薛 明

(洛陽(yáng)三隆安裝檢修有限公司，河南 洛陽(yáng) 471012)

?生產(chǎn)與實(shí)踐?

液力耦合器在阿特勞煉油廠芳烴聯(lián)合生產(chǎn)裝置中的應(yīng)用

薛 明

(洛陽(yáng)三隆安裝檢修有限公司，河南 洛陽(yáng) 471012)

離心壓縮機(jī)是工業(yè)生產(chǎn)中的重要設(shè)備，一般用于提升氣體流體壓力，為裝置生產(chǎn)運(yùn)行提供動(dòng)力。以哈薩克斯坦阿特勞煉油廠芳烴聯(lián)合裝置的離心機(jī)為例，介紹了液力耦合器的工作原理及調(diào)速方式。

液力耦合器；勺管；VEHS

0 前言

中石化洛陽(yáng)工程有限公司總包的《哈薩克斯坦阿特勞煉油廠有限責(zé)任公司芳烴生產(chǎn)聯(lián)合裝置交鑰匙工程》(以下簡(jiǎn)稱“芳烴聯(lián)合裝置”)是中國(guó)石化在中亞市場(chǎng)的第一個(gè)EPCC總包項(xiàng)目，是中國(guó)石化打開(kāi)中亞市場(chǎng)的關(guān)鍵。項(xiàng)目主要包括一套100萬(wàn)t/a重整裝置以及一套50萬(wàn)t/a PX裝置。這兩套裝置中有3套離心機(jī)組均采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)與液力耦合器調(diào)速的方式組合，但配置形式有所不同，其中一臺(tái)采用圖1(a)所示的形式配置，即電動(dòng)機(jī)+液力耦合器+齒輪箱+離心壓縮機(jī)，壓縮機(jī)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速較高所以選用此種配置；另外兩臺(tái)采用圖1(b)所示的形式配置，即電動(dòng)機(jī)+齒輪調(diào)速型液力耦合器(內(nèi)嵌齒輪箱)+離心壓縮機(jī)，壓縮機(jī)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速較低故選用此種配置。

圖1 配置形式

壓縮機(jī)流量及排出壓力的控制一般是通過(guò)對(duì)進(jìn)口節(jié)流或采用汽輪機(jī)調(diào)速等方式進(jìn)行，但隨著節(jié)能及操作運(yùn)行費(fèi)用的重要性越來(lái)越引起人們的注意，使得很多壓縮機(jī)組改為采用液力耦合器進(jìn)行調(diào)速的模式。除了節(jié)省蒸汽和減少能量損失外，采用液力耦合器更重要的原因是：電機(jī)可空載啟動(dòng)，減少啟動(dòng)電流，縮短啟動(dòng)時(shí)間，這就減少了電機(jī)配電系統(tǒng)的投資和啟動(dòng)時(shí)對(duì)配電系統(tǒng)的沖擊。

1 液力耦合器工作原理

芳烴聯(lián)合裝置所用的耦合器是VOITH公司生產(chǎn)的SVTL型調(diào)速耦合器以及R.K.M型齒輪式變速液力耦合器，下面以SVTL型調(diào)速耦合器為例闡述其工作原理。

1.1 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

調(diào)速耦合器的結(jié)構(gòu)及主要部件如圖2所示。

1.油箱殼體 2.泵輪軸 3.泵輪 4.渦輪軸 5.渦輪 6.轉(zhuǎn)動(dòng)外殼 7.工作油腔 8.勺管腔 9.調(diào)心滾子軸承10.徑向軸承 11.滾動(dòng)軸承 12.充油泵 13.勺管14.冷油器 15.易熔塞 16.油箱

1.2 功率傳遞

耦合器液力傳動(dòng)基于泵輪和渦輪的相互作用。電機(jī)通過(guò)輸入軸帶動(dòng)泵輪旋轉(zhuǎn)，液體被離心式泵輪高速甩出進(jìn)入渦輪即推動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)，將從泵輪獲得的能量傳遞給輸出軸。最后液體返回泵輪，形成周而復(fù)始的流動(dòng)。即電機(jī)的機(jī)械能由泵輪變成液體的動(dòng)能，渦輪再將液體的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能。耦合器的泵輪和殼體組成工作腔，渦輪被包含在工作腔內(nèi)，由于泵輪和渦輪并不接觸，所以沒(méi)有任何磨損。

1.3 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)

液力耦合器依靠支撐在勺管支座上的勺管的開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。通過(guò)改變勺管的位置，耦合器的工作油量得到改變，這樣就達(dá)到無(wú)級(jí)變速的目的。勺管位置在耦合器勺管油腔的最深處時(shí)(0位)，循環(huán)工作油量最小，輸出轉(zhuǎn)速最小。勺管位置在耦合器油腔的最外延時(shí)(100%位)，循環(huán)工作油量最大，輸出轉(zhuǎn)速最大。

2 液力耦合器的調(diào)速控制

改變勺管位置即可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，而控制勺管位置則依靠福伊特電液位置控制器VEHS(Voith Electro Hydraulic Positioning Control)。

2.1 VEHS結(jié)構(gòu)

VEHS能準(zhǔn)確并連續(xù)地控制液力耦合器的勺管或者變矩器的導(dǎo)葉位置，其主要由電磁執(zhí)行機(jī)構(gòu)，雙向缸體，電子位置感應(yīng)器組成。如圖3所示。勺管或?qū)~的實(shí)際位置由雙向缸體上的電子位置傳感器記錄；電磁執(zhí)行機(jī)構(gòu)集成PID控制器和磁力控制器，用于控制3位4通閥。

p1.帶壓控制油管 T.回油管 A.油管 B.油管 W：主控器給定(4～20 mA對(duì)應(yīng)0～100%)X.實(shí)際值反饋(4～20 mA對(duì)應(yīng)0～100%) x0、x1、Kp、FM、F1、F0、TD：定位器參數(shù)

2.2 VEHS動(dòng)作方式

VEHS內(nèi)部控制回路比較實(shí)際位置值X(actual position，由位置傳感器發(fā)出)和主控W(position setpoint，如DCS)發(fā)出的給定值，信號(hào)偏差由磁力驅(qū)動(dòng)器(magnetic force controller)校正，磁力F的改變作用于3位4通閥閥芯的位置。控制油從3位4通閥向雙向缸體流入或流出，從而改變勺管或?qū)~的位置。當(dāng)活塞在雙向缸體移動(dòng)時(shí)，位置傳感器(position pickup)感應(yīng)到活塞的位置，向定位器發(fā)送信號(hào)X。X值與主控發(fā)送信號(hào)W相比較，W-X的差值逐漸減小，則磁力F也逐漸減小。直到當(dāng)W=X時(shí)，3位4通閥閥芯處于閥體的中間位置，此時(shí)VEHS 保持穩(wěn)定。

2.3 定位器參數(shù)設(shè)定

定位器的控制響應(yīng)通過(guò)Kp(比例系數(shù))設(shè)定。其他的參數(shù)已經(jīng)在工廠預(yù)設(shè)完畢，一般不必更改。定位器參數(shù)：FM，當(dāng)W-X=0時(shí)設(shè)定電磁閥中位；x0，零位設(shè)定，S=最小值，W=4 mA；x1，滿位設(shè)定，S=最大值，W=20 mA；Kp，比例系數(shù)，順時(shí)針?lè)较蛟黾颖壤禂?shù)；TD，微分時(shí)間，順時(shí)針?lè)较蛟黾游⒎謺r(shí)間。

3 常見(jiàn)故障

3.1 輸出轉(zhuǎn)速故障

3.1.1 在勺管位置穩(wěn)定的情況下輸出轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定

故障原因：工作油起泡(冷油器溫度的下限太低，導(dǎo)致空氣溶解度太高)；充油泵吸收氣體；壓力不斷變化。處理措施：將油箱內(nèi)的工作油升溫至>45 ℃；檢查油位和充油泵；檢查系統(tǒng)，放氣孔和穩(wěn)定情況。

3.1.2 在自動(dòng)控制的情況下輸出轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定

故障原因：控制機(jī)構(gòu)運(yùn)作不正常。處理措施：調(diào)整控制機(jī)構(gòu)。

3.1.3 輸出轉(zhuǎn)速失控

故障原因：勺管或者勺管執(zhí)行機(jī)構(gòu)被堵塞；勺管執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生錯(cuò)誤。處理措施：檢查勺管的滑動(dòng)情況，去除堵塞物；檢查勺管執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

3.1.4 不能達(dá)到最大輸出轉(zhuǎn)速

故障原因：勺管沒(méi)有在100%位；易熔塞已經(jīng)響應(yīng)；泵的需求功率過(guò)大。處理措施：檢查勺管最大位移；更換新的易熔塞；校對(duì)系統(tǒng)的功率參數(shù)，檢查泵運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性。

3.2 壓力故障

3.2.1 啟動(dòng)時(shí)潤(rùn)滑油壓力過(guò)低

故障原因：潤(rùn)滑油泵電機(jī)沒(méi)有正確的連接；外部的潤(rùn)滑油供量過(guò)高；油路有泄漏；雙筒濾油器堵塞。處理措施：檢查連接情況；調(diào)整節(jié)流孔；檢查油位及管路的泄漏情況；切換濾油器，清理濾油筒；檢查壓差監(jiān)控計(jì)。

3.2.2 雙筒濾油器壓差太大

故障原因：雙筒濾油器堵塞。處理措施：切換濾油器，清理濾油筒。

3.2.3 正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)潤(rùn)滑油壓力過(guò)低

故障原因：雙筒濾油器堵塞；外部的潤(rùn)滑油供量過(guò)高；輔助潤(rùn)滑油泵的止回閥被堵塞(輔助潤(rùn)滑油泵反轉(zhuǎn)運(yùn)行)。處理措施：切換濾油器，清理濾油筒；調(diào)整節(jié)流孔；檢查止回閥。

3.2.4 充油泵壓力過(guò)低

故障原因：油箱中的油溫<45 ℃，導(dǎo)致空氣溶解度過(guò)高；油位過(guò)高；工作油起泡(油溫太低；工作油中水分含量過(guò)高；空氣溶解度過(guò)高，錯(cuò)誤的工作油類型)。處理措施：將油箱內(nèi)的工作油溫度提升到45 ℃以上；檢查油位，將油位調(diào)整到正常范圍。檢查易熔塞；檢查油的雜質(zhì)含量，離心分離出雜質(zhì)，必要時(shí)更換工作油。

3.3 溫度故障

3.3.1 在正常運(yùn)行時(shí)耦合器溫度過(guò)高

故障原因：冷水額定流量過(guò)低；冷卻水溫度過(guò)高；冷油器被污染；調(diào)速耦合器的運(yùn)行情況不符合特征曲線。處理措施：增加冷凝水的額定流量；檢查溫控閥；檢查并清潔冷卻系統(tǒng)；在特征曲線環(huán)境下運(yùn)行調(diào)速耦合器(檢查易熔塞)。

3.3.2 軸承溫度過(guò)高

故障原因：軸承被損壞；潤(rùn)滑油溫度過(guò)高；潤(rùn)滑油壓力過(guò)低。處理措施：檢查靜音運(yùn)行的情況；檢查軸承，必要時(shí)替換；檢查冷油器，切換濾網(wǎng)清洗濾筒；檢查潤(rùn)滑系統(tǒng)；切換雙筒濾網(wǎng)清洗濾筒檢查壓差監(jiān)控器；檢查油位；增加潤(rùn)滑油壓力。

4 結(jié)語(yǔ)

阿特勞芳烴聯(lián)合裝置中的壓縮機(jī)所配套使用的液力耦合器不僅在控制轉(zhuǎn)速方面非常簡(jiǎn)單和方便，而且其控制可靠，具有良好的穩(wěn)定性和可維修性。使用調(diào)速型液力耦合器提高了效率，降低了投資費(fèi)用，減少了檢查和維護(hù)費(fèi)用，從而增加了運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，是值得推廣的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方式。

2017-02-06

薛 明(1983-)，男，工程師，從事生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制工作，電話：0379-66992123。

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