電動給水泵YOCQ422Y型液力耦合器可靠性分析

張 軼

（貴州西電電力股份有限公司黔北電廠，貴州金沙 551800）

0 引言

某火電廠4×300 MW 燃煤發電機組單臺機組設計有3 臺出力50%的給水泵，其中2 臺汽動，1 臺電動，運行模式為2 運1 備，其作用是為鍋爐供給水。2 臺汽動給水泵由小汽輪機驅動，機組正常運行時投運，1 臺電動給水泵作為機組啟停和汽動給水泵消缺使用，匹配YOCQ422Y 型液力耦合器。

1 YOCQ422Y 型液力耦合器

1.1 用途

YOCQ422Y 型液力耦合器是一種高速、大功率液力耦合傳動裝置，主要使用在300 MW 半容量火電廠鍋爐給水泵機組需要經常變換轉速的機械。特點：可以實現無極調速，在主機滑壓運行和負載變化時，給水泵能在高效區和經濟合理工況下運行，達到降低廠用電的目的；實現無載或部分負載啟動，使給水泵容易啟動；保護機械設備，提高機組運行的安全性和可靠性；簡化給水系統，便于實現全程調節和自動化；減少振動、緩和沖擊，提高機械設備壽命。

1.2 工作原理

YOCQ422Y 型液力耦合器主要由一對增速齒輪和耦合器組成，耦合器主要由泵輪、渦輪和渦輪套組成，泵輪通過增速齒輪與主電機相連，渦輪通過軸與給水泵相連。

主電機通過齒型聯軸器驅動大齒輪，帶動小齒輪和泵輪旋轉，當泵輪和渦輪中充有液體時，由于泵輪葉片的作用，工作液體隨著旋轉，并由輪內側流向外緣，形成高速高壓油流，沖向渦輪流道，液體由外緣流向內側，并減少能量，當減少能量的工作液體回到泵輪時，又重新增加能量；如此循環往復，工作液體在泵輪和渦輪之間進行能量傳遞。為使工作液體運動，泵輪和渦輪之間必須有一個滑差，如果改變泵輪與渦輪中工作液體的充油程度就可以平穩改變渦輪轉速，只要把決定工作腔中油量多少的勺管適當定位就可以達到目的。

液力耦合器按充滿油最小滑差時所能傳遞的額定功率進行選擇。

1.3 結構組成

耦合器由大齒輪轉子、小齒輪泵輪轉子、渦輪轉子、調速機構、控制閥、離心齒輪泵、勺管排油結合部、過濾器、輔助泵、溢流閥（甲乙）、逆止閥（甲乙）、冷油器等部件組成。

1.4 油路系統控制及輔助設備

工作油和潤滑油使用同樣的油品，離心泵為工作油泵，齒輪泵為潤滑油泵，并組成一個部件，由輸入軸驅動，工作油和潤滑油有各自獨立的冷卻系統帶走工作中產生的熱量（冷油器參數見表1），保持耦合器在設計溫度范圍內穩定運行。

表1 液力耦合器冷油器設計參數

工作油路根據傳遞動力的需求調整進、出工作腔的油量，實現穩定傳輸動力，若出現油路堵塞或者傳遞的負荷超過允許值，工作腔中的油溫上升到160 ℃，易熔塞熔化噴油，工作腔油量減少，耦合器傳遞的力矩降低，起到保護設備的作用。

潤滑油系統設計有主、輔油泵，正常運行時用主油泵工作，在給水泵啟動及故障停運時運行輔助油泵，其潤滑油系統不僅供耦合器各軸承，還供應給水泵和電機軸承的潤滑油，油壓可調，正常油壓0.3 MPa，并設計低油壓保護，可靠性高。

2 液力耦合器運行中頻繁發生的故障

單臺發電機組運行時運行2 臺汽泵，電動給水泵作為熱備用，一旦汽泵故障，電動給水泵必須立即投運。該廠4×300 MW 機組投產至今，多次發生汽泵故障需要電動給水泵投運時，啟動電動給水泵幾分鐘后內因為耦合器瓦溫超標而失備，機組被迫降負荷運行，檢查發現均是耦合器易熔塞熔化泄漏高溫油噴灑到軸承上造成，更換易熔塞后投運正常；另一種情況是電動給水泵連續運行2 d 后工作油溫逐步升高超過設計值110 ℃或者軸承溫度超過90 ℃，導致易熔塞熔化或瓦面被熔化而趕瓦失備，機組也被迫降負荷運行；每臺機組的電動給水泵連續運行3 d 的情況很少，該問題已經影響到機組安全經濟運行。

液力耦合器運行中故障統計見表2，主要有工作油溫高造成的易熔塞熔化、瓦面損傷造成的軸承超溫、冷油器臟污造成工作油溫高等。其中冷油器臟污快，換熱效果降低后造成工作油溫高而熔化易熔塞，易熔塞熔化噴油到軸承上停運不及時會發生軸承超溫而損傷瓦面。

3 故障分析及解決辦法

表2 液力耦合器故障統計（2017年4月～2018年3月）

從表2 分析，液力耦合器故障中易熔塞熔化故障最多，其次是冷油器臟污和瓦面損壞超溫，綜合分析，冷油器臟污頻繁，換熱效果差，導致工作油溫度高，進而引發易熔塞熔化和軸承超溫損壞。根據內部結構檢修情況分析，只要易熔塞熔化，都會發生2T 瓦和5 瓦溫度快速上升，這是易熔塞溶化后高溫油噴灑到2T 瓦和5 瓦軸承座上造成，若停運不及時，瓦面必然損壞。再結合液力耦合器連續運行3 d 內必發生工作油溫逐漸升高，造成軸承超溫跳泵失備分析，說明液力耦合器運行中產生的熱量沒有被冷油器完全帶走，熱量逐步累積造成工作油溫度升高。分析清洗工作油和潤滑油冷油器的情況，板式冷油器水側結垢、淤泥和雜物堵塞通道的情況特別明顯，每次清洗完冷油器投運后，液力耦合器的工作油溫和軸承溫度有明顯的下降（見表3 中2017年3月運行參數），但保持時間不到一個月，溫度又會升高（見表3 中2017年4月運行參數），證明冷油器冷卻效果不穩定是造成故障的主要原因。

由于電動給水泵是熱備用，即使給水泵沒有運行，但冷卻水系統和油系統一直投運，因此，即使定期清洗冷油器，在需要電動給水泵運行時冷油器還有可能是臟污的，冷卻效果不好而造成工作油溫超標。

檢查冷油器的冷卻水源，是直接取用河中補水，沒有進行預處理，而該補水硬度高、淤泥和雜物多，結合該廠輔機使用板式冷油器的運行情況，板式冷油器的輔機均存在冷油器清洗間隔時間短，維護成本高的問題，因此冷油器的冷卻效果不穩定是工作油溫超標的主要原因。

根據原因分析，要提高冷油器的冷卻效果，只有對冷油器進行改造，根據現場的布置情況和成本綜合考慮，本著實用、可靠和節約的原則，在保持原冷油器不變的情況下，在工作冷油器系統串聯一個50 m2的管式冷油器來提高冷卻效率，達到降低工作油溫度的目的，改造后系統見圖1。

4 改造效果

2018年7月，對3#機組電動給水泵液力耦合器的工作油冷卻系統增裝1 臺50 m2的管式冷油器后，在相同負荷下，與改造前相比，工作油溫最大降幅20 ℃，軸承溫度最大降幅18 ℃（表3），均在允許范圍內，電動給水泵連續一周沒有發生故障，改造達到預期目標。鑒于此，另外3 臺電動給水泵液力耦合器冷油器改造工作于2018年10月前全部完成。至今，各臺電動給水泵液力耦合器運行穩定，電動給水泵液力耦合器可靠性低的問題得到解決。

表3 液力耦合器油溫、瓦溫改造前后運行參數

5 結語

給水泵液力耦合器易熔塞頻繁燒壞的原因是工作中產生的熱量不能及時帶走，累積超溫導致易熔塞熔化而失備。熱量不平衡的原因是冷油器冷卻效果達不到設計要求，應該是容易發現的問題，但由于一直懷疑設計有問題，解決問題的方向錯誤，以致走了彎路。對于輔機冷卻水直接引用原水而沒有進行預處理，建議選用管式冷油器可靠性更高些；若選用板式冷油器，則需對冷卻水預處理，以減少水中的雜物。