下，通往勺管工作室侧油缸的油路打开进油，另一侧油缸排油，油压作用推动勺管克服弹簧的弹力，使勺管伸入工作室排油腔的长度减小，工作室内油量增多，传递的能量增加，给水泵初速度提高。
图2 勺管移动示意图
因此，也可能是连杆长度增加了。
2．现场实地检查
由以上理论分析得知，给水泵初速提高有两个原因，一是勺管凸轮+X%的位置变成了0%，另一个是错油阀连杆长度增加了。
现场检查凸轮位置，和以前比没有改变。解体后发现，大修时错油阀阀杆断裂，因无备件，焊接后使用，错油阀连杆因焊接长度增加。
3．处理措施
将连杆上部固定螺栓向下旋紧，连杆向上提。经过数次调整和试泵，最终将给水泵初速度降到了950RPM，实现了给水泵的安全运行。
（二）液力偶合器油温在给水泵较低转速时偏高
姚电#3、4机组某液力偶合器在低转速时，温度一直偏高，几乎达到报警值。
1．理论分析
（1）工作油冷油器冷却效果差是液力偶合器油温高的最常见原因。冷油器冷却效果差的原因则有可能是冷却水管路堵塞，或者是冷却水水量较小。
（2）低速状态时，环流控制阀开度较小，工作油循环量不够，不能带走工作油做功后产生的热量。
2.处理措施
（1）清理工作油冷油器，清理后工作油温降低的较少不能满足要求。
（2）在冷油器上加装冷却水管，对冷油器进行喷淋冷却。该方法实施后，液力偶合器可以在较低转速下保持运行。但该措施比较浪费水资源。
（3）改变环流控制阀的凸轮初始角度可以改变环流阀的开度，因此将环流阀凸轮的+X%处设置为0%，环流阀活塞向下移动，环流阀开度增大，油量增加。撤掉喷淋水管，试运给水泵在较低转速下正常运行。
（三）给水泵转速波动
姚电#3、4机组某液力偶合器在运行过程中，勺管位置信号没有改变，给水泵转速出现波动现象。
图3 勺管受力示意图
1．理论分析
稳定运行时，勺管活塞弹簧侧受到弹簧的阻力F3和控制油的压力F1，工作油室侧受到控制油压力F2，F1+F3=F2，两侧受力相等，勺管固定在一个位置上，给水泵转速也稳定运行。当勺管凸轮向上移动时，弹簧侧油缸进油，工作油室侧油缸排油，F1+F3>F2，勺管向工作室侧移动；当勺管向下移动时，工作油室侧油缸进油，弹簧侧油缸排油，F1+F3<F2，勺管向弹簧侧移动，当凸轮停止运动时，错油阀阀杆停止移动，勺管推动错油阀阀套移动到和错油阀阀杆匹配的位置，断绝勺管活塞两侧油缸的进油和排油，F1+F3=F2，勺管稳定。
然而，实际运行时，给水泵发生转速波动现象，分析可知，直接原因是工作室内工作油量在波动，工作油量的波动原因则是勺管在勺管腔体内来回串动，勺管的串动原因是勺管活塞两侧受力不均衡，F1、F3、F2某值发生了改变。
（1）若F1增大，可能原因是弹簧侧油缸进油油路打开（错油阀阀杆和阀芯密封配合间隙超标），若工作油室侧油路不通，因为液体几乎不可压缩，F1+F3始终等于F2，勺管不动，若工作室侧油路打开，那么F1+F3>F2，勺管波动。
工作室侧油路打开的原因，控制油管路漏油，或者勺管活塞O型圈密封失效。
（2）若F1减小，则可能原因是进油管路漏油或者，错油阀阀杆和阀芯密封配合间隙超标）。
（3）若F2增大，可能原因是错油阀失效（间隙超标）。
（4）若F2减小，可能是控制油路漏油，勺管活塞O型圈密封失效。
（5）若F3改变，则可能是弹簧失效。
2．处理措施
从最容易发生损坏的设备上入手，首先更换O型圈，如果得不到解决，更换弹簧，无法解决问题，更换错油阀。
本案例更换活塞O型圈后，给水泵试运正常。
（四）给水泵流量突变
姚电#3、4机组某给水泵在勺管60%位置运行时，凸轮自动调节向0%方向旋转，给水泵转速没有降低，反而略微升高，泵入口流量急剧增加，运行强制切换给水泵。
1．理论分析
凸轮由60%向0%方向转动，转速没有跟随降低的原因是勺管没有移动造成工作油量没有减少。勺管没有移动的原因则是可能是勺管卡涩、弹簧失效，错油阀卡涩。
速度略微增加，流量激增的原因是，运行时两台给水泵并列运行，共用一个出口母管，必须保持相同的出口压力和流量才能保证两台给水泵的正常运行，事故给水泵转速没有改变，另一台给水泵转速降低，出口压力低于事故泵出口压力，事故泵因为出口阻力较小后，更多的能量转化成了动能，转速提升，流量增加。
2．处理措施
1.检查弹簧是否失效，失效更换弹簧。
2.检查勺管有无卡涩，勺管若卡涩，对勺管活塞和油缸接触部位抛光处理，必要时更换勺管。
3.检查错油阀是否有卡涩现象，消除卡涩原因。
本案例解体偶合器勺管后检查弹簧，弹力正常，无需更换，勺管无卡涩现象，错油阀连杆弯曲。判断因错油阀连杆弯曲造成错油阀卡涩，校直连杆后，给水泵运行正常。
三、结语
通过分析找出液力偶合器异常的原因，提出相应的措施加以解决，取得良好的效果，减小频繁检修所造成的人力、物力浪费，节约了成本。
液力偶合器的正常运行提高了机组运行的稳定性，也为其他机组发生同类故障时提供了参考。
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论文作者:张科雷,赵新磊
论文发表刊物:《电力设备》2018年第24期
论文发表时间:2019/1/8
标签：凸轮论文; 工作论文; 给水泵论文; 转速论文; 液力论文; 环流论文; 弹簧论文; 《电力设备》2018年第24期论文;