固定层造气液压系统的优化控制

曹真真 王江涛 王红营 刘 飞

(河南心连心化肥有限公司

河南新乡453731)

液压控制系统在造气装置正常运行中占有重要地位。要保证造气装置的正常运行，首先应满足液压系统运行稳定及工艺阀门启闭速度快捷这2个基本条件。液压系统运行不稳定，将给生产带来极大的隐患。河南心连心化肥有限公司(以下简称心连心公司)3个分厂目前均采用河北长佳液压控制系统。该系统基本上可满足生产需要，但也存在需优化的部分，如：油液的污染控制、油液温度的控制、油液压力波动范围大、液压系统的噪音等问题。下面从4个方面对液压系统的优化进行分析和探讨。

1 造气液压系统的组成

造气液压系统主要由动力泵站、控制元件、蓄能装置、执行部件和传动介质五大部分组成。根据造气系统阀门的直径以及阀门的阀待时间进行计算，目前心连心公司采用的造气液压系统油泵额定流量为135～147 L/min，主油管的通径为DN 57 mm，各支路油管的通径为DN 38 mm，DN 32 mm或DN 25 mm。采用直流电磁和电液动换向阀控制系统阀门启闭，小阀门(DN 100 mm～DN 250 mm)的启闭时间在1.5～2.0 s，大阀门的启闭时间在2.5～3.0 s。蓄能器的容积在40～100 L，液压油缸大部分采用缓冲油缸，液压油为长城普力L- HM68#液压油。

2 造气液压系统的油液污染

油液污染直接影响造气液压系统工作的可靠性和元件的使用寿命。对造气系统而言，主要污染物按来源分为固体颗粒、水分和空气的污染。

2.1 固体颗粒的污染

造气液压系统在最初安装时的焊渣、接管坡口留下的毛刺、内部的铁屑和灰尘等在吹除过程中未完全处理干净，正常运行过程中煤粉和元件磨损碎屑也会带进系统，这些颗粒大部分为金属颗粒，其硬度较高、直径小，在液体分子的撞击下，呈悬浮状态，并随油液在系统中高速循环，从而造成附件磨损、电磁换向阀滑阀元件卡紧甚至卡死、油缸的密封件受损甚至断裂、进回油窜油、系统压力波动增大以及系统无法运行等现象。

固体颗粒污染物的存在还会促使油液变质，因为大量固体颗粒的不规则运动会促使气体离散生成气泡，气泡的产生和覆灭会使系统发生“气穴”，进而产生噪音。

2.2 水分的污染

由于油冷器泄漏，导致冷却水进入系统，游离水附着于零件表面，会腐蚀齿轮泵或叶片泵内件；同时，游离水使油液中某些添加剂变质，形成较软的颗粒沉淀，水在油液中与一些金属颗粒、空气一起作用，使油液加速氧化，形成胶体淤泥，堵塞附件的间隙。游离水还容易与金属表面结合而取代原来润滑油膜的位置，使润滑性能下降。

2.3 空气的污染

空气比水更容易进入液压系统，它的存在是产生汽蚀的主要原因。进入系统的空气使油液的体积弹性系数大大下降，减慢油液执行机构的速度，同时会引起液压泵的气塞，产生噪音和振动；并且空气的存在还会增加油液的酸值，破坏润滑，加速油液变质。

2.4 控制油液污染的方法

(1)加强在安装维护过程中的控制，如电磁阀和电液动阀以及液压油缸的拆装、维修过程中，应按要求进行“湿加工”，以确保表面的加工质量；同时，要防止大气污染，绝对禁止在露天仓库中分解和装配液压件。在操作过程中，操作人员应穿戴工作服，防止纤维和灰尘、头发皮屑散落入系统而造成污染。

(2)技改涉及到油路系统的改造时，应严格按照设计要求施工，保证坡口打磨平整；采用氩弧焊焊接，焊接结束后，进行冲洗，尽可能减少固体颗粒的进入。

(3)确定系统的污染度等级，严格按照要求限期滤油。目前心连心公司30～60 d滤油1次，定期更换和清洗油滤滤芯。

(4)提高员工的责任心，加强进行液压知识的相关培训，保证液压系统维护人员技术过硬。

(5)制定油液防污操作指导书，将好的安装维护措施落实为具体的操作规章制度，以便检查监督。

3 油液温度的控制

3.1 造气液压系统油液温度控制的现状分析

油液温度对系统的工作性能影响较大，油液的黏度随温度的上升而减小。在高温下，系统油液黏度大大下降、泄漏量增大、容积率降低，油液产生波动和噪音，还会使系统的密封材料(如橡胶的密封圈)迅速老化，泵的磨损增加；而在低温下，液压油的黏度增大、油泵的自吸能力下降、功率损失增大，还会使密封材料硬化、收缩，使密封失效。

《液压油使用手册》指出，液压油的安全使用温度在45～55 ℃，理想使用温度在30～45 ℃。在设计该套系统时，考虑到高温对系统的不良影响，系统配置了油冷器和油箱内的盘管式油冷器，心连心公司主要采用外置式油冷器。夏季油冷器投运时，油液温度一般维持在45 ℃左右；但由于冷却水的水质较差，腐蚀性较强，导致油冷器管程经常泄漏，使水进入系统，进而污染油液。

冬季的大气温度一般在0 ℃左右，泵站油箱内油液温度一般在25 ℃。由于系统管线较长、油管的管径较细，系统内的热量散发较快，煤总油缸内进回油口油液温度仅4 ℃，严重偏离系统的正常工作温度，阀门动作缓慢，增加了阀门延滞时间，使系统的阻力升高。心连心公司采取蒸汽在油箱附近伴热等措施，虽然没有根治问题，却也起到了一定的效果。

3.2 稳定油液温度的措施

(1)夏季降低油温。更换油冷器材质，用铜管制作冷却管，铜管的抗腐蚀性能较钢管强，且换热效率高，也可采用一次水作为冷却水。

(2)冬季油液加温。油箱附近增加油液加热器，可在油冷器中通入热水与低温油液进行换热；对油管、换向阀站进行保温；对部分油温较低的油管采用蒸汽伴热。

(3)掺入或更换新品种液压油。现采用红外线测温仪测得液压油温度在1 ℃时的油液黏度为800 mm2/s，大大偏离了系统的正常黏度范围(40～70 mm2/s)。查阅液压油的相关资料，低温下影响液压油黏度变大的一个重要原因是油液的倾点，因此必须更换一些低倾点的液压油。几种常见液压油性能指标见表1。

表1 几种常见液压油性能指标

注：40 ℃时的运动黏度。

冬季夜间大气温度最低为-8 ℃左右，基本上符合L- HM系列液压油的倾点(-9 ℃)。通过对比分析，心连心公司选用了L- HV68#低温抗磨液压油。

4 油液压力波动范围较大

4.1 造气液压系统压力的工作现状

造气液压系统稳定工作的前提是必须有稳定的系统压力，随着系统做功以及液压泵的瞬时脉冲，液压系统必须有健全的瞬态响应特性来保证系统的压力不至于过高或过低。心连心公司目前采用CBG2100BIL齿轮泵以及PV2R3- 94的叶片泵，泵的额定流量分别为147 L/min和135 L/min，均能满足系统的需求量。单炉容积100 L的蓄能器缓冲和吸收脉动，系统压力基本稳定，但在生产中还是会出现一些波动大或是油液压力不在正常范围内的现象。

4.2 系统油压波动大的原因分析

(1)系统出现进回油窜油的现象。

(2)单台炉设置的蓄能器装置未充分发挥其正常作用。

(3)液压泵的齿轮或叶片受到腐蚀并产生金属磨损，卸荷槽堵塞而造成困油现象，使流量不均匀，形成流量脉动，进而产生噪音。

(4)泵头和管路的安装存在问题，如齿轮泵与电动机之间是通过联轴器连接的，当连接过程出现轴向跳动时，则会引起功率的损失，甚至会损坏泵头转子。叶片泵安装必须注意吸入口距液面的安装高度，当吸入口距液面的距离较小时，会引起汽蚀现象，使泵打不上压。

(5)泵站溢流阀的非正常溢流。溢流阀主要由导阀和主阀2个部件构成。导阀感知系统的压力变化，主阀通过阀芯上下腔的压力差来动作，从而实现管路中多余的压力溢流回油箱。在溢流阀长时间的工作中，导阀和主阀的弹簧都会出现疲劳，导阀的锥型阀芯和主阀的阀芯均会出现磨损。当主阀的弹簧力不足以克服摩擦力时，保证在压力正常情况下关闭主阀，则会出现系统的非正常溢流，或者是系统压力根本就达不到正常的设定压力。

(6)油滤被污染物堵塞较严重。

(7)油箱内油位较低，其原理同汽蚀现象。

4.3 保证油压稳定的措施

(1)做好泵站系统的维护工作，加强对泵站维修工和巡检工进行液压知识的培训，从主观上降低由于人为因素而造成压力波动等液压故障的发生率。

(2)对液压油定期进行过滤，定时更换油滤，保证系统油液的清洁度，维持合理的油箱液位，防止因油箱缺油而引起压力波动大的现象。

(3)定期进行倒泵操作，保证泵工况良好。

(4)在安装和配设管线时，最好进行管路特性方程计算，保证管路特性与泵的特性曲线的重合，杜绝人为随意安装，避免因管线原因而出现压力波动大和噪音大的现象。

(5)加强蓄能器的维护，定期对蓄能器进行冲压，并且测试蓄能器的胶囊是否存在泄漏问题，如有泄漏，应及时更换。

(6)加强对溢流阀的维护，同时应加强对维修工进行相关知识的培训。经验丰富的维修工在溢流阀出现故障时，能通过耳朵听出是否有油液溢流或者通过手摸感知是否发热，以判断溢流阀是否卡在打开的位置。

(7)当系统回油管线上出现压力时，说明系统的高压、低压油路存在窜油现象。对于系统中疑似泄漏点较多的问题，应该采取逻辑的分析方法。造气液压系统故障发生是因为整个系统最薄弱的一个环节出现了问题，所以在判断故障部位时应根据故障现象和特征确定与该故障有关的区域，逐步缩小发生故障的范围，有针对性分析故障的原因，最终找出故障的具体所在，做到复杂问题简单化。

5 噪音问题

造气液压系统发出噪音刺耳，甚至使楼板产生共振，使操作工无法安心工作。虽然加固油管、断开油管与楼板的接触面，但效果不明显。

5.1 液压泵噪声

5.1.1 吸空现象

吸空现象是造成液压泵噪声过高的主要原因之一。当油液中混入空气后，易在高压区形成“气穴”现象，并以压力波的形式传播，造成油液振荡，导致系统产生汽蚀噪声。其主要原因有：

(1)液压泵的油滤、进油管堵塞或油液黏度过高，均可造成泵进油口处真空度过高，造成空气进入系统。

(2)液压泵轴端油封损坏或进油管密封不良，造成空气进入系统。

(3)油箱油位过低，使液压泵进油管直接吸空。

当液压泵工作中出现较高噪声时，应先对上述部位进行检查，发现问题及时处理。

5.1.2 液压泵内部元件过度磨损

若齿轮泵的缸体与配流盘、主动轮与被动轮等配合件的磨损、拉伤，会使液压泵内泄漏加剧。当液压泵输出高压、小流量油液时，会引发流量脉动，产生较高噪声；另外，叶片泵的配流盘及叶片等磨损也会产生噪声。

发生上述情况可适当加大先导系统变量机构的偏角，以改善内泄漏对泵输出流量的影响，或者对磨损、拉伤严重的元件进行刷镀、研配或更换处理。

5.1.3 液压泵配流盘

液压泵配流盘在使用中因表面磨损或油泥沉积在卸荷槽开启处，使卸荷槽变短，进而改变卸荷位置，产生困油现象，继而引发较高噪声。在正常装配过程中，经平磨修复的配流盘也会出现卸荷槽变短，如不及时将其适当修长，也将产生较大噪声。在装配过程中，配流盘的卸荷槽一定要装在泵的高压腔，并且其尖角方向应与缸体的旋向相对，否则也会给系统带来较大噪声。

5.2 溢流阀的噪声

溢流阀易产生高频噪声，主要是先导阀性能不稳定所致，即先导阀前腔压力高频振荡引起空气振动而产生的噪声。其主要原因有：

(1)油液中混入空气，在先导阀前腔内形成“气穴”现象而引发高频噪声。此时，应及时排尽空气，防止外界空气重新进入系统。

(2)针阀在使用过程中因频繁开启而过度磨损，使针阀锥面与阀座不能密合，造成先导流量不稳定，产生压力波动而引发噪声，此时应及时修理或更换。

(3)先导阀因弹簧疲劳变形造成其调压功能不稳定，使压力波动大而引发噪声，此时应更换弹簧。

5.3 液压缸的噪声

(1)油液中混有空气或液压缸中空气未完全排尽，在高压作用下产生“气穴”现象，进而引发较大噪声，此时应及时排尽空气。

(2)当缸头油封过紧或活塞杆弯曲时，在运动过程中会产生噪声，此时应及时更换油封或校直活塞杆。

5.4 液压油缸工作时的噪音

管路死弯过多或固定卡子松脱也可能产生振动和噪声，因此，在管路布置上应尽量避免死弯，对松脱的卡子应及时拧紧。

科技简讯

2015- 02- 04)