某核電廠上充泵潤滑油冷卻器風扇不轉分析

劉計斌,劉海常,董志國,王 巖

(遼寧紅沿河核電有限公司,遼寧 大連 116001)

0 引言

某核電廠上充泵(RCV泵)為臥式多級離心泵,RCV泵和電機之間有升速齒輪箱。上充泵與齒輪箱潤滑系統共分為兩個油路,其中一路為液壓馬達驅動油路(圖1),潤滑油經“Y ”型過濾器過濾后進入液壓油泵入口,液壓油泵壓出的油經雙聯過濾器過濾后進入液壓馬達,同時在液壓油泵的出口安裝有溢流閥。液壓油泵和液壓馬達均為外嚙合齒輪形式。

圖1 液壓馬達驅動油路示意圖

1 故障描述

某核電廠2號機組執行柴油機試驗,主控切換為柴油機帶載后,發現2RCV002PO按正常時序自動啟動后,潤滑油冷卻器前后溫度計示數持續上漲,且二者溫差僅為1.3 ℃,正常運行時溫差為5.9 ℃左右(圖2),圖中2RCV213MT為油冷卻器上游溫度,2RCV226MT為油冷卻器下游溫度。運行人員現場檢查潤滑油冷卻器,發現風扇未轉動,主控立即停運該泵。泵組啟動時潤滑溫度為46 ℃,正常切換啟動時潤滑油溫度約為室溫(25 ℃左右)。

圖2 潤滑油溫度變化趨勢圖

2 原因分析

此油回路上部件數量較少,只有Y型過濾器、液壓泵、溢流閥、雙聯過濾器、液壓馬達5個部件,對設備進行檢查。解體檢查液壓馬達,風扇與馬達軸配合處正常,內部齒輪光滑,無磨損,齒輪嚙合正常,無異物;拆卸檢查液壓泵上游Y型過濾器,Y型過濾器濾網正常,無異物,不存在堵塞;盤動泵軸與齒輪箱的聯軸器,帶動液壓泵轉動,在泵出口能夠看到潤滑油流出,液壓泵能正常工作;拆解檢查溢流閥,閥芯活動正常,無卡澀,配合面無劃痕、高點;回裝溢流閥,再次盤動泵軸,發現液壓馬達的入口處有油流出,說明雙聯過濾器無堵塞。檢查無異常后重新啟泵進行驗證,泵運轉正常,風扇運轉正常,進出口油溫溫差在正常范圍內。

風扇不轉的原因應為液壓馬達的啟動力矩不足。液壓馬達在齒輪嚙合的不同角度產生的啟動力矩不同[1];潤滑油溫度升高,潤滑油的黏度會下降;潤滑油黏度下降導致液壓馬達和溢流閥的泄漏量增大。

根據文獻[1]中實驗驗證,齒輪馬達泄漏量在特定位置能夠達到正常泄漏量的6倍左右。在泄漏量達到最大時,輸出力矩也最小。試驗所得數據見圖3[1]。

圖3 被試液壓馬達的 TS、ΔQ與θ的關系

圖3為被試液壓馬達的啟動轉矩TS、泄漏量ΔQ與輸出軸靜止位置θ之間的關系[1]。液壓油的粘度μ隨溫度和壓強的變化關系式為[2]:

μ=ργ50ea(p-105)·10-5-λ(t-50)

式中:ρ為液壓油密度,γ50為油液在50 ℃、1個大氣壓時的運動粘度,a為油液的粘壓系數,λ為油液的粘溫系數。

查詢潤滑油手冊,泵組所用潤滑油Aral Degol BG 46在40 ℃時的運動黏度μ為46 mm2/s,100 ℃時的運動黏度μ為6.7 mm2/s。計算可得46 ℃時運動黏度μ為36.8 mm2/s。

液壓油泵排量為10.8 cm3/r,轉速為1484 r/min,容積效率取為0.9,則泵流量為240 mL/s。

使用力矩測量扳手對液壓馬達不同位置處所需的啟動力矩,進行5次測量[3-4],數據見表1。

表1 液壓馬達不同位置處所需啟動力矩

選取較大值1.9 N·m,結合液壓馬達排量計算油壓。

式中:Δp為液壓馬達前后壓差,M為液壓馬達輸出力矩,Vg為液壓馬達排量,ηλm為液壓馬達的機械效率。

計算得到:Δp=0.2 MPa,由于液壓馬達出口連接油箱,出口壓力為0,則油壓為0.2 MPa。

溢流閥局部示意圖如圖4所示,溢流閥通過節流進行密封,打壓時無法保壓。閥芯上有一直徑為2 mm的通油孔。計算通油孔處潤滑油流量。

圖4 溢流閥局部示意圖

溢流閥上小孔在壓力為0.2 MPa、潤滑油的黏度為36.8 mm2/s時,按照薄壁孔口的計算流量:

式中:Δp為孔口前后壓力差,Pa;A為孔口面積,m2;ρ為液體的密度,kg/m3;Cd為流量系數;qv為流量,m3/s。

孔徑為2 mm,管徑為6 mm,取Cd為0.626,計算溢流閥上小孔流量為156 mL/s。疊加液壓馬達自身泄漏和溢流閥閥芯下部外表面于閥體間間隙泄漏,使得液壓泵所供潤滑油全部被泄漏掉。

通過以上分析,風扇不轉的原因為液壓泵所供潤滑油被全部泄漏掉。

3 結論

潤滑油溫度較高時,潤滑油泄漏量增大,導致液壓馬達啟動力矩不足。需要加大液壓馬達的啟動力矩,如增大液壓馬達的排量,或者減少溢流閥的泄漏量,提高溢流閥的密封性。經驗證,增大液壓馬達排量后,未再出現風扇不轉現象。