YUKEN变量柱塞泵发生突发性失压故障的诊断及修复

1、yuken变量柱塞泵失压故障的诊断及修复尹金亮1俞卫新2郭广富1李颖杰1王爱乐1贾宪周1陈朝军1（1平顶山平东热电有限公司河南平顶山4670002中国电力大别山发电有限公司湖北麻城431600）摘要：本文通过变量柱塞泵一次突发性失压故障的处理，从柱塞泵的特点出发，分析了故障产生的原因，提出了解决问题的方法和途径，使泵功能得到恢复，并对电厂液控系统的运行和维护提出了几点建议。关键词：柱塞泵；故障；分析；排除0引言某电厂两台210mw供热机组于2006年投入商业化运行，顶轴油系统为哈尔滨汽轮机厂配供日本油研ah37-fr01kk-2080变量柱塞泵(37 l/min,21mpa),及单向阀(32m

2、pa)、溢流阀(1031.5mpa)100l/min80m进口滤油器等组成，其工作原理为润滑油经过滤器进入柱塞泵，使其压力升高到 18mpa，再经分流器、单向节流器，最后将高压油送入轴承的下瓦底部油囊，靠油压将轴颈顶起，强制形成油膜，以避免轴颈和轴瓦干摩擦，目的为减少盘车电机的起动力矩和防止盘车时使转子-叶片系统受“蠕动”激振，保证连续盘车时转子能稳定转动，避免上下汽缸温差大使转子大轴弯曲。和任何机械系统、电气系统一样，液压系统在工作过程中也会发生故障。而液压系统故障主要具有隐蔽性、因果关系的复杂性和诱发因素的多元性。现代诊断技术已发展到用各种仪器进行液压系的测试，但目前在我们现场实际工作中，

3、由于受时间、技术条件和经济目标的制约，故障诊断人员必须采用较简便、实用的技术手段，尽可能减少拆卸，节省工时，正确、快速地诊断液压设备的故障。1yuken变量柱塞泵结构及工作原理yuken变量柱塞泵结构如图1所示，主要由传动轴、泵体、斜盘、斜盘托架支持轴承、配油盘、柱塞等件组成，中间泵体1的一端通过螺钉连接泵端盖2，中间泵体1的另一端通过螺钉斜盘托架支持轴承相连，该泵是将9个柱塞配置在一个共同缸体的圆周上，并使柱塞中心线和缸体中心线平行，柱塞头部连有滑靴，滑靴由压盘紧压在斜盘上，斜盘轴线与缸体轴线倾斜一角度，斜盘由斜盘托架支持轴承保持在泵体上，在泵壳内中装有径向支持轴承作为泵转轴的径向支承，传动

4、轴3上设有键槽，在柱塞缸体4内装有的中心弹簧、弹簧座、内套及回程盘17的联合作用下迫使滑履9在斜盘7上作平面运动。当电机带动传动轴旋转时，传动轴带动缸体旋转，由于斜盘的作用，迫使柱塞8在缸体内作往复运动，并通过配油盘的配油窗口进行吸油和压油，缸体每转一周，每个柱塞各完成吸、压油一次，如改变斜盘倾角，就能改变柱塞行程的长度，即改变液压泵的排量。2失压故障过程及原因分析2.1事故现象2007年8月12日，运行人员进行例行的定期工作：进行汽轮机油系统油泵试验，发现7a顶轴油泵电流8.5a，泵出口表压为零，两次试验情况相同。2.2故障分析2.2.1询问设备操作者了解设备运行情况检查7月22日、8月2日

5、运行日志记录油泵试验正常，询问设备操作者确认8月2日泵出口压力为18mpa，电流正常，但是由于i/o故障在计算机上没有显示。8月3日运行日志记录：消除其电流i/o缺陷，电气试转7a顶轴油泵电流为8.5a。. 图1： yuken变量柱塞泵结构1. 中间泵体 2泵端盖3.传动轴4. 柱塞缸体5. 配油盘 6. 斜盘托架支持轴承7. 斜盘8. 柱塞9.滑靴10.中心枢轴2.2.2检查7a顶轴油泵实际运行情况检查泵注油及入口压力正常，试转7a顶轴油泵电流8.5a，泵出口表压为零，缓慢关 闭出口门，检查油泵电流不上升，并且泵疏油管及泵体温度比正常低，停止该泵运行。2.2.37a顶轴油泵失压过程分析系统无

6、压力其原因往往与动力机、泵、阀等部分有关。查找生产现场液压系统故障的常用方法是逻辑诊断法，它是从故障的现象出发，采取符合逻辑、适合液压故障规律的查找顺序进行分析，减少怀疑对象，逐渐逼近，找出故障发生部位的一种方法，采用这种方法，首先要提出各种可能引起故障的原因，然后对其进行分析、验证，从而找出真正原因，并给以排除，以至恢复整机功能， 具体排除过程见下表。顶轴油泵失压过程排除顺序表序号可能原因排除方法结果1泵内吸入空气检查泵注油及入口压力正常。排除。2溢流阀故障泵疏油管及泵体温度低。排除。3系统存在泄漏慢关出口门检查油泵电流不上升。排除。4泵反向检查8月3日运行日志记录电气有工作，且顶轴油泵电流

7、为空载电流。观察泵旋转方向与泵体旋转标志相反。5泵内部零件磨损，间隙过大，密封件损坏关闭出口和卸压手动门，正反向手盘转轴，轻松，不泵油。电机调相后试转，出口压力为零。不能排除。图2yuken斜盘式轴向柱塞泵工作原理2.3柱塞泵失效形式及部位分析2.3.1柱塞泵失效形式分析泵在使用过程中一般要经过初期磨损、正常磨损和异常磨损等三阶段。该泵8月2日运行正常，8月3日出现失压故障，可以认为由于电机泵反向造成异常磨损。2.3.2yukean系列斜盘式柱塞泵的结构特性从泵工作原理图上可以看出，为了维持轴向柱塞泵的正常工作，三对摩擦副在正常工作状态均存在由高压油进行润滑和密封。柱塞泵在高速、高压下工作，由

8、滑靴和斜盘、柱塞杆和缸体孔、缸体配流面和配流盘所形成的三对主要摩擦副，是影响柱塞泵工作性能和寿命的主要因素，它们既要保证密封性，又要尽量减少磨损，由于电机反向运行，泵出口没有高压油导致了异常磨损和非正常的泄漏，正是这些泄漏将会导致其丧失工作能力。2.3.3柱塞泵三对主要摩擦副的润滑及磨损泄漏原因分析根据柱塞泵结构，反向运行造成异常磨损，其磨损主要存在于斜盘与斜盘托架支持轴承、缸体和配流盘、滑靴和斜盘三对摩擦副中，它们是8月3日柱塞泵失压故障的重要因素。2.3.3.1配流盘与柱塞缸体配流面a) 配流盘与柱塞缸体，静配油盘通过定位环和定位销安装在壳体上，并且通过轴向弹力和柱塞孔端部液压力紧贴在壳体

9、平面上。配流盘与缸体摩擦副是静对动配流方式，由于泵体的进、出油液通过具有腰形孔的配流盘，进、出高速旋转的柱塞缸体柱塞孔，配流盘和端盖缸体间在液体压力作用下形成静压油膜，配流盘与柱塞缸体配流面之间存在相对运动造成磨损，同时柱塞泵工作时压力油对柱塞缸体产生一个轴向推力，加上中心弹簧的作用力使缸体对配流盘保持一定的压紧力,两者之间通常密封良好。当泵反向时，没有高压油润滑，造成配流盘磨损。b）动静配油盘具有相对运动，并且相对运动速率高达10m/s。因此该平面的动静配油盘表面，要有较高耐磨要求和平面度要求，同时也需要有较大的贴合力（即轴向弹力）。为了提高耐磨性能，通常将动静配油盘采用不同硬度的材料制成

10、缸体配油面为高硬度的优质合金钢，配油盘表面喷涂较软的铜铝合金，其表面都是经过高精度研磨加工而成，其平面度都非常高。另外，动配油盘的高低压窗口距离非常近，该部位稍有损伤将会引起大量的泄漏，甚至很快就使液压泵失去工作能力，特别是磨损，只要该表面有几道非常细小的磨痕都会引起液压泵的性能下降很多。例如一台柱塞泵，表面有一道1mm宽，0.5mm深的磨痕，该泵压力从15mpa下降至5mpa。在15mpa时输出流量由200l/min降至0l/min，可见柱塞泵容不得半点“砂子”。c）关闭泵出口和卸压手动门，正向手盘泵转轴，轻松，不泵油，说明泵存在严重泄露；当泵正常情况下，关闭其出口，由于泵内仅存在极少量泄漏

11、，正向手盘泵转轴只能盘动1-2圈。电机调相后转向正常，试转泵出口压力仍然为零，是由于反转后使中心弹簧偏斜，导致轴向推力不足，使配油盘贴合力不够，引起较大泄漏，同时由于缺油运行，动静配油盘摩擦过热，使泄漏量增大。2.3.3.2柱塞头与斜盘滑靴、斜盘与斜盘托架支持轴承a) 斜盘与斜盘托架支持轴承的滑动磨擦此部位是一个非常特殊的部位，也是轴向柱塞泵非常敏感的位置。高压油通过柱塞泵体进入托架支持轴承，使之和斜盘之间形成一定厚度的油膜，这样高速滑动摩擦为液体摩擦，减小了摩擦和磨损。当反向时，没有高压油润滑，斜盘与斜盘托架支持轴承发生金属接触磨擦，造成支持轴承失效。b) 柱塞头与斜盘滑靴是三对磨擦副中最为

12、复杂的一对，柱塞头在斜盘上除进行自转外还进行公转，柱塞头和滑靴上的小孔，将压力油引入盘形腔，即从柱塞腔引出高压油在柱塞头与斜盘滑靴间形成13m厚的油膜，柱塞头和斜盘滑靴的高速滑动摩擦为液体摩擦，依靠液体压力承受柱塞载荷，避免金属直接接触磨损；当泵反向时，柱塞头与斜盘滑靴接触形成固体之间的摩擦，而非液体摩擦，柱塞头和滑靴将很快磨损。c) 柱塞杆与缸体孔摩擦副是无静压卸载式，柱塞杆在缸体孔内作直线往复运动，柱塞移动的行程随斜盘角度的变化而变化，并通过配油盘的配油窗口进行吸油和压油。3零件的修复与故障排除3.1零件的修复对yuken柱塞泵进行解体检查，发现配流盘、斜盘与斜盘托架轴承出现明显的磨损和拉

13、毛，见图3。在对其进行人工研磨，以达到所需的粗糙度。本次故障是因磨损、拉毛从而导致其与配流盘和泵体配流平面斜盘托架支持轴承配合不好，密封性能下降，造成泄漏而达不到设计泵压，采用手工研磨的方法修理，具体方法是研磨前先将配流盘拉毛或不平处用细油石推平，在二级以上精度的平板上研磨；将斜盘和斜盘托架支持轴承加研磨膏和红丹粉进行对研，研磨后的配流盘的结合面用煤油清洗后抛光，表面粗糙度应达到ra0.032m，平面度应小于 0.005mm ，托架支持轴承、安装配流盘在修理、安装过程中，须注意下问题：1）缸体与配流盘运动端面要达到规定要求二者接触均匀。2）安装时要保证缸体、轴承、花键轴等部的同轴度，泵体、配流

14、盘对花键轴的垂直度，配盘两端平行度，以保证配流盘与缸体全面贴合，免烧盘。3.2故障排除泵回装后进行试转，由于机组正常运转中，用向汽轮机轴瓦供油的方法进行流量试验，其运行参数正常，并且由于消除了泵初期磨损、正常磨损,内漏减少，效率提高，超过故障前的流量，达到了设计参数，通过流量调整保持系统压力18.8 mpa。项目单位设计损坏前修复后压力mpa20.581821流量l/min37.5-电流a353135功率kw18.5516.4318.55转速r/min150015001500 图3：配流盘、斜盘与斜盘托架支持轴承磨损及研磨情况5 结语1）现代火力发电厂广泛应用液压元件和液控系统，其状况与整个生

15、产系统的安全、稳定可靠、低耗密切相关，液压系统故障诊断是一个技术性非常强的工速，准确地判断出液压系统的故障，首先要有一定的理论基础；第二是要掌握判断故障的科学方法；三是要不断地实践；四是要善于分析、归纳总结、提炼和升华实践经验，从而加深对理论的理解。所以，遇到了液压系统故障时首先要判断故障现象的常见原因和其他可能的原因，这就需要既看现象又看本质，既了解有关工作原理，又要掌握有关结构，然后进行分析、推理和试验，本着先动脑再动手、先易后难的原则逐项排除。2）电厂deh和顶轴油及旁路系统大都配置德国力士乐、美国派克、日本油研等品牌的高压、大流量柱塞泵，但进口商没有提供技术说明、检测方法和使用说明等相

16、关资料。一般认为，进口液压柱塞泵性能优越、没有必要维护检修，造成一种认识上的误区。进口液压柱塞泵是液压系统中价值较高的部件，液压泵的失效概率随泵的役龄增高而上升，从服役期起就应建立相应的记录，对其建立以状态监测为基础的定修制度，制订轴承更换、维修检测、质量验收等一整套维修工艺，可确保其工作可靠性和使用寿命。参考文献：1 何存兴.液压元件m.北京:机械工业出版社,19812 (美)g.r.凯勒著.林其王敖,陈燕庆译.液压系统分析.国防业出版社, 19853 宫志范编.液压传动技术.机械工业出版社,19874 温诗铸.摩擦学原理m.北京:清华大学出版社,19905 郑国伟主编机修手册（第3版）第2卷修理技术基础.机械工业出版社,19936 同淑荣.液压系统故障诊断的方法j.液压工业,1990,37(4):47-50.7 嵇光国,吕淑华.液压系统故障诊断与排除m.北京:海洋出版社,1992.5-78 池长青.流体力学润滑m.北京:国防工业出版社,19989 马明东.斜盘式柱塞泵的使用与维修j.