给水泵液力耦合器工作油温升高原因分析及解决方法的研究

刘 琴（神华四川江油发电厂，四川江油621700）

给水泵液力耦合器工作油温升高原因分析及解决方法的研究

刘 琴（神华四川江油发电厂，四川江油621700）

针对运行中出现的电动给水泵液力耦合器工作油温偏高问题，作者结合给水泵液力耦合器工作原理，对给水泵液力耦合器工作油温偏高的原因进行了深入分析，给出解决给水泵液力耦合器工作油温偏高的解决方法。

给水泵；液力偶合器；油温

前言

江油电厂三期汽轮机组是2台型号为T2A-330-30-2F-1044型亚临界、中间一次再热、单轴、三缸、双排汽、冲动、凝汽式机组，制造厂为法国ALSTOM公司。给水系统为单元制，每台机组配有三台型号为HPTmk200-320-6S/26的50%容量的电动给水泵；电动给水泵配套液力耦合器型号为R-（17K2）-E，为德国VOITH公司产生的高转速、大功率、设置有增速齿轮机构、进出油控制、勺管束式布置的调速型液力耦合器。

机组1990年投产以来运行状态良好，因电力市场影响机组长期带60%额定负荷运行 （即发电负荷205MW左右），此时机组执行节能降耗措施由定压运行改为滑压运行方式，按四川电力调试所热力实验结果主汽压力需滑压至12.5MPa，但主汽压力滑压至14MPa，环境温度在20℃左右时，给水泵工作油温度达107℃，并且随环境温度上升而上涨。随着机组频繁地参与调峰运行，汽轮机组在减负荷滑压运行时、给水泵液力耦合器工况大幅变化，加之运行20多年设备老化，液力耦合器工作油温长期在110℃左右，严重威胁机组的安全运行，同时也限制机组按滑压曲线节能运行。因此，根据给水泵液力耦合器的工作原理，分析液力耦合器工作油温升高的原因，给出解决办法变得尤为重要。

1 液力耦合器工作原理及特性分析

液力耦合器是以液体为工作介质的一种非刚性联轴器。液力耦合器的基本结构如图1所示，液力耦合器由输入轴、泵轮、涡轮、输出轴以及防止漏油的密封等组成。

图1 液力耦合器结构示意图

给水泵电机运行，电动机通过挠性联轴箱带动输入轴，输入轴带动泵轮旋转。电动机输入的力矩使泵轮内液体加速，在离心力作用下，泵轮流道中的工作油沿着径向由泵轮内侧流向外侧，形成高压高速油流，然后进入涡轮的进口径向流道，并沿着流道由工作油动量矩的改变去推动涡轮，使其跟随泵轮同方向旋转，工作油在涡轮流道由外缘流向内侧的过程中减压减速后进入泵轮的进口径向流道，重新在泵轮中获得能量。如此循环，构成了工作油在泵轮和涡轮两者间的循环流动。在这种循环过程中，泵轮将输入的机械功转换为工作油的动能和势能，涡轮则将工作油的动能和势能转换成输出的机械能，从而实现了电机到给水泵间的动力传递。

在机组变负荷运行过程中，给水泵转速是随着机组负荷的变化而变化，在电机转速固定的情况下，须通过改变耦合器被动叶轮室内的工作油量大小来改变涡轮转速，以适应负荷变化的需求。在泵轮转速固定的情况下，工作油量越多，传递的动扭矩M就越大，涡轮的转速就越大。（其关系如图2）

图2 工作油量q与涡轮转速n′传递扭矩M关系

在运行过程中，不可避免地有能量损失，使涡轮转速低于泵轮转速，形成转差损失。这些损失绝大部分转换成热量，造成工作油温上升。为了保持工作油温稳定，须对工作油进行冷却。一般转差损失Ns可用下式表示：

Ns=N1-N2=K（i2-i3）

式中：N1——液耦输入功率；

N2——液耦输出功率；

K——常数；

i——泵轮转速与涡轮转速之比。

对上式求关于i一阶导数，可得其拐点为i=2/3，即转速比为2/3时转差损失最大。液力耦合器在实际运行中，当i<2/3时，转差损失随转速比的增大而增大，工作油温呈快速升高；i=2/3时，转差损失最大，此时工作油温升最大，转差损失约为电机额定功率的15%；当i>2/3时，转差损失随转速比i的增加而减少，工作油量多，工作油温随工作油量的增加而降低，一般情况下，液力耦合器转速比在此区间工作。

2 液力耦合器工作油温偏高的原因分析

根据液力耦合器的工作原理可知，影响液力耦合器工作油温的因素较多，如：工作油油量、冷却器冷却效果、运行人员的操作水平等，在运行过程中，若操作不当，容易造成液力耦合器工作油温升高，对电动给水泵的安全运行产生不利影响。由于电动给水泵及其电机和耦合器轴承的润滑油是同一种油，若液力耦合器工作油温度升高，会使油的粘性下降，电动给水泵及其电机和耦合器轴承润滑效果变差，可能造成轴承磨损；同时，液力耦合器工作油温升高，油粘度亦会发生改变，影响液力耦合器的传递特性。

工作油温度快速上升的原因：

（1）运行过程中，因液力耦合器勺管调节不当，造成转差损失过大，油温升高过快。实际运行中，在启动给水泵加负荷过程和减负荷停运给水泵过程中，两台给水泵工况均大幅变化，此时勺管调节过猛过快，给水泵转速停留在4000rpm左右均会造成工作油温度快速上升。

（2）工作油量偏小。耦合器中的油分成两路，一路作为润滑油，起到对轴承的润滑保护作用；另一路作为液力耦合器的工作油。工作油油量的大小是由勺管进行调节，在60%负荷以下运行时，工作油油量偏小情况下，工作油温度会相应增加。

（3）工作油冷却器冷却能力不足。工作油流经耦合器产生的热量通过冷却器带走，再进入下一循环的能量传递。本厂给水泵冷油器冷却水取自循环水，经生水冷却泵升压，进入给水泵工作油冷却器，对工作油进行换热冷却，生冷泵进口压力0.17MP、出口压力0.3MP，均低于最优设计值。生冷水系统流经设备有闭式冷却器、电气楼空调、发电机、定冷泵、氢冷器、励磁机、润滑油冷油器等，用户多，管道布置复杂，节流损失严重，且机组已运行20年以上，管道结垢、设备老化，冷却相关设备效果降低，其中给水泵冷油器的换热条件的恶化更直接导致冷却不足的现象。另外冷却器内部脏污；工作油产生的高温烟气进入冷却器，都会影响换热效果。另在夏季，周边环境温度升高对给水泵工作油的冷却效果的影响明显，在同等工况下，环境温度每升高1.5℃，工作油温即上升约1℃。

3 运行过程中降低工作油温升高的措施

根据影响液力耦合器工作油温的相关原因，结合其自身工作特性，在液力耦合器运行过程中，可通过改变运行方式及技术改造手段，使液力耦合器工作油温控制在正常范围之内，保证液力耦合器的正常运行。

（1）运行人员要了解液力耦合器工作油温与转速比的关系特性，根据厂家提供的耦合器的调节特性曲线（如图3所示）可以发现，在一定的调节范围内有良好的线性关系，合理调节勺管，使给水泵转速控制在正常工作范围。机组负荷变化时，耦合器的操作调节应缓慢平稳，给水泵在手动升速时严禁连续大幅操作勺管，应控制节奏，采取点动方式断续升速，在给水泵调速运行过程中，转速变化平稳，进而防止工作油温超温。

（2）根据机组给水调节阀调节特性，低负荷执行滑压及单台给水泵运行措施时，可适当提高机组主汽压力以提高给水泵转速；或适当增加勺管偏置，提高给水泵转速。此时单台给水泵工作在转速比为2/3以上区域，随转速增加转差损失减小，工作油温随之降低。

（3）在冷却器上方加装喷淋装置，增强冷却器的散热效果；清洗冷却水管道及冷却器内部。通过以上措施，给水泵工作油温降低10℃以上，稳定在95℃左右，取得了较好效果。

（4）节能改造，更换能满足机组冷却要求的生冷泵，达到相关设备冷却需要的流量压力；同时，针对环境温度偏高（环境温度大于30℃）时导致冷却器冷却效果下降问题，考虑采用温度更低的冷却液，如深水井水源，以保证冷却器获得更佳冷却效果。

图3 耦合器调节特性曲线

4 结论

针对我厂机组在变负荷运行过程中，电动给水泵液力耦合器工作油温升高问题，结合液力耦合器的工作原理，分析液力耦合器工作油温升高的原因，给出解决办法变得尤为重要，对机组运行和检修工作具有一定的指导意义，同时也为我厂的经济、安全运行提供了可靠保障。

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TK228

A

2095-2066（2016）24-0103-02

2016-8-10

刘 琴（1982-），女，助理工程师，大学本科，主要从事发电厂集控运行工作。