YUKEN變量柱塞泵發(fā)生突發(fā)性失壓故障的診斷及修復(fù)

1、全國火電100-200mw級機組技術(shù)協(xié)作會2008年年會論文集 汽輪機yuken變量柱塞泵失壓故障的診斷及修復(fù)尹金亮1俞衛(wèi)新2郭廣富1李穎杰1王愛樂1賈憲周1陳朝軍1（1平頂山平東熱電有限公司河南平頂山4670002中國電力大別山發(fā)電有限公司湖北麻城431600）摘要：本文通過變量柱塞泵一次突發(fā)性失壓故障的處理，從柱塞泵的特點出發(fā)，分析了故障產(chǎn)生的原因，提出了解決問題的方法和途徑，使泵功能得到恢復(fù)，并對電廠液控系統(tǒng)的運行和維護提出了幾點建議。關(guān)鍵詞：柱塞泵；故障；分析；排除0引言某電廠兩臺210mw供熱機組于2006年投入商業(yè)化運行，頂軸油系統(tǒng)為哈爾濱汽輪機廠配供日本油研ah37-fr01kk

2、-2080變量柱塞泵(37 l/min,21mpa),及單向閥(32mpa)、溢流閥(1031.5mpa)100l/min80m進口濾油器等組成，其工作原理為潤滑油經(jīng)過濾器進入柱塞泵，使其壓力升高到 18mpa，再經(jīng)分流器、單向節(jié)流器，最后將高壓油送入軸承的下瓦底部油囊，靠油壓將軸頸頂起，強制形成油膜，以避免軸頸和軸瓦干摩擦，目的為減少盤車電機的起動力矩和防止盤車時使轉(zhuǎn)子-葉片系統(tǒng)受“蠕動”激振，保證連續(xù)盤車時轉(zhuǎn)子能穩(wěn)定轉(zhuǎn)動，避免上下汽缸溫差大使轉(zhuǎn)子大軸彎曲。和任何機械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)一樣，液壓系統(tǒng)在工作過程中也會發(fā)生故障。而液壓系統(tǒng)故障主要具有隱蔽性、因果關(guān)系的復(fù)雜性和誘發(fā)因素的多元性?，F(xiàn)代診

3、斷技術(shù)已發(fā)展到用各種儀器進行液壓系的測試，但目前在我們現(xiàn)場實際工作中，由于受時間、技術(shù)條件和經(jīng)濟目標(biāo)的制約，故障診斷人員必須采用較簡便、實用的技術(shù)手段，盡可能減少拆卸，節(jié)省工時，正確、快速地診斷液壓設(shè)備的故障。1yuken變量柱塞泵結(jié)構(gòu)及工作原理yuken變量柱塞泵結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由傳動軸、泵體、斜盤、斜盤托架支持軸承、配油盤、柱塞等件組成，中間泵體1的一端通過螺釘連接泵端蓋2，中間泵體1的另一端通過螺釘斜盤托架支持軸承相連，該泵是將9個柱塞配置在一個共同缸體的圓周上，并使柱塞中心線和缸體中心線平行，柱塞頭部連有滑靴，滑靴由壓盤緊壓在斜盤上，斜盤軸線與缸體軸線傾斜一角度，斜盤由斜盤托架支持

4、軸承保持在泵體上，在泵殼內(nèi)中裝有徑向支持軸承作為泵轉(zhuǎn)軸的徑向支承，傳動軸3上設(shè)有鍵槽，在柱塞缸體4內(nèi)裝有的中心彈簧、彈簧座、內(nèi)套及回程盤17的聯(lián)合作用下迫使滑履9在斜盤7上作平面運動。當(dāng)電機帶動傳動軸旋轉(zhuǎn)時，傳動軸帶動缸體旋轉(zhuǎn)，由于斜盤的作用，迫使柱塞8在缸體內(nèi)作往復(fù)運動，并通過配油盤的配油窗口進行吸油和壓油，缸體每轉(zhuǎn)一周，每個柱塞各完成吸、壓油一次，如改變斜盤傾角，就能改變柱塞行程的長度，即改變液壓泵的排量。2失壓故障過程及原因分析2.1事故現(xiàn)象2007年8月12日，運行人員進行例行的定期工作：進行汽輪機油系統(tǒng)油泵試驗，發(fā)現(xiàn)7a頂軸油泵電流8.5a，泵出口表壓為零，兩次試驗情況相同。2.2故

5、障分析2.2.1詢問設(shè)備操作者了解設(shè)備運行情況檢查7月22日、8月2日運行日志記錄油泵試驗正常，詢問設(shè)備操作者確認8月2日泵出口壓力為18mpa，電流正常，但是由于i/o故障在計算機上沒有顯示。8月3日運行日志記錄：消除其電流i/o缺陷，電氣試轉(zhuǎn)7a頂軸油泵電流為8.5a。. 圖1： yuken變量柱塞泵結(jié)構(gòu)1. 中間泵體 2泵端蓋3.傳動軸4. 柱塞缸體5. 配油盤 6. 斜盤托架支持軸承7. 斜盤8. 柱塞9.滑靴10.中心樞軸2.2.2檢查7a頂軸油泵實際運行情況檢查泵注油及入口壓力正常，試轉(zhuǎn)7a頂軸油泵電流8.5a，泵出口表壓為零，緩慢關(guān) 閉出口門，檢查油泵電流不上升，并且泵疏油管及泵

6、體溫度比正常低，停止該泵運行。2.2.37a頂軸油泵失壓過程分析系統(tǒng)無壓力其原因往往與動力機、泵、閥等部分有關(guān)。查找生產(chǎn)現(xiàn)場液壓系統(tǒng)故障的常用方法是邏輯診斷法，它是從故障的現(xiàn)象出發(fā)，采取符合邏輯、適合液壓故障規(guī)律的查找順序進行分析，減少懷疑對象，逐漸逼近，找出故障發(fā)生部位的一種方法，采用這種方法，首先要提出各種可能引起故障的原因，然后對其進行分析、驗證，從而找出真正原因，并給以排除，以至恢復(fù)整機功能， 具體排除過程見下表。頂軸油泵失壓過程排除順序表序號可能原因排除方法結(jié)果1泵內(nèi)吸入空氣檢查泵注油及入口壓力正常。排除。2溢流閥故障泵疏油管及泵體溫度低。排除。3系統(tǒng)存在泄漏慢關(guān)出口門檢查油泵電流不

7、上升。排除。4泵反向檢查8月3日運行日志記錄電氣有工作，且頂軸油泵電流為空載電流。觀察泵旋轉(zhuǎn)方向與泵體旋轉(zhuǎn)標(biāo)志相反。5泵內(nèi)部零件磨損，間隙過大，密封件損壞關(guān)閉出口和卸壓手動門，正反向手盤轉(zhuǎn)軸，輕松，不泵油。電機調(diào)相后試轉(zhuǎn)，出口壓力為零。不能排除。圖2yuken斜盤式軸向柱塞泵工作原理2.3柱塞泵失效形式及部位分析2.3.1柱塞泵失效形式分析泵在使用過程中一般要經(jīng)過初期磨損、正常磨損和異常磨損等三階段。該泵8月2日運行正常，8月3日出現(xiàn)失壓故障，可以認為由于電機泵反向造成異常磨損。2.3.2yukean系列斜盤式柱塞泵的結(jié)構(gòu)特性從泵工作原理圖上可以看出，為了維持軸向柱塞泵的正常工作，三對摩擦副在

8、正常工作狀態(tài)均存在由高壓油進行潤滑和密封。柱塞泵在高速、高壓下工作，由滑靴和斜盤、柱塞桿和缸體孔、缸體配流面和配流盤所形成的三對主要摩擦副，是影響柱塞泵工作性能和壽命的主要因素，它們既要保證密封性，又要盡量減少磨損，由于電機反向運行，泵出口沒有高壓油導(dǎo)致了異常磨損和非正常的泄漏，正是這些泄漏將會導(dǎo)致其喪失工作能力。2.3.3柱塞泵三對主要摩擦副的潤滑及磨損泄漏原因分析根據(jù)柱塞泵結(jié)構(gòu)，反向運行造成異常磨損，其磨損主要存在于斜盤與斜盤托架支持軸承、缸體和配流盤、滑靴和斜盤三對摩擦副中，它們是8月3日柱塞泵失壓故障的重要因素。2.3.3.1配流盤與柱塞缸體配流面a) 配流盤與柱塞缸體，靜配油盤通過定

9、位環(huán)和定位銷安裝在殼體上，并且通過軸向彈力和柱塞孔端部液壓力緊貼在殼體平面上。配流盤與缸體摩擦副是靜對動配流方式，由于泵體的進、出油液通過具有腰形孔的配流盤，進、出高速旋轉(zhuǎn)的柱塞缸體柱塞孔，配流盤和端蓋缸體間在液體壓力作用下形成靜壓油膜，配流盤與柱塞缸體配流面之間存在相對運動造成磨損，同時柱塞泵工作時壓力油對柱塞缸體產(chǎn)生一個軸向推力，加上中心彈簧的作用力使缸體對配流盤保持一定的壓緊力,兩者之間通常密封良好。當(dāng)泵反向時，沒有高壓油潤滑，造成配流盤磨損。b）動靜配油盤具有相對運動，并且相對運動速率高達10m/s。因此該平面的動靜配油盤表面，要有較高耐磨要求和平面度要求，同時也需要有較大的貼合力（即

10、軸向彈力）。為了提高耐磨性能，通常將動靜配油盤采用不同硬度的材料制成 缸體配油面為高硬度的優(yōu)質(zhì)合金鋼，配油盤表面噴涂較軟的銅鋁合金，其表面都是經(jīng)過高精度研磨加工而成，其平面度都非常高。另外，動配油盤的高低壓窗口距離非常近，該部位稍有損傷將會引起大量的泄漏，甚至很快就使液壓泵失去工作能力，特別是磨損，只要該表面有幾道非常細小的磨痕都會引起液壓泵的性能下降很多。例如一臺柱塞泵，表面有一道1mm寬，0.5mm深的磨痕，該泵壓力從15mpa下降至5mpa。在15mpa時輸出流量由200l/min降至0l/min，可見柱塞泵容不得半點“砂子”。c）關(guān)閉泵出口和卸壓手動門，正向手盤泵轉(zhuǎn)軸，輕松，不泵油，說

11、明泵存在嚴重泄露；當(dāng)泵正常情況下，關(guān)閉其出口，由于泵內(nèi)僅存在極少量泄漏，正向手盤泵轉(zhuǎn)軸只能盤動1-2圈。電機調(diào)相后轉(zhuǎn)向正常，試轉(zhuǎn)泵出口壓力仍然為零，是由于反轉(zhuǎn)后使中心彈簧偏斜，導(dǎo)致軸向推力不足，使配油盤貼合力不夠，引起較大泄漏，同時由于缺油運行，動靜配油盤摩擦過熱，使泄漏量增大。2.3.3.2柱塞頭與斜盤滑靴、斜盤與斜盤托架支持軸承a) 斜盤與斜盤托架支持軸承的滑動磨擦此部位是一個非常特殊的部位，也是軸向柱塞泵非常敏感的位置。高壓油通過柱塞泵體進入托架支持軸承，使之和斜盤之間形成一定厚度的油膜，這樣高速滑動摩擦為液體摩擦，減小了摩擦和磨損。當(dāng)反向時，沒有高壓油潤滑，斜盤與斜盤托架支持軸承發(fā)生金

12、屬接觸磨擦，造成支持軸承失效。b) 柱塞頭與斜盤滑靴是三對磨擦副中最為復(fù)雜的一對，柱塞頭在斜盤上除進行自轉(zhuǎn)外還進行公轉(zhuǎn)，柱塞頭和滑靴上的小孔，將壓力油引入盤形腔，即從柱塞腔引出高壓油在柱塞頭與斜盤滑靴間形成13m厚的油膜，柱塞頭和斜盤滑靴的高速滑動摩擦為液體摩擦，依靠液體壓力承受柱塞載荷，避免金屬直接接觸磨損；當(dāng)泵反向時，柱塞頭與斜盤滑靴接觸形成固體之間的摩擦，而非液體摩擦，柱塞頭和滑靴將很快磨損。c) 柱塞桿與缸體孔摩擦副是無靜壓卸載式，柱塞桿在缸體孔內(nèi)作直線往復(fù)運動，柱塞移動的行程隨斜盤角度的變化而變化，并通過配油盤的配油窗口進行吸油和壓油。3零件的修復(fù)與故障排除3.1零件的修復(fù)對yuke

13、n柱塞泵進行解體檢查，發(fā)現(xiàn)配流盤、斜盤與斜盤托架軸承出現(xiàn)明顯的磨損和拉毛，見圖3。在對其進行人工研磨，以達到所需的粗糙度。本次故障是因磨損、拉毛從而導(dǎo)致其與配流盤和泵體配流平面斜盤托架支持軸承配合不好，密封性能下降，造成泄漏而達不到設(shè)計泵壓，采用手工研磨的方法修理，具體方法是研磨前先將配流盤拉毛或不平處用細油石推平，在二級以上精度的平板上研磨；將斜盤和斜盤托架支持軸承加研磨膏和紅丹粉進行對研，研磨后的配流盤的結(jié)合面用煤油清洗后拋光，表面粗糙度應(yīng)達到ra0.032m，平面度應(yīng)小于 0.005mm ，托架支持軸承、安裝配流盤在修理、安裝過程中，須注意下問題：1）缸體與配流盤運動端面要達到規(guī)定要求二

14、者接觸均勻。2）安裝時要保證缸體、軸承、花鍵軸等部的同軸度，泵體、配流盤對花鍵軸的垂直度，配盤兩端平行度，以保證配流盤與缸體全面貼合，免燒盤。3.2故障排除泵回裝后進行試轉(zhuǎn)，由于機組正常運轉(zhuǎn)中，用向汽輪機軸瓦供油的方法進行流量試驗，其運行參數(shù)正常，并且由于消除了泵初期磨損、正常磨損,內(nèi)漏減少，效率提高，超過故障前的流量，達到了設(shè)計參數(shù)，通過流量調(diào)整保持系統(tǒng)壓力18.8 mpa。項目單位設(shè)計損壞前修復(fù)后壓力mpa20.581821流量l/min37.5-電流a353135功率kw18.5516.4318.55轉(zhuǎn)速r/min150015001500 圖3：配流盤、斜盤與斜盤托架支持軸承磨損及研磨情

15、況5 結(jié)語1）現(xiàn)代火力發(fā)電廠廣泛應(yīng)用液壓元件和液控系統(tǒng)，其狀況與整個生產(chǎn)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定可靠、低耗密切相關(guān)，液壓系統(tǒng)故障診斷是一個技術(shù)性非常強的工速，準(zhǔn)確地判斷出液壓系統(tǒng)的故障，首先要有一定的理論基礎(chǔ)；第二是要掌握判斷故障的科學(xué)方法；三是要不斷地實踐；四是要善于分析、歸納總結(jié)、提煉和升華實踐經(jīng)驗，從而加深對理論的理解。所以，遇到了液壓系統(tǒng)故障時首先要判斷故障現(xiàn)象的常見原因和其他可能的原因，這就需要既看現(xiàn)象又看本質(zhì)，既了解有關(guān)工作原理，又要掌握有關(guān)結(jié)構(gòu)，然后進行分析、推理和試驗，本著先動腦再動手、先易后難的原則逐項排除。2）電廠deh和頂軸油及旁路系統(tǒng)大都配置德國力士樂、美國派克、日本油研等品牌

16、的高壓、大流量柱塞泵，但進口商沒有提供技術(shù)說明、檢測方法和使用說明等相關(guān)資料。一般認為，進口液壓柱塞泵性能優(yōu)越、沒有必要維護檢修，造成一種認識上的誤區(qū)。進口液壓柱塞泵是液壓系統(tǒng)中價值較高的部件，液壓泵的失效概率隨泵的役齡增高而上升，從服役期起就應(yīng)建立相應(yīng)的記錄，對其建立以狀態(tài)監(jiān)測為基礎(chǔ)的定修制度，制訂軸承更換、維修檢測、質(zhì)量驗收等一整套維修工藝，可確保其工作可靠性和使用壽命。參考文獻：1 何存興.液壓元件m.北京:機械工業(yè)出版社,19812 (美)g.r.凱勒著.林其王敖,陳燕慶譯.液壓系統(tǒng)分析.國防業(yè)出版社, 19853 宮志范編.液壓傳動技術(shù).機械工業(yè)出版社,19874 溫詩鑄.摩擦學(xué)原理m.北京:清華大學(xué)出版社,19905 鄭國偉主編機修手冊（第3版）第2卷修理技術(shù)基礎(chǔ).機械工業(yè)出版社,19936 同淑榮.液壓系統(tǒng)故障診斷的方法j.液壓工業(yè),1990,37(4):47-50.7 嵇光國,呂淑華.液壓系統(tǒng)故障診斷與排除m.北京:海洋出版社,1992.5-78 池長青.流體力學(xué)潤滑m.北京:國防工業(yè)出版社,19989 馬明東.斜盤式柱塞泵的使用與維修j.工