GCH型液力耦合器備件國產化的綠改方案

苑志軍++焦小義++周永強++王魯榮

摘 要：GCH型液力耦合器為日本任塬株式會社生產，由于早期其性能和價格的優勢，在我國火力發電機組電動給水泵中被普遍采用。但是其備件價格昂貴且供貨周期長，又給發電廠設備安全、經濟運行帶來了很大的隱患。府谷電廠結合集團公司綠改政策，攻堅克難，大膽探索，成功將耦合器輔助油泵底閥進行了技術改造，國產化備件，優化了性能，延長設備的使用壽命，降低了生產成本，達到綠改標準。

關鍵詞：液力耦合器；輔助油泵底閥；綠改

中圖分類號：TH341 文獻標識碼：A

0.引言

某火力發電廠為600MW亞臨界直接空冷機組，每臺機組配備3臺50%容量的電動給水泵，并使用日本任塬株式會社的GCH105A-55D型液力耦合器傳動，至2008年兩臺機組相繼投產以來，給水泵液力耦合器運行基本穩定，但是隨著設備運行時間的增加，液力耦合器內部零部件的磨損老化程度也在日益加大，給機組安全、經濟運行帶來了很大的隱患。2016年3月25日，檢修人員巡檢發現，#1機組C電動給水泵在熱備用狀態時，液力耦合器輔助油泵有輕微倒轉現象。隨即在4月1日機組調峰檢修中對液力耦合器進行了揭蓋檢查，發現液力耦合器輔助油泵底閥損壞，底閥為日本進口產品，供貨周期為6個月。電廠立即組織技術力量進行現場測繪、計算，最終將底閥進行國產化改造，優化備件性能，延長設備的使用壽命，降低了生產成本，達到綠改目的。

1.設備簡介

1.1 液力偶合器的工作原理

液力偶合器（增速齒輪可變速液力聯軸節）的驅動軸上裝有驅動葉輪，被驅動軸上裝有被驅動葉輪，相互有同等數量的直線葉輪相對，通過流體從驅動軸向被驅動軸傳送動力，是一種流體式傳導裝置。

轉動原理是當轉動驅動軸時，葉輪內的流體受到離心力被壓向外側流入葉輪內，這種運動能量使葉輪運動，葉輪的轉動、葉輪內流體又受到離心力，同從葉輪內流入的流體形成對抗。當兩葉輪間出現旋轉差，由于雙方的離心力的差的作用，葉輪線路內的流體回流，動力傳送出來，一旦葉輪停止運動，線路內流速最強、傳動轉距也最大。另外如以同樣旋轉速度轉動，沒有回流，旋轉力傳動不出來，這樣為了傳送動力，需要出現后葉輪之間旋轉差，也就是滑動，這個滑動在使用點（可變速型的輸出軸最高轉動速度百分之負荷）達到3%前后。當改變偶合器葉輪內油量時，傳動特性發生變化。

用這種原理在一定速度型（一定油量型）上分階段制造偶合器的葉輪，通過調整內部油量使其性能達到規格要求，可變速型（可變油量型）是通過在轉動時從外面操作改變油量來改變特性，在很大范圍內調整被動一側的轉動。

1.2 液力偶合器的構造

1.2.1 增速齒輪

增速齒輪是螺旋形，用鎳鉻銅制成，齒面滲碳淬火后用JISO及以上的高精度磨削加工而成，負荷大、耐磨性好。在高速一側的小齒輪同軸連為一體，大齒輪熱壓在合金鋼軸上。葉輪在增速齒輪一側，傾斜墊片型推力軸承在其相反面，驅動葉輪和被驅動葉輪分別被套筒形軸支撐著，可經受高壓負荷壓力。

1.2.2 回轉體

葉輪、葉輪殼體凸緣連接在小齒輪輸出一側，葉輪同葉輪軸凸緣結合，都是以套筒形軸支撐著。為支持偶合器產生的推力，把傾斜墊片型推力軸承放在偶合器的輸入、輸出一側。驅動葉輪、被驅動葉輪、殼體都是用超聲波檢查過的高拉力合金鋼鍛造品制造，然后用NC機械進行加工，同軸一起又進行動平衡實驗檢查，并加了定位銷，可進行準確傳動。

1.2.3 戽斗式管

為把葉輪室內的油帶出去，設計了戽斗式管。戽斗式管在外面用拉桿直連操作機，在葉輪箱內向半徑方向移動，這樣可任意改變葉輪室內的油層厚度，使輸出一側的轉動速度連續發生變化，戽斗式管在葉輪中心最近位置時，油量最大，輸出一側的轉動速度最大，隨著戽斗式管向外周方向移動，盒里的油量逐漸減少，輸出軸轉動速度減慢。

1.2.4 殼體

殼體是用很堅硬的高級鑄鐵制成，在含軸心的水平面上形成上、下兩個分塊形，內裝液力聯軸節、齒輪旋轉體、軸承及潤滑主油泵，構造簡單，便于拆卸和檢查。軸穿過殼體的密封卻是迷宮式密封，所以，空氣防止油從殼體內流出來，同時也防止外面的臟東西進入，密封墊是鋁制品，即使碰到軸上也不會損傷軸，下部殼體裝有油箱。

1.2.5 潤滑油泵及運轉用油泵

大齒輪軸自由一端有錐齒輪和平行齒輪，潤滑油泵及工作用泵，油量充足，不僅對機器各軸承及齒輪進行潤滑，而且對電動機及給水泵的軸承均能完全潤滑。另外，還裝有單獨的電動輔助油泵，以便保證初期潤滑用油和特殊情況下供油。工作用油總使用裝在同潤滑用齒輪泵同一個軸上的離心泵。

1.2.6 油循環系統

（1）工作油系統

工作油泵從油槽內把油吸出，經過油管調節閥向葉輪室內供給開始工作時的潤滑用油，然后利用戽斗式管前部產生的油流動壓，經過冷油器再流入葉輪室內，形成循環閉路。

（2）潤滑油系統

同輸入一側的大齒輪軸運動的主齒輪泵供給的潤滑油，在冷油器中冷卻后經雙聯轉換式過濾器過濾，再向所有需要潤滑的部位供潤滑油。泵的出口裝有溢流閥，經常保持供油壓力，剛開始啟動或主齒輪泵發生故障等造成油壓下降時，可用另外的電動機驅動的輔助齒輪泵供給潤滑油。

（3）底閥

工作油泵、潤滑油泵、電動輔助油泵入口均設計安裝有能保證其吸入口液面高度的底閥。底閥材質為鑄鐵，并裝有吸入濾網。

2.原因分析

在對#1機組C電動給水泵液力耦合器進行解體檢查中發現，輔助油泵底閥托盤斷裂（圖1）。

松開法蘭螺栓，發現托盤及閥座密封面徹底斷開（圖2）。

原因分析：

直接原因：廠家設計材質不良，底閥閥體、閥座材質為鑄鐵，且厚度和強度較差；橡膠密封面為普通橡膠制成，長期在潤滑油中運行，老化、龜裂、變形，導致密封面密封不嚴。

間接原因：耦合器輔助油泵長期運行，振動、沖刷及閥門在開關過程中閥芯對閥座的撞擊，導致底閥托盤損壞。

3.解決方案

方案一：對耦合器輔助油泵底閥進行臨時處理，補焊、用膠粘合將該臺耦合器作為緊急備用，然后提報物資采購計劃購買進口底閥備件，供貨周期6～8個月，待備件到貨后重新解體耦合器，更換底閥后試用。用原廠備件閥體材質不變，使用壽命3～5年，材料成本3萬元，人工成本兩萬元，一個大修周期更換一次。

方案二：直接進行現場測繪，對底閥進行技術改造，要求使用#20鋼鍛作為原材料，加工（詳見圖紙尺寸）。底閥通徑DN100壓力PN1.0閥座密封面在托盤上直接加工，要求平面度0.02mm，閥芯密封面采用耐油橡膠板，閥柄銷釘采用不銹鋼制作，既保證其有足夠的剛度，又保證其耐磨性能；底閥制作成后必須保證開關靈活，通流量足夠。使用壽命20年，設計和制造工期共計7天，材料成本2.5萬元，人工成本2萬元，每兩個大修周期更換一次密封件，成本50元，每4個大修周期建議更換，也可以根據底閥本身情況進行密封面的研磨，如圖3所示。

通過對兩套方案的材料、人工、使用壽命的對比，決定采用第二套方案較為合理。既達到了預期的強度和使用壽命的要求，又進行了重要備件國產化的改造。

結論

通過對液力耦合器輔助油泵底閥的技術改造，解決了輔助油泵倒轉的問題，徹底消除了由于輔助油泵底閥損壞而造成油泵損壞的事故隱患。結合機組檢修對#2機組3臺電動給水泵液力耦合器輔助油泵底閥均進行了解體檢查，發現底閥托盤不同程度地存在裂紋，進一步證明了廠家在設計、制造中存在的問題。

本次電動給水泵液力耦合器備件國產化改造項目，節約了生產成本，消除了設備隱患，達到了節能、降耗的綠改目標。

參考文獻

[1]劉俊普，張信軍，宋進軍.精鍛機備件國產化改造[J].河北冶金，2002（3）：49-51.