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)在造氣裝置正常運行中占有重要地位。要保證造氣裝置的正常運行，首先應滿足液壓系統(tǒng)運行穩(wěn)定及工藝閥門啟閉速度快捷這2個基本條件。液壓系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，將給生產帶來極大的隱患。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、油液壓力波動范圍大、液壓系統(tǒng)的噪音等問題。下面從4個方面對液壓系統(tǒng)的優(yōu)化進行分析和探討。

1 造氣液壓系統(tǒng)的組成

造氣液壓系統(tǒng)主要由動力泵站、控制元件、蓄能裝置、執(zhí)行部件和傳動介質五大部分組成。根據造氣系統(tǒng)閥門的直徑以及閥門的閥待時間進行計算，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)的啟閉時間在1.5～2.0 s，大閥門的啟閉時間在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)在最初安裝時的焊渣、接管坡口留下的毛刺、內部的鐵屑和灰塵等在吹除過程中未完全處理干凈，正常運行過程中煤粉和元件磨損碎屑也會帶進系統(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、進回油竄油、系統(tǒng)壓力波動增大以及系統(tǒng)無法運行等現(xiàn)象。

固體顆粒污染物的存在還會促使油液變質，因為大量固體顆粒的不規(guī)則運動會促使氣體離散生成氣泡，氣泡的產生和覆滅會使系統(tǒng)發(fā)生“氣穴”，進而產生噪音。

2.2 水分的污染

由于油冷器泄漏，導致冷卻水進入系統(tǒng)，游離水附著于零件表面，會腐蝕齒輪泵或葉片泵內件；同時，游離水使油液中某些添加劑變質，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

空氣比水更容易進入液壓系統(tǒng)，它的存在是產生汽蝕的主要原因。進入系統(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)行機構的速度，同時會引起液壓泵的氣塞，產生噪音和振動；并且空氣的存在還會增加油液的酸值，破壞潤滑，加速油液變質。

2.4 控制油液污染的方法

(1)加強在安裝維護過程中的控制，如電磁閥和電液動閥以及液壓油缸的拆裝、維修過程中，應按要求進行“濕加工”，以確保表面的加工質量；同時，要防止大氣污染，絕對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，應嚴格按照設計要求施工，保證坡口打磨平整；采用氬弧焊焊接，焊接結束后，進行沖洗，盡可能減少固體顆粒的進入。

(3)確定系統(tǒng)的污染度等級，嚴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)提高員工的責任心，加強進行液壓知識的相關培訓，保證液壓系統(tǒng)維護人員技術過硬。

(5)制定油液防污操作指導書，將好的安裝維護措施落實為具體的操作規(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，油液產生波動和噪音，還會使系統(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，還會使密封材料硬化、收縮，使密封失效。

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

冬季的大氣溫度一般在0 ℃左右，泵站油箱內油液溫度一般在25 ℃。由于系統(tǒng)管線較長、油管的管徑較細，系統(tǒng)內的熱量散發(fā)較快，煤總油缸內進回油口油液溫度僅4 ℃，嚴重偏離系統(tǒng)的正常工作溫度，閥門動作緩慢，增加了閥門延滯時間，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，用銅管制作冷卻管，銅管的抗腐蝕性能較鋼管強，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行換熱；對油管、換向閥站進行保溫；對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)。查閱液壓油的相關資料，低溫下影響液壓油黏度變大的一個重要原因是油液的傾點，因此必須更換一些低傾點的液壓油。幾種常見液壓油性能指標見表1。

表1 幾種常見液壓油性能指標

注：40 ℃時的運動黏度。

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(-9 ℃)。通過對比分析，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脈沖，液壓系統(tǒng)必須有健全的瞬態(tài)響應特性來保證系統(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，系統(tǒng)壓力基本穩(wěn)定，但在生產中還是會出現(xiàn)一些波動大或是油液壓力不在正常范圍內的現(xiàn)象。

4.2 系統(tǒng)油壓波動大的原因分析

(1)系統(tǒng)出現(xiàn)進回油竄油的現(xiàn)象。

(2)單臺爐設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，進而產生噪音。

(4)泵頭和管路的安裝存在問題，如齒輪泵與電動機之間是通過聯(lián)軸器連接的，當連接過程出現(xiàn)軸向跳動時，則會引起功率的損失，甚至會損壞泵頭轉子。葉片泵安裝必須注意吸入口距液面的安裝高度，當吸入口距液面的距離較小時，會引起汽蝕現(xiàn)象，使泵打不上壓。

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

(6)油濾被污染物堵塞較嚴重。

(7)油箱內油位較低，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)的維護工作，加強對泵站維修工和巡檢工進行液壓知識的培訓，從主觀上降低由于人為因素而造成壓力波動等液壓故障的發(fā)生率。

(2)對液壓油定期進行過濾，定時更換油濾，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大的現(xiàn)象。

(3)定期進行倒泵操作，保證泵工況良好。

(4)在安裝和配設管線時，最好進行管路特性方程計算，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)壓力波動大和噪音大的現(xiàn)象。

(5)加強蓄能器的維護，定期對蓄能器進行沖壓，并且測試蓄能器的膠囊是否存在泄漏問題，如有泄漏，應及時更換。

(6)加強對溢流閥的維護，同時應加強對維修工進行相關知識的培訓。經驗豐富的維修工在溢流閥出現(xiàn)故障時，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)當系統(tǒng)回油管線上出現(xiàn)壓力時，說明系統(tǒng)的高壓、低壓油路存在竄油現(xiàn)象。對于系統(tǒng)中疑似泄漏點較多的問題，應該采取邏輯的分析方法。造氣液壓系統(tǒng)故障發(fā)生是因為整個系統(tǒng)最薄弱的一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)了問題，所以在判斷故障部位時應根據故障現(xiàn)象和特征確定與該故障有關的區(qū)域，逐步縮小發(fā)生故障的范圍，有針對性分析故障的原因，最終找出故障的具體所在，做到復雜問題簡單化。

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，導致系統(tǒng)產生汽蝕噪聲。其主要原因有：

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

(2)液壓泵軸端油封損壞或進油管密封不良，造成空氣進入系統(tǒng)。

(3)油箱油位過低，使液壓泵進油管直接吸空。

當液壓泵工作中出現(xiàn)較高噪聲時，應先對上述部位進行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

5.1.2 液壓泵內部元件過度磨損

若齒輪泵的缸體與配流盤、主動輪與被動輪等配合件的磨損、拉傷，會使液壓泵內泄漏加劇。當液壓泵輸出高壓、小流量油液時，會引發(fā)流量脈動，產生較高噪聲；另外，葉片泵的配流盤及葉片等磨損也會產生噪聲。

發(fā)生上述情況可適當加大先導系統(tǒng)變量機構的偏角，以改善內泄漏對泵輸出流量的影響，或者對磨損、拉傷嚴重的元件進行刷鍍、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，進而改變卸荷位置，產生困油現(xiàn)象，繼而引發(fā)較高噪聲。在正常裝配過程中，經平磨修復的配流盤也會出現(xiàn)卸荷槽變短，如不及時將其適當修長，也將產生較大噪聲。在裝配過程中，配流盤的卸荷槽一定要裝在泵的高壓腔，并且其尖角方向應與缸體的旋向相對，否則也會給系統(tǒng)帶來較大噪聲。

5.2 溢流閥的噪聲

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

(1)油液中混入空氣，在先導閥前腔內形成“氣穴”現(xiàn)象而引發(fā)高頻噪聲。此時，應及時排盡空氣，防止外界空氣重新進入系統(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，造成先導流量不穩(wěn)定，產生壓力波動而引發(fā)噪聲，此時應及時修理或更換。

(3)先導閥因彈簧疲勞變形造成其調壓功能不穩(wěn)定，使壓力波動大而引發(fā)噪聲，此時應更換彈簧。

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，在高壓作用下產生“氣穴”現(xiàn)象，進而引發(fā)較大噪聲，此時應及時排盡空氣。

(2)當缸頭油封過緊或活塞桿彎曲時，在運動過程中會產生噪聲，此時應及時更換油封或校直活塞桿。

5.4 液壓油缸工作時的噪音

管路死彎過多或固定卡子松脫也可能產生振動和噪聲，因此，在管路布置上應盡量避免死彎，對松脫的卡子應及時擰緊。

科技簡訊

2015- 02- 04)