固定床造氣液壓系統(tǒng)的優(yōu)化控制

曹真真 ， 王江濤 ， 王紅營 ， 劉飛

(河南心連心化肥有限公司 ， 河南 新鄉(xiāng)453731)

摘要：通過列舉目前固定床造氣爐液壓系統(tǒng)存在的油液壓力波動(dòng)范圍大、油液的污染嚴(yán)重、油溫的控制及系統(tǒng)噪音等問題，提出了造氣液壓系統(tǒng)優(yōu)化控制的方法。

關(guān)鍵詞：油液壓力的波動(dòng) ； 油液污染度 ； 黏度系數(shù) ； 噪音

中圖分類號(hào)：TQ050.2

收稿日期：2015-01-16

作者簡(jiǎn)介：曹真真(1985-)，助理工程師，從事化工生產(chǎn)新技術(shù)研究和引進(jìn)的工作，電話：15836082457。

液壓控制系統(tǒng)在造氣生產(chǎn)中占有重要地位，要保證造氣生產(chǎn)的正常運(yùn)行，首先應(yīng)滿足油壓系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定及工藝閥門啟閉速度快捷的兩個(gè)基本條件。油壓系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，將給生產(chǎn)帶來極大的隱患。河南心連心化肥有限公司存在油液的污染控制、油液溫度的控制、油液壓力波動(dòng)范圍大、液壓系統(tǒng)的噪音等問題，下面將從以上四方面對(duì)液壓系統(tǒng)的優(yōu)化進(jìn)行分析和探討。

1液壓系統(tǒng)的組成

造氣液壓系統(tǒng)主要有五大部分組成：動(dòng)力泵站、控制元件、蓄能裝置、執(zhí)行部件和傳動(dòng)介質(zhì)。

根據(jù)造氣系統(tǒng)閥門的直徑及閥門的閥待時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，目前我們采用的液壓系統(tǒng)油泵的額定流量為135～147 L/min，主油管的通徑為DN57，各支路油管通徑為DN38、DN32、DN25。采用直流電磁和電液動(dòng)換向閥控制系統(tǒng)閥門啟閉，小閥門DN100-DN250的啟閉時(shí)間在1.5～2.0 s，大閥門的啟閉時(shí)間在2.5～3.0 s之間，滿足生產(chǎn)需求。蓄能器的容積在40～100 L，液壓油缸大部分采用緩沖油缸。液壓油使用的是長城普力L-HM68#液壓油。

2液壓系統(tǒng)的油液污染

系統(tǒng)的污染直接影響液壓系統(tǒng)工作的可靠性和元件的使用壽命。對(duì)造氣系統(tǒng)而言，主要的污染物來源分為以下幾種方式。

2.1.1固體顆粒的污染

系統(tǒng)在最初安裝時(shí)的焊渣、接管坡口留下的毛刺以及內(nèi)部的鐵屑、灰塵，在吹除過程中未完全處理干凈，還有在正常運(yùn)行過程中閥桿帶進(jìn)系統(tǒng)的煤粉和元件磨損碎屑。這些顆粒大部分為金屬顆粒，其硬度較高，由于其直徑很小，在液體分子的撞擊下，多呈懸浮狀態(tài)，并隨油液在系統(tǒng)中高速循環(huán)，從而造成附件磨損、電磁換向閥滑閥元件卡緊甚至卡死的現(xiàn)象，使油缸的密封件受損甚至斷裂，出現(xiàn)進(jìn)回油串油現(xiàn)象，造成系統(tǒng)壓力波動(dòng)增大，甚至系統(tǒng)無法運(yùn)行。

顆粒污染物的存在還會(huì)催化油液變質(zhì)，因?yàn)榇罅款w粒的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，會(huì)促使氣體離散生成氣泡，氣泡的產(chǎn)生和覆滅會(huì)使系統(tǒng)發(fā)生“氣穴”，從而產(chǎn)生噪音。固體顆粒是最經(jīng)常和最嚴(yán)重的污染源。

2.1.2水分的污染

由于油冷卻器的泄漏導(dǎo)致冷卻水進(jìn)入系統(tǒng)中，游離水附著于零件表面，腐蝕油液泵內(nèi)件。同時(shí)游離水會(huì)使油液中某些添加劑變質(zhì)，形成較軟的顆粒沉淀，水在油液中和一些金屬顆粒、空氣一起作用，能使油液加速氧化，形成膠體淤泥，堵塞附件的間隙。游離水還容易與金屬表面結(jié)合而取代原來潤滑油膜的位置，使?jié)櫥阅芟陆怠?/p>

2.1.3空氣的污染

空氣比水更容易進(jìn)入系統(tǒng)，它的存在是產(chǎn)生汽蝕的主要原因。進(jìn)入系統(tǒng)的空氣，使油液的體積彈性系數(shù)大大降低，使油液的執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行速度減慢。同時(shí)會(huì)引起液壓泵的氣塞，形成噪音和振動(dòng)。并且

它的存在增加了油液的酸值，破壞了潤滑作用，加速了油液的變質(zhì)。

2.2控制油液污染的方法

①加強(qiáng)在安裝維護(hù)過程中的控制，如電磁閥和電液動(dòng)閥以及液壓油缸的拆裝維修過程中，一定要按要求進(jìn)行“濕加工”，以確保表面的加工質(zhì)量，同時(shí)要防止大氣污染，禁止在露天倉庫中分解和裝配液壓件。在操作過程中，操作人員應(yīng)穿戴工作服，防止纖維、灰塵、頭發(fā)、皮屑散落入系統(tǒng)造成污染。②技改等涉及到油路系統(tǒng)的改造時(shí)，一定要加強(qiáng)責(zé)任心，把好質(zhì)量關(guān)，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求施工，保證坡口的打磨平整，焊接時(shí)采用氬弧焊，焊接結(jié)束時(shí)進(jìn)行沖洗，盡可能大地減少固體顆粒的入侵。③經(jīng)常測(cè)定系統(tǒng)的污染度等級(jí)，嚴(yán)格按照要求期限濾油。目前我們一般是一兩個(gè)月濾油一次，定期更換和清洗油濾濾芯。④提高鉗工的責(zé)任心，以及加強(qiáng)液壓知識(shí)的相關(guān)培訓(xùn)，要求液壓系統(tǒng)維護(hù)人員的技術(shù)過硬。⑤應(yīng)形成油液防污操作指導(dǎo)書，將好的安裝維護(hù)措施落實(shí)為具體的操作規(guī)章制度，以便檢查監(jiān)督。

3油液溫度的控制

3.1造氣液壓系統(tǒng)油溫控制的現(xiàn)狀分析

油液溫度對(duì)系統(tǒng)的工作性能影響較大，圖1為溫度與相應(yīng)牌號(hào)液壓油的黏度變化圖，從圖1中可以看到，液壓油的黏度隨溫度的增加而減小，在0 ℃時(shí)的黏度可達(dá)到800 mm2/s，在70 ℃油液的黏度僅為10 mm2/s，圖示的陰影區(qū)即為我們常用液壓油的范圍。在高溫下系統(tǒng)油液的黏度大大下降，泄漏量增大，容積率降低，油液產(chǎn)生波動(dòng)和噪音。同時(shí)也會(huì)使系統(tǒng)的密封材料如橡膠的密封圈迅速老化，縮短使用壽命，并使泵的磨損增加。

圖1　液壓油黏度與溫度的關(guān)系

在低溫下的液壓系統(tǒng)，液壓油的黏度會(huì)增大，黏度過高會(huì)使油泵的自吸能力下降，功率損失增大。同時(shí)會(huì)使密封材料硬化，收縮密封失效。廠家在設(shè)計(jì)這套系統(tǒng)時(shí)主要考慮高溫對(duì)系統(tǒng)的不良影響，系統(tǒng)配置了油冷和油箱內(nèi)的盤管式油冷，我們主要采用的是外置式油冷。夏季油冷投運(yùn)時(shí)，油溫一般維持在45 ℃左右，但由于冷卻水的水質(zhì)較差，腐蝕性較強(qiáng)，導(dǎo)致油冷的管程經(jīng)常泄漏，使水進(jìn)入系統(tǒng)，污染油液。由液壓油的使用手冊(cè)上指出，液壓油的安全使用溫度是45～55 ℃，理想使用溫度30～45 ℃。

冬季時(shí)大氣氣溫一般在0 ℃左右時(shí)，泵站油箱內(nèi)油溫一般在25 ℃，由于系統(tǒng)管線較長，油管的管徑較細(xì)，系統(tǒng)內(nèi)的熱量散發(fā)的較快。距離泵站較遠(yuǎn)的閥門油缸內(nèi)進(jìn)回油口油溫僅4 ℃，嚴(yán)重脫離系統(tǒng)的正常工作溫度。閥門動(dòng)作緩慢，增加了閥門延滯的時(shí)間，使系統(tǒng)的阻力升高。

3.2穩(wěn)定油液溫度的措施

①夏季的油液降溫。可以采用改變油冷的材質(zhì)，冷卻管可以用銅管來制作，銅管的抗腐蝕性能較鋼管強(qiáng)，且換熱效率高。同時(shí)也可采用一次水作為冷卻水。②冬季的油液加溫。油箱附近增加油液加熱器，可以利用油冷，在油冷中通入熱水與低溫油液進(jìn)行換熱；對(duì)油管、換向閥站進(jìn)行保溫；對(duì)部分油溫較低的油管采用蒸汽伴熱。③摻入或更換新品種的液壓油。低溫下影響液壓油黏度的變大的一個(gè)重要原因是油液的傾點(diǎn)。表1為幾種常見的液壓油的性能指標(biāo)。

表1　常見的液壓油性能指標(biāo)

由表1可以看出，在L-HM這一系列的油中傾點(diǎn)都在-9 ℃，而本地區(qū)冬季夜間大氣溫度最低時(shí)(-8 ℃左右)，油溫在1 ℃，查看油液溫度與黏度表可知，油液的黏度達(dá)到800 mm2/s，大大偏離了系統(tǒng)的正常黏度范圍(40～70 mm2/s)。因此，我們須更換一些低傾點(diǎn)的液壓油。通過對(duì)比分析，選用L-HV68#低溫抗磨液壓油，比單純的抗磨油低凝性、泵送性、冷啟動(dòng)性好。

4油液壓力波動(dòng)范圍較大

目前我們每臺(tái)換向閥站都有配套的蓄能器緩沖裝置，系統(tǒng)壓力基本穩(wěn)定，但在實(shí)際生產(chǎn)中還是會(huì)出現(xiàn)一些波動(dòng)大的現(xiàn)象。

4.1系統(tǒng)油壓波動(dòng)大原因分析

①系統(tǒng)出現(xiàn)進(jìn)回油串油的現(xiàn)象。②蓄能器裝置老化出現(xiàn)漏油現(xiàn)象，不能發(fā)揮其正常的緩沖作用。③液壓泵長時(shí)間運(yùn)行，齒輪或葉片受到腐蝕和產(chǎn)生金屬磨損，卸荷槽堵塞而造成困油現(xiàn)象，從而使流量不均勻，形成流量脈動(dòng)、產(chǎn)生噪音。④泵頭和管路的安裝問題。對(duì)于葉片泵的安裝，一定要注意吸入口距液面的安裝高度，吸入口距液面的距離較小，則會(huì)引起汽蝕現(xiàn)象，使泵打不上壓。⑤泵站溢流閥的非正常溢流。溢流閥的工況及性能好壞直接影響系統(tǒng)壓力的恒定。⑥油濾被污染物堵塞較嚴(yán)重。

4.2保證油壓穩(wěn)定措施

①做好泵站系統(tǒng)的維護(hù)工作。②對(duì)液壓油定期進(jìn)行過濾，定時(shí)更換油濾，保證系統(tǒng)油液的清潔度，維持合理的油箱液位，防止因油箱缺油而引起的壓力波動(dòng)大的現(xiàn)象。③定期倒泵操作，保證泵的工況良好。④在安裝和配設(shè)管線時(shí)，進(jìn)行管路特性方程的計(jì)算，保證管路特性與泵的特性曲線的重合，杜絕隨意性的安裝，從而發(fā)生因管線原因而出現(xiàn)的壓力波動(dòng)大和噪音大的現(xiàn)象。⑤加強(qiáng)蓄能器的維護(hù)，定期對(duì)蓄能器進(jìn)行沖壓，并且測(cè)試蓄能器的膠囊是否存在泄漏問題，如有泄漏及時(shí)做更換處理。⑥加強(qiáng)對(duì)溢流閥的維護(hù)，同時(shí)，加強(qiáng)鉗工相關(guān)知識(shí)的培訓(xùn)，以提高判斷是否溢流的能力。⑦當(dāng)系統(tǒng)回油管線上出現(xiàn)壓力時(shí)，則說明系統(tǒng)的高、低壓油路存在串油的現(xiàn)象。

5噪音問題

5.1噪音的產(chǎn)生原因分析及解決的辦法

5.1.1吸空現(xiàn)象

吸空現(xiàn)象是造成液壓泵噪聲過高的主要原因之一。當(dāng)油液中混入空氣后，易在其高壓區(qū)形成氣穴現(xiàn)象，并以壓力波的形式傳播，造成油液振蕩，導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生汽蝕噪聲。其主要原因有：①液壓泵的油濾、進(jìn)油管堵塞或油液黏度過高，均可造成泵進(jìn)油口處真空度過高，使空氣滲入。②液壓泵軸端油封損壞，或進(jìn)油管密封不良，造成空氣進(jìn)入系統(tǒng)。③油箱油位過低，使液壓泵進(jìn)油管直接吸空。當(dāng)液壓泵工作中出現(xiàn)較高噪聲時(shí)，應(yīng)首先對(duì)上述部位進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。

5.1.2液壓泵內(nèi)部元件過度磨損

如齒輪泵的缸體與配流盤、主動(dòng)輪與被動(dòng)輪等配合件的磨損、拉傷，使液壓泵內(nèi)泄漏嚴(yán)重，當(dāng)液壓泵輸出高壓、小流量油液時(shí)將產(chǎn)生流量脈動(dòng)，引發(fā)較高噪聲。此時(shí)可適當(dāng)加大先導(dǎo)系統(tǒng)變量機(jī)構(gòu)的偏角，以改善內(nèi)泄漏對(duì)泵輸出流量的影響。從而發(fā)生困油現(xiàn)像，在泵出口處產(chǎn)生較大的振動(dòng)和噪聲。還有如葉片泵的配流盤及葉片等的磨損，可對(duì)磨損、拉傷嚴(yán)重的元件進(jìn)行刷鍍研配或更換處理。

5.1.3液壓泵配流盤

配流盤在使用中因表面磨損或油泥沉積在卸荷槽開啟處，都會(huì)使卸荷槽變短而改變卸荷位置，產(chǎn)生困油現(xiàn)象，繼而引發(fā)較高噪聲。在正常修配過程中，經(jīng)平磨修復(fù)的配流盤也會(huì)出現(xiàn)卸荷槽變短的現(xiàn)象，此時(shí)如不及時(shí)將其適當(dāng)修長，也將產(chǎn)生較大噪聲。在裝配過程中，配流盤的大卸荷槽一定要裝在泵的高壓腔，并且其尖角方向與缸體的旋向須相對(duì)，否則也將給系統(tǒng)帶來較大噪聲。

5.2溢流閥的噪聲

溢流閥易產(chǎn)生高頻噪聲，主要是先導(dǎo)閥性能不穩(wěn)定所致，是先導(dǎo)閥前腔壓力高頻振蕩引起空氣振動(dòng)而產(chǎn)生的噪聲。其主要原因有：①油液中混入空氣，在先導(dǎo)閥前腔內(nèi)形成氣穴現(xiàn)象而引發(fā)高頻噪聲。此時(shí)，應(yīng)及時(shí)排盡空氣并防止外界空氣重新進(jìn)入。②針閥在使用過程中因頻繁開啟而過度磨損，使針閥錐面與閥座不能密合，造成先導(dǎo)流量不穩(wěn)定、產(chǎn)生壓力波動(dòng)而引發(fā)噪聲，此時(shí)應(yīng)及時(shí)修理或更換。③先導(dǎo)閥因彈簧疲勞變形造成其調(diào)壓功能不穩(wěn)定，使得壓力波動(dòng)大而引發(fā)噪聲，此時(shí)應(yīng)更換彈簧。

5.3液壓缸的噪聲

①油液中混有空氣或液壓缸中空氣未完全排盡，在高壓作用下產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象而引發(fā)較大噪聲。此時(shí)，須及時(shí)排盡空氣。②缸頭油封過緊或活塞桿彎曲，在運(yùn)動(dòng)過程中也會(huì)因別勁而產(chǎn)生噪聲。此時(shí)，須及時(shí)更換油封或校直活塞桿。

5.4液壓油缸工作時(shí)的噪音

管路死彎過多或固定卡子松脫也能產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。因此，在管路布置上應(yīng)盡量避免死彎，對(duì)松脫的卡子須及時(shí)擰緊。