液压泵气蚀等故障的分析与整改.pdf

使用与维护 第3 O 卷2 0 1 2 年第6 期 总第1 6 2 期 液压泵气蚀等故障的分析与整改 陈立科史锐 本溪北营轧钢厂设备科本溪1 1 7 0 1 7 【 摘要】 高速线材推钢式加热炉采用的液压泵存在气蚀损坏等故障， 制约了生产， 并造成成本增加 ， 经改 造泵气蚀等故障得以解决， 并降低 了电耗及备件成本。 [ 关键词】 液压泵 气蚀故障分析与整改 F a u l t An a l y s i s a n d Co r r e c t i v e M e a s u r e s o f Hy d r a u l i c P u mp Ca v i t a t i o n CHEN Li k e ， SHI Ru i E q u i p m e n t S e c t i o n o f B e n x i B e i y i n g S t e e l R o l l i n g P l a n t ， B e n x i 1 1 7 0 1 7 【 A b s t r a c t 】 T h e h y d r a u l i c p u m p o ft e n O C C U R S t h e f a u l t a n d d a m a g e c a u s e d b y c a v i t a t i o n ， w h i c h i s u s e d f o r p u s h e r t y p e r e h e a t i n g f u r n a c e f o r t h e h i g h - s p e e d w i r e r o d mi l 1 ． I t r e s t r i c t s t h e p r o d u c t a n d r e s u l t s i n t h e c o s t i n c r e a s e ．Aft e r t h e t e c h n i c a l mo d i f i c a t i o n ， t h e p u mp c a v i t a t i o n f a u l t i s e l i mi n a t e d ， bo t h t h e e n e r g y a n d s p a r e p a r t c o n s u mp t i o n a r e r e d u c e d ． 【 K e y w o r d s ] H y d r a u l i c p u m p ， c a v it a t i o n ， f a u lt a n a ly s i s a n d c o r r e c t i v e m e a s u s r e s 本溪北营轧钢厂的高速线材生产线， 采用液 压推钢式加热炉 ， 由并联 两个油缸将炉 内红坯推 到出炉位 置。为 了节能降耗 ， 由原来 四台液压泵 驱 动改 为两 台 ， 但 出现 了泵经常 因气蚀 而损坏 。 而随着轧制节奏 的加快 ， 两 台泵运转 ， 压力 由 1 4 M P a 降至9 M P a ， 使推钢速度减慢， 制约了高产要 求 ， 生产一度 陷入被 动。而泵的频繁损坏也加大 了成本。 引起液压泵研损 的原 因多而复杂 ， 往往被忽 略的是对气蚀原因的探究， 因此泵研损等故障迟 迟解 决不 了。 同时 ， 利用 蓄能器代替泵做功达到 节电的 目的是液压传动系统一个 发展方 向。通过 对 实 际工 况 的研 究 、 分析 ， 并采取有 效 的整 改措 施 ， 有效解决 了液压泵研损和节电问题 。 1 泵泄油管分析及整改措施 液压系统主要参数 两 台液压泵每 台排量 q 1 4 0 m L ／r e v ， n 1 4 8 0 r ／ m in ； 为双作用活塞式液压缸 2 8 0 ／ 2 2 01 4 0 0 即D 0 ． 2 8 m， d 0 ． 2 2 m 。 分解每台下线的泵可见同一现象， 即配油盘 可见较多麻 点 、 回程盘碎裂 、 滑靴断裂 ； 观察现场 泵在变量时伴有刺耳噪音 ， 由以上两个现象推断 泵损坏是气蚀原因造成。 泵结构 为斜 盘式轴 向柱塞恒压变量泵 ， 技术 要求泵吸口处的绝对压力不得低于0 ．0 8 M P a ； 泵壳 腔压力与吸油腔压差不得大于0 ． 0 5 MP a ； 泄油管无 背压回油箱； 且回到油箱吸油侧。 因为泵 壳腔油是高压腔 向低压腔泄漏油 ， 根 据伯努利方程， 高压油在泄漏中呈负压状态， 会分 离出游离气泡悬浮于油表面， 因此， 泵壳腔内的油 含有大量气泡， 客观上造成了泵气蚀的可能性。 这种情况下 ， 如果泵腔压力高 ， 超出了泵的相关技 术要求， 气泡很容易被泵吸人， 吸人后在泵的高压 区气泡爆炸， 爆炸能冲击泵配油盘等表面， 最终造 成表面麻点、 凹坑。这种结果的出现， 进一步加剧 泵内泄， 而内泄的加剧又使得泵壳腔压力进一步 增高， 又加大了气泡被泵吸入的可能， 如此形成恶 性循环 ， 直到泵的容积效率降至最低点至使泵报 废 。因此 ， 降低壳腔压力是解决泵气蚀的措施之 一 。 真空表实测泵吸 口真空度为 0 ． 0 3 MP a 图 1 中 测压点 1 处测得 ， 即绝对压力为 0 ． 0 7 MP a ， 检测泵 壳腔压力 为 0 ．0 4 M P a ， 壳腔与泵 吸油腔压 差达 0 ． 0 7 MP a 。超出 了产品技术要求 。实 际泵壳 腔泄 油口径为 西 2 7 ； 接头体 口径仅为 8 。所以可用加 大泄油口径的办法来降低壳腔压力 ， 泄油管及接 头体 口径均改为 西2 7 ， 且从泵体泄油 E l 一直无变 径到油箱 ， 与油箱 的节点 由原来吸油侧改为 回油 一 21 第3 O 卷2 0 1 2 年第6 期 总第 1 6 2 期 s 0 s 、 甄 、 ％ 如 0 譬函 、 、 熬 啦0 s 、 2 分86 、 ％ 、 8 岳 8 使 用与维 护 电G、 ％ 0s8s G 0 趣 6曩 尊鬯 s 电 8s曩 6、 g s∞ 、 8 s 图 1 推钢机液压原理示意 侧 ， 这样气泡逸散充分 ， 避免泄油 中的气泡直接进 入泵吸油管。泄油管改造后 ， 检测壳腔压力仅为 0 ． O 1 M P a ， 与泵吸油侧 的压差 为 0 ． 0 4 MP a 。满 足技 术要求 ， 泵在变量时的噪音明显减弱。 气蚀原理是在负压低于一定值时 低于空气 分离压 ， 溶解于油 中的空气将呈过饱和状态而分 离成游离气泡 在一个大气压下 ， 一般溶解 于油 中 空气的体积比为6 ％～1 2 ％， 并呈饱和状态 ， 泵吸 入后， 气泡在高压作用下爆裂， 瞬间产生高温达 1 O 0 0 C、 高压达 1 5 0 MP a 。高能量打碎机件表面 气 蚀 的同时 ， 泵柱塞运动呈“ 筛糠 ” 状态 ， 造成滑靴 拉断及 回程盘碎裂等故障。 2 泵吸油总管分析及整改措施 液压 泵排 量 q - 1 4 0 mL ／ r e v ， 转 速 n 1 4 8 0 r ／ m i n ， 两 台工作泵。主泵与油箱连接 为旁置型式 ， 在油 箱下部引出一根吸油总管 ， 一端连接油箱 ， 另一端 肓死 。主泵分布在 吸油总管一侧 ， 泵 与吸油 总管 之问用一分支管路连接 见图 1 。 一 般情况 下 ， 吸油流速控制 在 0 ． 5～1 ． O m／ s ⋯ ， 否则会产生吸油不足造成泵吸 口真空度超标。实 际吸油总管r 丁 径仅为 西l O O m m。在图 1 测压点 1 处检测吸油总管真空度为0 ． 0 5 MP a ， 产品技术要求 一 2 2一 该处真空度不大于 0 ． 0 2 MP a 。吸油总管 [ j 径小是 造成泵气蚀的另一原 因 ， 加大吸油管径是解决泵 气蚀的另一措施 。 d 1 ． 1 3 0 ． 1 3 3 m 管 √ ～ m 式中 吸油管 口径／ m； r吸油管流速， 取 v -- -- 0 。 5 m／ s ； 一泵总流量 ， Q 2 q n 6 ． 91 0 。 m ／ s 。 取吸油管 口径 为 西1 5 0 mm。吸油管 广 『 径经 改造加大后 ， 检测吸油 总管真空度仅为 0 ． 0 1 MP a 通过对泵泄油管 、 吸油管 口径加大改造 ， 泵在变量 时的噪音没有了， 解决 了泵气蚀故障。 3 欠速分析及整改措施 两 台泵工 作 ， 每 个循 环 的 r作压 力 由最 大 1 4 M P a 降至9 MP a 。当压力降至9 M P a 时推不动钢， 需 升压至 1 2 MP a 才能推 动 ， 升 过程造成 了推钢 周期延长 ， 由此影响到轧制节奏。通过加设蓄能 器来保证 1 2 M P a 最低工作乐 力。采用折合 皮囊 蓄能器 ， 公称容积4 0 L ， 氮气介质 。蓄能器的有关 参数见表 l 。 考虑到温度对蓄能器气压的影响及最低丁作 使用与维护 第3 0 卷2 0 1 2 年第6 期 总第1 6 2 期 阶段工作 预冲氮气温度／ ℃ 工作压力极限／／ MP a 工作油温极限值／ ℃ 循环及阶段工作时间／ s 行程／ m t o 2 0 1 4 t m 4 5 快进 4 快进S 0 ． 4 P m 。 1 2 3 0 工进 2 工进S 0 ． 1 8 快退 5 快退 S 0 ． 5 8 循环周期 1 1 压力时需保证 蓄能器有 1 0 ％公称容积 的油液 ， 避 免皮囊与菌型阀碰撞而损坏。因此 ， 最高工作油 温 时 的氮 气 压力 的上 限 值p o m a O ． 9 p ⋯ 1 0 ． 8 MP a o 2 0 ℃时蓄能器 预充 氮气压力 p o p 。 t 0 2 7 3 ／ t 一 2 7 3 9 ．7 M P a 。每个工作循环蓄能器各阶段储 存 、 释放油的情况 ． 1 快进阶段。油缸需油量为 。 和泵提供的油 容 积为 ， 二者差值为快进 阶段 蓄能器释放油量 l ，即 一， 1 2k s 1, r r _／ - 0 ． 05 9 m ‘ ‘4 V jQ r l T 10 ． 0 2 2 m 1 1一 V 1 0． 0 3 7m’ 式 中 卜泄露系数 ， 取 K I ． 2 ； 叼 泵容积效率， 取值 卵 O ． 8 。 2 工进阶段 。同理可求得 一， v 2 2k s ，_, r r D- 0 ． 0 26 m 。4 Q 0 ． 0 1 1 m V m 2 2一 0． 01 3m 3 快退阶段。 32 k s 3 r r O 一d ,／ 40 ． 0 8 1 m Q 叼 0 ． 0 2 7 m V m 3 3一 ／ 30 ． 0 5 4 m 综上 ， 每个工作循环快进 、 工进 、 快退的每个阶 段 ， 泵供油量均小于油缸需油量， 故蓄能器均处于连 续释放油状态。利用每个循环的间隔时间， 泵对蓄能 器进行补油。因为连续释放油， 故补油容积的极限值 ． ／ 20 ． ．0 5 2 m ， 即为每个 工作循环蓄能器内油液的变化量。 4 蓄能器总容积计算 根据波义尔气体定律 P 。 V ；oP 。 P 1 V 1 一 2 式中 一蓄能器的总容积1 T I ； P ， 最低工作压力 ， P ro 。 1 2 MP a ； P 2 最高工作压力 ， P P m 1 4 MP a ； ， 最低 、 最高工作压力时对应蓄能 器气体容积／ m ； n 多变指数 ， 蓄能器循 环周期 T I l s ． 1 m i n ， 释 放 油 时 间 快 ， 属 于 绝 热 过 程 ， 故取n 1 ． 4 。 于是， 式 1 ， 2 联立求得蓄能器总容积 V oV m ／ [ p p I 一 一p 2 一 ]o ． 5 m 因此得蓄能器数量 4 0 L蓄能器 1 2 件 ； 2 O ℃时 预充氮气压力 9 ． 7 M P a 。改造后的液压原理如图 1 所示 。 4 结论 推钢机液压系统通过对泄油管 、 吸油管及蓄 能器三个部位的改造 ， 主泵气蚀 、 油缸欠速等故障 得以解决 ， 系统运行平稳性， 有了根本改善 ， 满足 了生产要求 。一年节约成本约2 0 万元 。 参 考文献 【 1 ] 王益群 ， 高殿荣． 液压工程师手册． 北京 化学工业出 版 社 ． 2 0 1 0 ． 2 0 1 2 0 8 2 7 收稿 一 23