机组油压装置组合阀运行时振动及啸叫缺陷分析及处理

陈焕忠，唐 伟，王 维

(湖北清江水电开发有限责任公司，湖北 宜昌 443000)

水布垭电厂1号机组油压装置1号组合阀由2个先导阀和3个主阀组成。是由武汉能事达公司自行设计制造的ZHF-50C-00-SBY组合阀，具备卸荷、安全、单向截止功能。组合阀工作结构和原理如图1所示。

组合阀有4个油口，组合阀进油口P，出油口P1和2个回油口T。P口与油泵的出油口相连，出油口P1与压力油罐进口相连，回油口T1与T2与油箱相连。在先导阀YV1，YV2的控制下，能够使主阀CV1、CV2完成开启和关闭的动作；CV3为单向阀，在停泵状态下由于压力罐里面的压力而保持关闭。

1)卸荷功能。卸荷阀可以使螺杆泵启动时处于卸荷状态，待电动机转速达到一定值后，才停止卸荷，使螺杆泵输出额定工作压力和流量的压力油给压力油罐，实现电机的空载启动[1-2]。卸荷阀工况由卸荷先导控制阀YV1与主阀CV1组合完成。如图1所示，油泵启动时，由于油罐中压力P1和弹簧力的作用，单向阀CV3处于关闭状态。卸荷先导控制阀YV1是1个两位四通的电磁换向阀，初始状态时，电磁铁断电，当油泵启动时，YV1仍然断电，主阀CV1控制腔的压力油通过YV1排掉，主阀CV1阀芯打开，油泵打上来的压力油流过CV1主油口回到油箱，系统处于卸荷状态。当油泵启动3～5 s后，YV1电磁铁得电，换向阀换向，CV1控制腔建立压力，使CV1阀芯关闭。从而P口压力逐渐上升，当高于P1压力时，顶开单向阀CV3向压力罐供油。停泵时，油泵停止，卸荷先导控制阀YV1恢复初始断电状态，使单向阀CV3关闭，CV1打开系统处于卸荷状态。

图1 组合阀工作结构和原理图

2)安全功能。安全功能由安全先导控制阀YV2和主阀CV2共同完成。假设系统出现故障，在系统的压力超过额定工作压力时螺杆泵仍然运转，油压继续升高，这时油压值超过YV2的弹簧整定值(水布垭为6.4 MPa)，使YV2动作，CV2控制腔的压力油通过YV2排油。此时，在P口压力作用下，主阀CV2的阀芯被推开，P口压力油被排入回油箱，P口压力下降，单向阀CV3关闭，压力油不再进入压力油罐，压力油罐的压力不会再上升，有效防止由于压力过高而损坏元件或造成事故。卸荷压力值可通过先导控制阀YV2的弹簧预紧力来调整[3]。

3)单向截止功能。在油泵和压力油罐之间设有1个单向阀CV3。在油泵未启动时，由于P1压力的作用，单向阀一直处于关闭状态。油泵启动后，当卸荷阀YV1带电，主阀CV1关闭后，P口的压力上升到一定压力克服单向阀CV3背压，打开单向阀CV3向压力罐充油。而当油泵停止运转P口压力低于P1口时，单向阀CV3就会关闭，使压力油罐中压力油不会倒流至油泵。

1 背 景

水布垭电厂1号机组油压装置1号压油泵在打油过程中发现油泵出口组合阀内部出现金属振动并伴有啸叫声。据现场观察发现，1号组合阀振动及啸叫主要发生在先导卸荷电磁阀(下称导阀)加载前后，在此时组合阀从卸载状态转为加载状态。卸荷阀工况由卸荷先导控制阀YV1与主阀CV1组合完成。如液压控制原理图之所示，油泵启动时，由于油罐中压力P1和弹簧力的作用，单向阀CV3处于关闭状态。卸荷先导控制阀YV1是1个两位四通的电磁换向阀，初始状态时，电磁铁断电，当油泵启动时，YV1仍然断电，主阀CV1控制腔的压力油通过YV1排掉，主阀CV1阀芯打开，油泵打上来的压力油流过CV1主油口回到油箱，系统处于卸荷状态。当油泵启动2～3 s后，YV1电磁铁得电，换向阀换向，CV1控制腔建立压力，使CV1阀芯关闭。从而P口压力逐渐上升，当高于P1压力时，顶开单向阀 CV3 向压力罐供油转为加载工况。在此过程中安全阀应该完全关闭，安全阀的泄漏量应不大于油泵输出油量的1%。为确定振动及啸叫缺陷产生的原因及处理方法特进行性能试验以验证。

2 试验及目标

2.1 确认振动及啸叫产生的工况

方法：断开导阀外部直流电源，启动油泵电机，电机启动后10 s投入直流电源。

目的：通过延长导阀卸载工况的时间确认抖动和啸叫是否会在此过程中出现，10 s后投入外部电源确认抖动和啸叫是否会在导阀加载瞬间或运行期间出现。

结论：1号组合阀抖动情况贯穿导阀加载前后两种工况，振动及啸叫剧烈，持续时间为4～5 s。

2.2 确认导阀本体状态

方法：选取性能完好、准确的导阀备品更换1号组合阀的导阀。

目的：在导阀卸载工况下主阀CV1控制腔的压力油通过YV1排掉，主阀CV1阀芯打开，油泵打上来的压力油流过CV1主油口回到油箱。导阀内部是否阀位正确，有无串油现象存在，这些都是直接影响组合阀运行状态。

结论：导阀性能完好，动作准确，无串油情况。

2.3 确认主阀CV1阀性能状态

方法：在CV1阀底部适当增减尼龙垫圈，间接改变阀体内弹簧性能。

目的：在卸载工况下CV1阀在压力油的作用下阀体内部弹簧处于压缩状态，随着油泵输出功率的增加，阀体内部压力腔通排油，弹簧压缩量逐渐增加。在此动态平衡过程中CV1阀性能是否稳定，是否会在压力油及自身弹簧的共同作用下产生振动或啸叫。

结论：在对CV1阀内部弹簧增减垫圈对抖动无影响，CV1阀性能完好。

2.4 确认组合阀在振动及啸叫过程中是否存在共振

方法：改变卸载工况下组合阀内部CV3阀油流状态，通过调节组合阀内节流塞油口调整内部油流状态[4]。

目的：破坏油流状态，确认是否有共振情况存在。

结论：通过适当的调整CV3阀内部节流塞油口会对组合阀抖动情况产生直接影响，初步确定该处是引起组合阀抖动的原因，又因多个节流塞开度的节流作用下抖动仍存在，故判断组合阀抖动非共振产生。

2.5 确认CV3阀工作状态

方法：CV3阀是单向截止阀，其插装阀在压力油管道内压力油和自身生弹簧共同实现单相截止功能[5]。CV3阀插装阀的反向作用力应该是其压力腔P1压力及弹簧作用力的合力F1。一旦组合阀内部压力油对插装阀的作用力F2超过其反向作用力F1就会使插装阀向CV3阀开启方向运动，压力油进入其压力腔，在节流塞的作用下压力腔压力上升使F1>F2插装阀向关闭方向运动。在此过程中通过增加节流塞过油口或CV3阀插装阀弹簧底部增加尼龙垫圈增加截止压力的方法改变CV3阀插装阀压力腔P1压力及弹簧作用力，进而改变F1影响CV3阀的工作状态

目的：改变CV3阀运行过程中插装阀的由静止到运动再到静止的往复运动过程，观察其对组合阀振动及啸叫的影响。

结论：增加节流塞过油口或在弹簧底部增加尼龙垫圈增加截止压力均对组合阀振动及啸叫有明显影响。其中在弹簧底部增加尼龙垫圈增加截止压力的影响更为显著，在不改变节流塞过油口的情况下增加厚度为5 mm的尼龙垫圈(如图2所示)后组合阀振动及啸叫现象消失。经多次油泵打压试验后可确认水布垭电厂1号机组油压装置组合阀运行时出现振动及啸叫的缺陷已消除。

图2 CV3阀内部结构图(弹簧、尼龙垫圈、阀芯)

3 试验结论分析

通过以上试验发现CV3阀插装阀内部弹簧出现弹性势能衰变，在组合阀运行过程中造成组合阀内部压力P及插装阀的反向压力腔P1的压力产生动态变化，致使插装阀不能准确、有效的动作，CV3阀处的插装阀往复运动与阀体的撞击及高速、紊乱的油流经过CV3阀插装阀油口引起组合阀的振动及啸叫。

4 结 语

总体来说，水布垭电厂采用的ZHF-50C-00-SBY组合阀，具备集成化程度高、体积小、结构紧凑、使用寿命长等特点，在设备运行过程中维护工作量较小，稳定性较强。此次缺陷是在该组合阀投运10多年后才暴露，联系到弹簧部件的自身性能变化规律属正常情况。通过此次的缺陷处理及经验总结，在对水布垭电厂4台机组8套组合阀的各插装阀弹簧进行定期更换后组合阀振动及啸叫的情况均未再次出现。