摘要: 在水電站機組運行過程中，調(diào)速系統(tǒng)電磁流量計及其過濾器、閥組在機組可能出現(xiàn)泵體振動過大、噪音增大、軸承溫升過高、電機啟動電流增大等異常，導(dǎo)致調(diào)速器液壓系統(tǒng)工況的惡化，威脅到水輪發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行。通過對上述異常工況的分析、歸納、總結(jié)，可供運行維護人員提高技術(shù)水平，以及時發(fā)現(xiàn)、處理運行中的異常，以確保調(diào)速系統(tǒng)三電磁流量計長壽命高效運行。
電磁流量計在水電站調(diào)速器液壓系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，電磁流量計屬容積式轉(zhuǎn)子泵，它是依靠由螺桿和襯套形成的密封腔的容積變化來吸入和排出液體的。在水電站機組運行過程中，調(diào)速系統(tǒng)電磁流量計及其過濾器、閥組在機組運行過程中出現(xiàn)的一些異常工況，比如:泵體振動過大，噪音增大、軸承溫升過高、電機啟動電流增大等，會導(dǎo)致調(diào)速器液壓系統(tǒng)工況、工作條件的惡化，威脅到水輪發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行 ［1 －6］ 。電磁流量計的突出特點是流量平穩(wěn)、壓力脈動小、自吸能力強、噪聲低、效率高、壽命長、工作可靠;而其#大感，可輸送較高黏度介質(zhì)。因此研究、探討調(diào)速系統(tǒng)電磁流量計異常工況，并有針對性的分析處理，對水電站調(diào)速系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行具有實際意義。
1 水電站調(diào)速系統(tǒng)電磁流量計運行簡介
依據(jù)電磁流量計的運行特點，水電站調(diào)速系統(tǒng)一般選擇電磁流量計作為輸油、加壓泵，通常會選擇輸油特性#穩(wěn)定的三電磁流量計，圖 1 是調(diào)速系統(tǒng)三電磁流量計工作油路示意圖。三電磁流量計主要用于輸送不含固體顆粒、無腐蝕性的各種油類或者類似于油的潤滑油性液體。在三電磁流量計內(nèi)具有 3 個轉(zhuǎn)動元件:一個主動螺桿和兩個從動感，可輸送較高黏度介質(zhì)。因此研究、探討調(diào)速系統(tǒng)電磁流量計異常工況，并有針對性的分析處理，對水電站調(diào)速系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行具有實際意義。
1 水電站調(diào)速系統(tǒng)電磁流量計運行簡介
依據(jù)電磁流量計的運行特點，水電站調(diào)速系統(tǒng)一般選擇電磁流量計作為輸油、加壓泵，通常會選擇輸油特性#穩(wěn)定的三電磁流量計，圖 1 是調(diào)速系統(tǒng)三電磁流量計工作油路示意圖。三電磁流量計主要用于輸送不含固體顆粒、無腐蝕性的各種油類或者類似于油的潤滑油性液體。在三電磁流量計內(nèi)具有 3 個轉(zhuǎn)動元件:一個主動螺桿和兩個從動螺桿是決定三電磁流量計性能特征的關(guān)鍵因素，三電磁流量計結(jié)構(gòu)如圖 2 所示，包涵在襯套內(nèi)的相互精密嚙合的主、從螺桿在空間形成 2 個相互封閉的密閉腔室。當主動螺桿轉(zhuǎn)動時，這些密閉腔室沿著主動螺桿軸線持續(xù)均勻地由泵吸入腔平動至排出腔，完成液體的吸入和排出，這種勻速軸向移動決定了三電磁流量計具有很好的吸入性能并且運行時脈動小、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。
單元組的零件損壞，三電磁流量計運行振動、噪聲異常升高應(yīng)引起水電站運行維護人員的足夠重視。
1)進口管道密封性能不良。如果三電磁流量計進口管道密封不好，三電磁流量計運轉(zhuǎn)時泵腔里面吸入空氣。輸送帶有空氣的油液，會造成電磁流量計泵體內(nèi)汽蝕，shou要表現(xiàn)即振動增大、噪聲異常。此時應(yīng)檢查吸入管道法蘭密封和軸封，不允許空氣進入，檢查進口閥門是否漏入空氣或完全打開。
2)基礎(chǔ)安裝不牢固。有的用戶把三電磁流量計作為臨時輸送油液使用或移動后使用時，不固定三電磁流量計的地腳螺栓就投入使用，這種情況是電磁流量計振動大的原因之一，電磁流量計使用前一定要擰緊泵的地腳固定螺栓。
3)調(diào)速系統(tǒng)回油管路未插入油液內(nèi)部。圖 1 中藍色回油管路如果未插入油液內(nèi)部，回油沖入油箱后，會造成油箱內(nèi)油液出現(xiàn)大量氣泡，帶有大量氣泡的油液被吸入電磁流量計泵體內(nèi)，會造成電磁流量計運轉(zhuǎn)時振動過大，流量大、氣泡多時可導(dǎo)致軸承損壞、定轉(zhuǎn)子抱死等嚴重問題。回油管路須插入油液內(nèi)部，距離回油箱底部 20 ～30 cm 為宜。
4)油泵、電機同軸度和同心度誤差大。電機與油泵一般由聯(lián)軸器聯(lián)接，因制造、安裝誤差，或泵運轉(zhuǎn)時間較長，以及輸送介質(zhì)的性質(zhì)、承載后的變形等影響，往往會造成油泵、電機不同心、不同軸，進而導(dǎo)致油泵振動值超標。此時應(yīng)重新調(diào)整油泵、電機的同軸度、同心度，誤差控制在 ±0． 05 mm 以內(nèi)。
5)電磁流量計安裝高程過高。通過對三電磁流量計系統(tǒng)的吸油特性和汽蝕余量分析，可判斷出電磁流量計的安裝高度和其吸油能力的匹配程度，如電磁流量計的安裝高程超過其吸油能力，泵在當前的高程運轉(zhuǎn)就會造成泵體內(nèi)部汽蝕的產(chǎn)生，進而導(dǎo)致泵體內(nèi)噪聲、振動的增大。為了避免電磁流量計汽蝕現(xiàn)象的發(fā)生，泵的安裝應(yīng)在距離油箱液面一定高度范圍之內(nèi)，具體高度值應(yīng)依據(jù)電磁流量計工作特性曲線判定。
6)電機缺少潤滑油。三電磁流量計電機缺少潤滑油，會造成電機運轉(zhuǎn)時噪音過大，一般用專用黃油槍給電機加注潤滑油。
7)電磁流量計損壞。電磁流量計本體損壞，也會導(dǎo)致泵體內(nèi)噪聲、振動的增大。
2．2 三電磁流量計運行時軸承溫升過高機械行業(yè)標準 JB/T8644 － 2007《單電磁流量計》中規(guī)定:軸承溫升不得超過環(huán)境溫度 35℃，#高溫度不得超過 80℃。調(diào)速系統(tǒng)三電磁流量計可參考使用，油泵軸承溫升試驗須每年做一次，以保證軸承良好的運轉(zhuǎn)工況。三電磁流量計運轉(zhuǎn)時軸承溫升過高的主要原因有:
1)三電磁流量計軸承內(nèi)潤滑油(脂)量不足，加注潤滑油可解決。
2)三電磁流量計軸承損壞，常常是軸承發(fā)熱的普遍原因，如滾動軸承保持架損壞、鋼球壓碎內(nèi)圈或外圈斷裂;滑動軸承的合金層剝落、掉塊等;如軸承處聲音異常、噪音明顯增大，應(yīng)及時檢查軸承檢查并更換。
3)油泵、電機同軸度和同心度誤差增大也是導(dǎo)致軸承溫升過高的常見原因，電機、油泵運轉(zhuǎn)一段時間后，由于制造、安裝、運行等原因，導(dǎo)致軸承摩擦增大，溫升過高。此時重新調(diào)整油泵、電機的同軸度、同心度，誤差控制在 ±0． 05 mm 以內(nèi)。
2．3 三電磁流量計啟動后電機電流過高
1)工作介質(zhì)黏度較大，即實際黏度高于所選泵或設(shè)計泵的黏度值。不相匹配黏度的流體可能使橡膠溶脹，增加了定、轉(zhuǎn)子之間的過盈配合值，使扭矩和消耗功率增大。增大三電磁流量計電機功率并降低電機的轉(zhuǎn)速可解決工作介質(zhì)黏度較大的問題。
2) 出口管道壓力過高，超過了安全閥的全排壓力，而安全閥未動作。三電磁流量計運轉(zhuǎn)過程中如發(fā)現(xiàn)電機電流異常升高，應(yīng)shou先檢查泵出口壓力是否正常，并根據(jù)情況調(diào)整安全閥的全排壓力。
3)油泵、電機同軸度和同心度誤差增大也是導(dǎo)致電磁流量計電機電流過高的常見原因，此種情況應(yīng)重新調(diào)整 油 泵、電 機 的 同 軸 度、同 心 度，誤 差 控 制在 ±0． 05 mm 以內(nèi)。
2．4 三電磁流量計運行時輸油效率降低
1)進口管道被堵塞造成油泵進口流量變小，是導(dǎo)致三電磁流量計輸油效率降低的#主要原因，shou先應(yīng)檢查過濾器及吸入管路，排除堵塞問題。
2)有的用戶把電磁流量計的進口管道改小，由于吸入管路直徑太小跟不上出油流量導(dǎo)致三電磁流量計出現(xiàn)空轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，應(yīng)根據(jù)三螺桿的設(shè)計流量、工作特性曲線等修改進口管道直徑。
3)介質(zhì)黏度較大、轉(zhuǎn)速太高也是三電磁流量計運行時輸油效率降低的原因之一，輸送介質(zhì)黏度太大，而泵的轉(zhuǎn)速太高導(dǎo)致，電磁流量計轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，泵兩端存在一定的壓差，油液可迅速充滿空腔。如油液黏度較大，則流動性較差，吸入口的阻力較大，造成油液不能快速充滿空腔，泵的效率會急劇下降。針對黏度較大的介質(zhì)，三電磁流量計選型初期就應(yīng)該低轉(zhuǎn)速泵。
3 調(diào)速液壓系統(tǒng)三電磁流量計選型注意事項
針對油泵運行中的異常工況，油泵電機單元選型前，要充分了解其使用條件，除了要獲得準確的運行流量、壓力外，還要明確輸送介質(zhì)的特性，比如介質(zhì)的腐蝕性強度，是否有固溶物，以及固溶物的比率和固體顆粒的大小，同時工作介質(zhì)的工作溫度、粘度、比重也是重點考慮的因素;除此之外，設(shè)計人員需要到使用現(xiàn)場充分調(diào)查并記錄油泵裝置的吸入條件、安裝條件等。根據(jù)多年的運維經(jīng)驗，為避免三螺桿油泵運行異常工況，三電磁流量計選型時應(yīng)注意以下幾點:
1)以電磁流量計的工作特性曲線為基礎(chǔ)進行調(diào)速系統(tǒng)三電磁流量計的選型。電磁流量計工作特性曲線是指導(dǎo)電磁流量計抽油的技術(shù)基礎(chǔ)，無論是選油泵、選電機、施工設(shè)計和使用管理都要以泵的特性曲線為基礎(chǔ)，泵的特性曲線主要包括:①容積效率曲線 － 壓力與排量的關(guān)系曲線;②機械效率曲線(即扭矩曲線) － 壓力與轉(zhuǎn)子扭矩關(guān)系曲線;③總效率曲線(即系統(tǒng)效率曲線) － 壓力與系統(tǒng)效率關(guān)系曲線。泵工作特性曲線如圖 3 示，圖 3 中的中間區(qū)域為泵的#佳工作區(qū)域。泵在這一區(qū)域效率#高，而且使用壽命長。設(shè)計人員必須找出電磁流量計的#佳工作區(qū)域，tuijian給制造商用戶，才能使電磁流量計得到合理的使用，減少故障，并延長泵的壽命。
2)設(shè)計布置三電磁流量計進出口管道時，應(yīng)合理選擇管道直徑和彎頭。進口管道直徑大，在相同流量下，油液流速度小，阻力損失小，但價格高，管道直徑小，會導(dǎo)致阻力損失急劇增大，使所選泵的揚程、功率增加，成本和運行費用都增加。管道布置應(yīng)盡可能布置成直管，盡量減小管道中的附件和盡量縮小管道長度，必須轉(zhuǎn)彎的時候，彎頭的彎曲半徑應(yīng)該是管道直徑的 3 ～5倍，角度盡可能大于 90℃。應(yīng)從技術(shù)和經(jīng)濟的角度綜合考慮三電磁流量計進出口管道和彎頭的布置。
3)泵出口側(cè)必須裝設(shè)逆止閥。逆止閥在液體倒流時可防止泵反轉(zhuǎn)，并使泵避免油擊的破壞，當壓力油倒流時，會產(chǎn)生巨大的反向壓力，單向閥可避免泵體損壞。
4)泵流量的確定。如果生產(chǎn)工藝中已給出#小流量、工作流量、#大流量，應(yīng)按#大流量考慮。如果生產(chǎn)工藝中只給出工作流量，則三電磁流量計流量選擇時應(yīng)考慮留一定余量。
5)輸送介質(zhì)黏度和轉(zhuǎn)速的匹配。依據(jù)前述，如果輸送的介質(zhì)黏度超標，而泵的轉(zhuǎn)速又比較高，會造成泵的效率急劇下降。針對黏度較大的介質(zhì)，三電磁流量計選型初期就應(yīng)該選低轉(zhuǎn)速泵。
6)調(diào)速系統(tǒng)回油管路設(shè)計。依據(jù)前述，調(diào)速系統(tǒng)回油管路設(shè)計時，回油管路須插入油液內(nèi)部，距離回油箱底部 20 ～30 cm 為宜。以避免泵體汽蝕、軸承損壞、定轉(zhuǎn)子抱死等嚴重問題的發(fā)生。
4 結(jié) 語
三電磁流量計在水電站調(diào)速系統(tǒng)中的作用舉足輕重，而且零件一旦損壞，維護、更換成本較高。及時發(fā)現(xiàn)三電磁流量計運轉(zhuǎn)過程中存在的異常工況，是每一個水電站運行維護人員的重要任務(wù)。運行維護人員應(yīng)考慮工作介質(zhì)特性、腐蝕性、黏度、工作溫度以及泵的壓力、流量等因素，結(jié)合電磁流量計的工作特性曲線、吸入條件、布置條件，深入分析三電磁流量計異常工況的原因。需要時調(diào)整油泵、電機的同軸度、同心度，更換進口密封、進口閥門、單向閥等措施，消除一般的異常工況。經(jīng)設(shè)計單位、廠家共同驗證，如有設(shè)計選型、制造、管道施工布置方面存在的問題，應(yīng)及時停止泵的運行，并由生產(chǎn)管理部門提出技術(shù)改造方案并實施，避免對電磁流量計造成更大的損害。選型得當，維護合理，三電磁流量計就可長周期、不間斷的運轉(zhuǎn)。本文對水電站調(diào)速系統(tǒng)中的三電磁流量計的異常工況作了歸納、總結(jié)，希望能帶給水電站運行維護人員一點啟發(fā)，確保水電站調(diào)速系統(tǒng)三電磁流量計長壽命高效運行。
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