機組油壓裝置組合閥運行時振動及嘯叫缺陷分析及處理

陳煥忠，唐 偉，王 維

(湖北清江水電開發有限責任公司，湖北 宜昌 443000)

水布埡電廠1號機組油壓裝置1號組合閥由2個先導閥和3個主閥組成。是由武漢能事達公司自行設計制造的ZHF-50C-00-SBY組合閥，具備卸荷、安全、單向截止功能。組合閥工作結構和原理如圖1所示。

組合閥有4個油口，組合閥進油口P，出油口P1和2個回油口T。P口與油泵的出油口相連，出油口P1與壓力油罐進口相連，回油口T1與T2與油箱相連。在先導閥YV1，YV2的控制下，能夠使主閥CV1、CV2完成開啟和關閉的動作；CV3為單向閥，在停泵狀態下由于壓力罐里面的壓力而保持關閉。

1)卸荷功能。卸荷閥可以使螺桿泵啟動時處于卸荷狀態，待電動機轉速達到一定值后，才停止卸荷，使螺桿泵輸出額定工作壓力和流量的壓力油給壓力油罐，實現電機的空載啟動[1-2]。卸荷閥工況由卸荷先導控制閥YV1與主閥CV1組合完成。如圖1所示，油泵啟動時，由于油罐中壓力P1和彈簧力的作用，單向閥CV3處于關閉狀態。卸荷先導控制閥YV1是1個兩位四通的電磁換向閥，初始狀態時，電磁鐵斷電，當油泵啟動時，YV1仍然斷電，主閥CV1控制腔的壓力油通過YV1排掉，主閥CV1閥芯打開，油泵打上來的壓力油流過CV1主油口回到油箱，系統處于卸荷狀態。當油泵啟動3～5 s后，YV1電磁鐵得電，換向閥換向，CV1控制腔建立壓力，使CV1閥芯關閉。從而P口壓力逐漸上升，當高于P1壓力時，頂開單向閥CV3向壓力罐供油。停泵時，油泵停止，卸荷先導控制閥YV1恢復初始斷電狀態，使單向閥CV3關閉，CV1打開系統處于卸荷狀態。

圖1 組合閥工作結構和原理圖

2)安全功能。安全功能由安全先導控制閥YV2和主閥CV2共同完成。假設系統出現故障，在系統的壓力超過額定工作壓力時螺桿泵仍然運轉，油壓繼續升高，這時油壓值超過YV2的彈簧整定值(水布埡為6.4 MPa)，使YV2動作，CV2控制腔的壓力油通過YV2排油。此時，在P口壓力作用下，主閥CV2的閥芯被推開，P口壓力油被排入回油箱，P口壓力下降，單向閥CV3關閉，壓力油不再進入壓力油罐，壓力油罐的壓力不會再上升，有效防止由于壓力過高而損壞元件或造成事故。卸荷壓力值可通過先導控制閥YV2的彈簧預緊力來調整[3]。

3)單向截止功能。在油泵和壓力油罐之間設有1個單向閥CV3。在油泵未啟動時，由于P1壓力的作用，單向閥一直處于關閉狀態。油泵啟動后，當卸荷閥YV1帶電，主閥CV1關閉后，P口的壓力上升到一定壓力克服單向閥CV3背壓，打開單向閥CV3向壓力罐充油。而當油泵停止運轉P口壓力低于P1口時，單向閥CV3就會關閉，使壓力油罐中壓力油不會倒流至油泵。

1 背 景

水布埡電廠1號機組油壓裝置1號壓油泵在打油過程中發現油泵出口組合閥內部出現金屬振動并伴有嘯叫聲。據現場觀察發現，1號組合閥振動及嘯叫主要發生在先導卸荷電磁閥(下稱導閥)加載前后，在此時組合閥從卸載狀態轉為加載狀態。卸荷閥工況由卸荷先導控制閥YV1與主閥CV1組合完成。如液壓控制原理圖之所示，油泵啟動時，由于油罐中壓力P1和彈簧力的作用，單向閥CV3處于關閉狀態。卸荷先導控制閥YV1是1個兩位四通的電磁換向閥，初始狀態時，電磁鐵斷電，當油泵啟動時，YV1仍然斷電，主閥CV1控制腔的壓力油通過YV1排掉，主閥CV1閥芯打開，油泵打上來的壓力油流過CV1主油口回到油箱，系統處于卸荷狀態。當油泵啟動2～3 s后，YV1電磁鐵得電，換向閥換向，CV1控制腔建立壓力，使CV1閥芯關閉。從而P口壓力逐漸上升，當高于P1壓力時，頂開單向閥 CV3 向壓力罐供油轉為加載工況。在此過程中安全閥應該完全關閉，安全閥的泄漏量應不大于油泵輸出油量的1%。為確定振動及嘯叫缺陷產生的原因及處理方法特進行性能試驗以驗證。

2 試驗及目標

2.1 確認振動及嘯叫產生的工況

方法：斷開導閥外部直流電源，啟動油泵電機，電機啟動后10 s投入直流電源。

目的：通過延長導閥卸載工況的時間確認抖動和嘯叫是否會在此過程中出現，10 s后投入外部電源確認抖動和嘯叫是否會在導閥加載瞬間或運行期間出現。

結論：1號組合閥抖動情況貫穿導閥加載前后兩種工況，振動及嘯叫劇烈，持續時間為4～5 s。

2.2 確認導閥本體狀態

方法：選取性能完好、準確的導閥備品更換1號組合閥的導閥。

目的：在導閥卸載工況下主閥CV1控制腔的壓力油通過YV1排掉，主閥CV1閥芯打開，油泵打上來的壓力油流過CV1主油口回到油箱。導閥內部是否閥位正確，有無串油現象存在，這些都是直接影響組合閥運行狀態。

結論：導閥性能完好，動作準確，無串油情況。

2.3 確認主閥CV1閥性能狀態

方法：在CV1閥底部適當增減尼龍墊圈，間接改變閥體內彈簧性能。

目的：在卸載工況下CV1閥在壓力油的作用下閥體內部彈簧處于壓縮狀態，隨著油泵輸出功率的增加，閥體內部壓力腔通排油，彈簧壓縮量逐漸增加。在此動態平衡過程中CV1閥性能是否穩定，是否會在壓力油及自身彈簧的共同作用下產生振動或嘯叫。

結論：在對CV1閥內部彈簧增減墊圈對抖動無影響，CV1閥性能完好。

2.4 確認組合閥在振動及嘯叫過程中是否存在共振

方法：改變卸載工況下組合閥內部CV3閥油流狀態，通過調節組合閥內節流塞油口調整內部油流狀態[4]。

目的：破壞油流狀態，確認是否有共振情況存在。

結論：通過適當的調整CV3閥內部節流塞油口會對組合閥抖動情況產生直接影響，初步確定該處是引起組合閥抖動的原因，又因多個節流塞開度的節流作用下抖動仍存在，故判斷組合閥抖動非共振產生。

2.5 確認CV3閥工作狀態

方法：CV3閥是單向截止閥，其插裝閥在壓力油管道內壓力油和自身生彈簧共同實現單相截止功能[5]。CV3閥插裝閥的反向作用力應該是其壓力腔P1壓力及彈簧作用力的合力F1。一旦組合閥內部壓力油對插裝閥的作用力F2超過其反向作用力F1就會使插裝閥向CV3閥開啟方向運動，壓力油進入其壓力腔，在節流塞的作用下壓力腔壓力上升使F1>F2插裝閥向關閉方向運動。在此過程中通過增加節流塞過油口或CV3閥插裝閥彈簧底部增加尼龍墊圈增加截止壓力的方法改變CV3閥插裝閥壓力腔P1壓力及彈簧作用力，進而改變F1影響CV3閥的工作狀態

目的：改變CV3閥運行過程中插裝閥的由靜止到運動再到靜止的往復運動過程，觀察其對組合閥振動及嘯叫的影響。

結論：增加節流塞過油口或在彈簧底部增加尼龍墊圈增加截止壓力均對組合閥振動及嘯叫有明顯影響。其中在彈簧底部增加尼龍墊圈增加截止壓力的影響更為顯著，在不改變節流塞過油口的情況下增加厚度為5 mm的尼龍墊圈(如圖2所示)后組合閥振動及嘯叫現象消失。經多次油泵打壓試驗后可確認水布埡電廠1號機組油壓裝置組合閥運行時出現振動及嘯叫的缺陷已消除。

圖2 CV3閥內部結構圖(彈簧、尼龍墊圈、閥芯)

3 試驗結論分析

通過以上試驗發現CV3閥插裝閥內部彈簧出現彈性勢能衰變，在組合閥運行過程中造成組合閥內部壓力P及插裝閥的反向壓力腔P1的壓力產生動態變化，致使插裝閥不能準確、有效的動作，CV3閥處的插裝閥往復運動與閥體的撞擊及高速、紊亂的油流經過CV3閥插裝閥油口引起組合閥的振動及嘯叫。

4 結 語

總體來說，水布埡電廠采用的ZHF-50C-00-SBY組合閥，具備集成化程度高、體積小、結構緊湊、使用壽命長等特點，在設備運行過程中維護工作量較小，穩定性較強。此次缺陷是在該組合閥投運10多年后才暴露，聯系到彈簧部件的自身性能變化規律屬正常情況。通過此次的缺陷處理及經驗總結，在對水布埡電廠4臺機組8套組合閥的各插裝閥彈簧進行定期更換后組合閥振動及嘯叫的情況均未再次出現。