大張莊泵站油壓系統(tǒng)改造的應(yīng)用分析

周則水，畢會云，張 浩

（天津引灤工程宜興埠管理處，天津 300402）

1 引言

大張莊泵站作為天津引灤入津工程的最后一級提升泵站，采用5臺18CJ-63立式軸流泵，配用TL900-24/2510立式同步電動機(jī)，設(shè)計(jì)流量為30m3/s。機(jī)組采用液壓調(diào)角機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)水泵葉片角度由-8°～+8°的調(diào)節(jié)，從而達(dá)到對機(jī)組的流量控制。在大張莊泵站機(jī)組液壓調(diào)角機(jī)構(gòu)自動化改造時(shí)，確定采用皮囊式蓄能器總成取代原有HYZ-2/3油壓裝置中的氣瓶式蓄能裝置，從而減少油壓裝置中的大量輔助設(shè)施，不僅可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)，而且提高了設(shè)備運(yùn)行的高效性、安全性。

2 蓄能器

2.1 基本功能和分類

2.1.1 基本功能

蓄能器在油壓系統(tǒng)中是一種能量儲存和釋放裝置，主要有3方面的功能：

（1）短期內(nèi)大量供油。當(dāng)油壓系統(tǒng)不需要大量油液時(shí)，可以把液壓泵輸出的多余壓力油存入蓄能器，而當(dāng)需要大量油液時(shí)，再快速放出，在短期內(nèi)大量供油；

（2）保持系統(tǒng)壓力。當(dāng)液壓缸等執(zhí)行元件停止運(yùn)動而需要保持壓力時(shí)，可使液壓泵停止工作，利用蓄能器壓力油補(bǔ)償泄漏損失，保持系統(tǒng)壓力；

（3）液壓系統(tǒng)中泵的停運(yùn)、各類閥的迅速關(guān)閉、換向等都會產(chǎn)生沖擊，安裝蓄能器可以吸收液壓沖擊。

2.1.2 分類

蓄能器主要有彈簧式、重力式和充氣式3大類，其中充氣式應(yīng)用最廣。充氣式蓄能器又分為氣瓶式、活塞式和皮囊式3種。

2.2 皮囊式蓄能器

皮囊式蓄能器由皮囊將蓄能器殼體內(nèi)腔分為兩個部分，囊內(nèi)裝氮?dú)?，囊外充滿液壓油。此種蓄能器利用皮囊內(nèi)氮?dú)獾膲嚎s和膨脹來儲存和釋放壓力能，而且氮?dú)夂蛪毫τ拖嗷シ蛛x，油液不易被污染。

使用前先用充氣工具通過蓄能器頂部的充氣閥對蓄能器的皮囊充滿設(shè)定壓力值的氮?dú)?，再往囊外充液壓油，隨著液壓油的充入皮囊受壓變形，氣體體積隨壓力增加而減少，液壓油被逐漸升壓至設(shè)定壓力儲存。

皮囊式蓄能器儲存和釋放的壓力油容量和皮囊中氣體體積的變化量相等，而氣體狀態(tài)的變化遵守玻義耳定律：

式中 P0和V0為皮囊的充氣壓力和體積；P1為最高壓力；P2為最低壓力；V1和V2分別為氣體在最高和最低壓力下的體積。

體積差ΔV=V2－V1為供給系統(tǒng)油液的有效體積，利用式（1），便可求得蓄能器容量V0，即

根據(jù)式（2）得：

充氣壓力P0在理論上可與P2相等，但是為保證在P2時(shí)蓄能器仍有能力補(bǔ)償系統(tǒng)泄漏，則應(yīng)使P0

由式（4）可以看出，指數(shù)n與氣體變化過程有關(guān)，n值由工作條件決定：當(dāng)蓄能器用來補(bǔ)償泄漏、保持壓力時(shí)，釋放能量的速度是緩慢的，可以認(rèn)為氣體在等溫條件下工作，n=1；當(dāng)蓄能器用來大量提供油液時(shí)，它釋放能量的速度是很快的，可以認(rèn)為氣體在絕熱條件下工作，n=1.4；所以在工作中一般取n=1.0～1.4。

3 泵站油壓裝置的改造

3.1 原有的油壓裝置

大張莊泵站原采用HYZ-2/3油壓裝置，其蓄能器為充氣式儲能罐，罐體通過管道與油泵和壓縮空氣連接，罐內(nèi)要求2/3為壓縮空氣，1/3為汽輪機(jī)油。整個油壓裝置，由高壓機(jī)、高壓氣貯氣罐、高壓氣裝置冷卻水系統(tǒng)、高壓輸氣管道、儲能罐、集油箱、泵、閥組和電機(jī)組成。此裝置在機(jī)組運(yùn)行前，首先要啟動高壓機(jī)對高壓貯氣罐補(bǔ)氣，然后高壓貯氣罐再通過輸氣管道對儲能罐進(jìn)行補(bǔ)氣，同時(shí)需要人工啟動油泵對儲能罐進(jìn)行補(bǔ)油。由于進(jìn)氣閥和放油閥開閉程度等參數(shù)難以精確設(shè)定，使得液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)投入運(yùn)行后不斷振蕩，這就需要對儲能罐液位進(jìn)行人工再調(diào)節(jié)。這個過程不僅需要有經(jīng)驗(yàn)的工人操作，而且用時(shí)高達(dá)2～3h，從而延緩整個開機(jī)過程。高壓氣系統(tǒng)的管路長、閥門多，有時(shí)存在漏氣現(xiàn)象，需運(yùn)行人員不斷巡視檢查，以避免高壓機(jī)、高壓氣儲能罐的不斷投入運(yùn)行和壓力不足的隱患。

3.2 利用皮囊式蓄能器改造方案

改造方案保持集油箱、泵、閥組和電機(jī)等部分不變，只改造壓力容器部分，將充氣式儲能罐改為皮囊蓄能器總成，各種儀表放入儀表柜。原儲能罐拆下用鋼板將其安裝孔封住，在回油箱旁邊安置蓄能器總成。拆除原儲能罐后兩個閥組的出口通過一個截止閥與四通體連接，四通體通過管路和蓄能器總成連接。當(dāng)油泵運(yùn)行時(shí)，壓力油通過閥組、截止閥、四通體將壓力油打至蓄能器總成。

皮囊蓄能器總成由10個100L的皮囊式蓄能器為主組成，每個蓄能器均配有專用截止閥，用蓄能器支架連成一體。每個蓄能器其輸出油管徑仍為80mm，額定壓力為10.0MPa，當(dāng)部分皮囊蓄能器發(fā)生故障時(shí)，每個皮囊蓄能器都可從系統(tǒng)中解列單獨(dú)拆卸下來，由于每個皮囊蓄能器的額定壓力都為10.0MPa，能保證本泵站額定壓力2.5MPa的要求，不影響設(shè)備的正常供油。

蓄能器頂部的充氣閥內(nèi)設(shè)有單向閥，可對蓄能器皮囊內(nèi)的氮?dú)膺M(jìn)行安全有效的密封，運(yùn)行中不需要日常補(bǔ)氣，與原壓力罐的補(bǔ)氣裝置不同，不需要空氣壓縮機(jī)等裝置。

集油箱上設(shè)置控制柜，將電接點(diǎn)壓力表、電機(jī)控制回路、控制按鈕、電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)指示、現(xiàn)地/遠(yuǎn)控切換、工作泵選擇、接線端子排等放入控制柜內(nèi)，使外觀整齊清爽，并便于維護(hù)。集油箱上增設(shè)磁翻板液位計(jì)，提供兩組輸出接點(diǎn)，油位過低時(shí)閉鎖油泵啟動回路。

3.3 采用皮囊式蓄能器的意義

改造后的油壓裝置由于采用了皮囊式蓄能器，只要控制好皮囊內(nèi)的氮?dú)鈮毫陀蛪貉b置的額定壓力就能控制好蓄能器內(nèi)的油氣比。不需再對蓄能器的液位進(jìn)行控制，從而簡化了油壓裝置的控制部分，而且不再需要空氣壓縮機(jī)進(jìn)行補(bǔ)氣，從而停止了高壓氣系統(tǒng)的使用。改造后的機(jī)組葉角調(diào)節(jié)油壓裝置可以在10min內(nèi)使油壓達(dá)到使用要求，且操作簡便，運(yùn)行可靠，極大地縮短開機(jī)時(shí)間。同時(shí)氣系統(tǒng)的停止使用，減少了2臺高壓機(jī)電機(jī)及冷卻潤滑供水泵電機(jī)的投入，這樣在電力消耗上將直接減少60%。原系統(tǒng)高壓貯氣罐、電機(jī)、閥門及各類管路在日常維護(hù)中要耗費(fèi)大量人力和資金，所以在新的油壓裝置投入使用后，每年將減少2萬元左右的維護(hù)費(fèi)用。改造后的油壓系統(tǒng)不僅提高了泵站設(shè)備的自動化水平，符合建設(shè)現(xiàn)代化的要求，而且減小了設(shè)備運(yùn)行的安全隱患，保證了安全輸水，并達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。該項(xiàng)技術(shù)成果可在類似泵站工程中推廣應(yīng)用。

［1］許福玲.液壓與氣動傳動［M］.北京：機(jī)械出版社，2001.

［2］馬雅麗，黃志堅(jiān).蓄能器實(shí)用技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.