XZ-IV齒輪箱水冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

楊立江 惠展 王崗

(中鋼集團(tuán)西安重機(jī)有限公司 陜西西安 710201)

1 前言

目前國(guó)內(nèi)制造水冷傳動(dòng)齒輪箱廠家較多，因各家水冷傳動(dòng)齒輪箱結(jié)構(gòu)原理不同，水冷系統(tǒng)原理也各不相同。但基本有兩種原理：一種為“閉式帶壓水冷系統(tǒng)”；另一種為“開(kāi)式水冷系統(tǒng)”?！伴]式帶壓水冷系統(tǒng)”是齒輪箱外部水冷系統(tǒng)與齒輪箱內(nèi)部水冷管直接相連，整個(gè)水冷系統(tǒng)在帶壓的狀態(tài)下工作。“開(kāi)式水冷系統(tǒng)”是齒輪箱外部水冷系統(tǒng)與齒輪箱內(nèi)部水冷板沒(méi)有直接相連，冷卻水通過(guò)外部系統(tǒng)進(jìn)入上水槽，水流因重力從齒輪箱中的上水槽經(jīng)冷卻蛇形管流到下水槽中，然后排到箱外水冷系統(tǒng)，或冷卻水直接通過(guò)噴淋的方式進(jìn)入下水槽中，然后排到箱外水冷系統(tǒng)。相比較，“閉式水冷系統(tǒng)”具有冷卻水流量大、冷卻效果好、維護(hù)方便、運(yùn)行成本低的特點(diǎn)。

XZ-IV齒輪箱水冷系統(tǒng)采用閉式水冷系統(tǒng)原理，適合750～1800m3高爐工藝要求。

2 水冷系統(tǒng)的目的

水冷系統(tǒng)作用是通過(guò)熱交換原理降低水冷傳動(dòng)齒輪箱內(nèi)部的溫度，使水冷傳動(dòng)齒輪箱在正常的溫度下工作。水冷傳動(dòng)齒輪箱安裝在爐頂法蘭上，爐頂法蘭焊接在煉鐵高爐最上部的爐喉錐段，即水冷齒輪箱位于高爐爐頂裝料設(shè)備的最下部，直接受高爐爐溫的高熱影響，正常情況下?tīng)t頂溫度約150～250℃，事故狀態(tài)下達(dá)600℃甚至更高。

為了保護(hù)水冷傳動(dòng)齒輪箱并使其正常工作，在水冷傳動(dòng)齒輪箱內(nèi)部布置有水冷板，水冷板內(nèi)盤(pán)有蛇形管，水冷齒輪箱外部水冷系統(tǒng)與水冷板聯(lián)接，循環(huán)的冷卻水從管內(nèi)流過(guò)，通過(guò)熱交換原理降低水冷傳動(dòng)齒輪箱內(nèi)部的溫度，以保證水冷齒輪箱內(nèi)部的溫度在允許范圍55℃以下工作。

3 水冷系統(tǒng)的組成

XZ-IV齒輪箱水冷系統(tǒng)如圖1所示，由水冷傳動(dòng)齒輪箱外部進(jìn)水系統(tǒng)和水冷傳動(dòng)齒輪箱內(nèi)部水冷系統(tǒng)組成。XZ-IV齒輪箱水冷系統(tǒng)的水從進(jìn)水管經(jīng)過(guò)過(guò)濾器到水冷傳動(dòng)齒輪箱內(nèi)部，然后水流再經(jīng)過(guò)水冷傳動(dòng)齒輪箱的蛇形管到回水管路，整個(gè)過(guò)程為閉式、帶壓操作。

圖1 齒輪箱外部進(jìn)水和回水系統(tǒng)原理

圖2 齒輪箱外部進(jìn)水和回水系統(tǒng)的元件

3.1 水冷傳動(dòng)齒輪箱外部水冷系統(tǒng)

XZ-IV齒輪箱如圖1所示，由進(jìn)水和回水系統(tǒng)原理組成。由熱電阻1.1～1.6、雙金屬溫度計(jì)2.1～2.4、壓力表3.1～3.4、蝶閥4.1～4.8、止回閥5.1～5.3、過(guò)濾器6.1和6.2、帶限位開(kāi)關(guān)的手動(dòng)球閥7.1～7.2、流量變送器8.1、手動(dòng)流量控制閥9.1、流量孔板10.1～10.4、排氣閥11.1及管道組成。

3.1.1 進(jìn)水系統(tǒng)

齒輪箱外部進(jìn)水系統(tǒng)如圖1所示，冷卻水通過(guò)DN50的主水管，經(jīng)過(guò)止回閥、蝶閥、過(guò)濾器、熱電阻、雙金屬溫度計(jì)、壓力表后分別流進(jìn)兩個(gè)DN32的水管然后進(jìn)入水冷傳動(dòng)齒輪箱。一根DN32的水管接到水冷傳動(dòng)齒輪箱下部；另一根DN32的水管接到水冷傳動(dòng)齒輪箱上部。

在水冷系統(tǒng)進(jìn)水管路上安裝兩個(gè)手動(dòng)過(guò)濾器6.1和6.2(一用一備)以防止顆粒堵塞管道。過(guò)濾器采用手搖刷式排污過(guò)濾器，檢修時(shí)搖動(dòng)過(guò)濾筒蓋上手柄，使不銹鋼刷對(duì)過(guò)濾器網(wǎng)上的雜質(zhì)顆粒進(jìn)行刷除清洗，并由排污網(wǎng)排出，刷洗過(guò)程中水流不能中斷。手搖刷式排污過(guò)濾器是在全自動(dòng)清洗過(guò)濾器的基礎(chǔ)上簡(jiǎn)化而成的，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作可靠。

緊急冷卻：在DN50主水管上有一根DN15管子和接到水冷傳動(dòng)齒輪箱底部的DN25的氮?dú)夤苓B接，由止回閥5.2、流量孔板10.1、帶限位開(kāi)關(guān)的手動(dòng)球閥7.1組成。緊急冷卻為水冷傳動(dòng)齒輪箱溫度過(guò)高時(shí)DN15管子向水冷傳動(dòng)齒輪箱底部噴水，通過(guò)手動(dòng)完成緊急冷卻，正常情況下處于關(guān)閉狀態(tài)。

3.1.2 回水系統(tǒng)

齒輪箱外部回水系統(tǒng)如圖1所示，齒輪箱上部和下部冷卻水經(jīng)過(guò)齒輪箱DN20出水口后，分別通過(guò)DN32的回水管連接到一根DN50回水總管上。該回路由止蝶閥、流量變送器、手動(dòng)流量控制閥、排氣閥、熱電阻、雙金屬溫度計(jì)、壓力表組成。

在底部DN32回水管路上安裝了一個(gè)流量孔板10.4，以補(bǔ)償水平冷卻管路與垂直冷卻管路之間由于管子長(zhǎng)度不同造成的壓差。

兩根DN32的回水管子連接到一根DN50的總管上。在DN50的總管上安裝了流量變送器8.1及手動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥9.1，用來(lái)調(diào)節(jié)控制流量。當(dāng)流量降低20%時(shí)，冷卻效果降低，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

3.2 水冷傳動(dòng)齒輪箱內(nèi)部水冷系統(tǒng)

XZ-IV齒輪箱內(nèi)部水冷結(jié)構(gòu)如圖3所示。水冷管固定在水冷傳動(dòng)齒輪箱的箱體上，水冷管之間填充導(dǎo)熱澆注料便于熱量傳遞，水冷管外部安裝隔熱澆注料，阻擋熱量傳遞到水冷管。水冷傳動(dòng)齒輪箱上部中心部分有3根垂直布置的蛇形管，底部有4根水平布置的蛇形管，冷卻水通過(guò)齒輪箱外部進(jìn)水水冷系統(tǒng)分別進(jìn)入上部垂直蛇形管的3個(gè)進(jìn)水口和底部冷卻4個(gè)進(jìn)水口，通過(guò)熱交換后冷卻水從上部垂直蛇形管的3個(gè)出水口和底部冷卻4個(gè)出水口進(jìn)入齒輪箱外部回水水冷系統(tǒng)，達(dá)到冷卻齒輪箱內(nèi)部溫度的作用。

3.3 補(bǔ)水系統(tǒng)

XZ-IV齒輪箱水冷系統(tǒng)采用閉式循環(huán)冷卻，回水管路最終流向回水槽，自然冷卻或通過(guò)循環(huán)冷卻系統(tǒng)冷卻后再進(jìn)入水冷系統(tǒng)，補(bǔ)充水系統(tǒng)用來(lái)補(bǔ)充水系統(tǒng)中的自然損失、泄露損失。補(bǔ)水系統(tǒng)采用工業(yè)軟水，水質(zhì)與整個(gè)水冷系統(tǒng)要求一致。

圖3 齒輪箱內(nèi)部水冷結(jié)構(gòu)1-上部進(jìn)出水接口;2-垂直冷卻管路;3-下部進(jìn)出水接口;4-水平冷卻管路;5-底部密封氮?dú)饪?/p>

4 水冷系統(tǒng)的控制

如圖1所示XZ-IV齒輪箱水冷系統(tǒng)中安裝有溫度計(jì)、熱電阻用來(lái)檢測(cè)水冷系統(tǒng)是否正常，水冷系統(tǒng)中共安裝6個(gè)鉑電阻溫度計(jì)、4個(gè)雙金屬溫度計(jì)。鉑電阻溫度計(jì)和雙金屬溫度計(jì)檢測(cè)位置如表1、表2。

表1 鉑電阻溫度計(jì)

表2 雙金屬溫度計(jì)

4.1 熱電阻報(bào)警溫度及處理措施

為保證設(shè)備的正常運(yùn)行，當(dāng)熱電阻發(fā)出警報(bào)時(shí)，需按照以下措施處理。

如果檢測(cè)水冷傳動(dòng)齒輪箱進(jìn)出口的熱電阻溫度計(jì)1.5和1.6溫差高于5℃則發(fā)出報(bào)警信號(hào)，在這種情況下，冷卻效果會(huì)下降，檢查水流量和高爐爐頂煤氣溫度。當(dāng)水冷傳動(dòng)齒輪箱進(jìn)水溫度1.5超過(guò)50℃時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，進(jìn)水溫度太高，達(dá)不到冷卻效果，檢查水冷系統(tǒng)。

表3 齒輪箱水冷系統(tǒng)報(bào)警溫度及采取措施

4.2 水和氮?dú)獾撵F化組合冷卻

水冷傳動(dòng)齒輪箱底板上的溫度計(jì)1.4，溫度達(dá)120℃時(shí)，必須通過(guò)圖2中的齒輪箱底部密封氮?dú)饪?向齒輪箱底板噴霧化的水和氮?dú)狻５獨(dú)夤苈飞?，手?dòng)打開(kāi)氮?dú)夤苈飞系目拷鋫鲃?dòng)齒輪箱的DN25帶限位開(kāi)關(guān)的手動(dòng)球閥7.2。水冷管路上，手動(dòng)打開(kāi)水管路上靠近水冷傳動(dòng)齒輪箱的的DN25帶限位開(kāi)關(guān)的手動(dòng)球閥7.1。氮?dú)夤苈飞虾退涔苈飞戏謩e安裝流量孔板10.3和10.1，控制氮?dú)饬髁亢退髁浚_保達(dá)到理想的水霧效果。氮?dú)夤苈飞系那蜷yDN25和水管路上的球閥DN15必須同時(shí)打開(kāi)，否則達(dá)不到水霧效果。當(dāng)溫度降低后，停止緊急冷卻水和氮?dú)獾撵F化組合冷卻。

4.3 事故氮?dú)饩o急冷卻

除非檢修水冷系統(tǒng)，正常情況下水冷系統(tǒng)應(yīng)連續(xù)的運(yùn)轉(zhuǎn)，如果水冷系統(tǒng)發(fā)生故障，必須開(kāi)啟事故氮?dú)饫鋮s。通過(guò)手動(dòng)打開(kāi)水冷傳動(dòng)齒輪箱事故氮?dú)夤艿郎系腄N100碟閥4.8，將500Nm3/h氮?dú)鈬姷剿鋫鲃?dòng)齒輪箱上緊急冷卻，最長(zhǎng)時(shí)間不能超過(guò)2個(gè)小時(shí)。

5 水冷系統(tǒng)的調(diào)試

5.1 水質(zhì)要求

為防止沉淀物堆積在水冷傳動(dòng)齒輪箱的蛇形管內(nèi)，避免水的酸度提高，整個(gè)系統(tǒng)的水為過(guò)濾的、軟化的、被阻蝕劑處理過(guò)的工業(yè)水。阻蝕劑的原理是在管子和冷卻設(shè)備的里面形成一層保護(hù)層，防護(hù)管子及冷卻設(shè)備。用阻蝕劑處理過(guò)的工業(yè)軟水應(yīng)符合表4的要求。

表4 水冷系統(tǒng)水質(zhì)要求

5.2 水冷系統(tǒng)的清洗

水冷系統(tǒng)管路安裝時(shí)必須有1%的斜度，以便于排空空氣。水冷系統(tǒng)安裝完后需對(duì)管道進(jìn)行清洗，所有閥門(mén)均處于正常的工作位置，關(guān)閉進(jìn)水管路上的DN50手動(dòng)碟閥4.1和回水管路上的手動(dòng)流量控制閥9.1，打開(kāi)回水管路上的排氣閥11.1。慢慢打開(kāi)進(jìn)水管路上的手動(dòng)碟閥4.1，當(dāng)回水管道充滿水時(shí)，排氣閥11.1溢有出水時(shí)，關(guān)閉回水管路上的排氣閥11.1。然后清洗安裝在進(jìn)水管路的過(guò)濾器。

水冷管道安裝完后應(yīng)進(jìn)行酸洗處理，酸洗的目的是通過(guò)化學(xué)作用將管道的所有殘余物質(zhì)、鐵片、焊渣、爐渣、二氧化硅、油漆及安裝過(guò)程中進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)的雜質(zhì)去除。

管道鈍化的目的是為了在光滑的管道內(nèi)表面形成一層均勻的氧化膜，抵抗水對(duì)管道表面的腐蝕。

也可避免在使用之前被空氣的物質(zhì)快速重新氧化。

5.3 閉式水冷系統(tǒng)的注滿及壓力調(diào)節(jié)

水冷系統(tǒng)完成清洗、酸洗和鈍化后，按照5.1方法把水注入整個(gè)系統(tǒng)。在整個(gè)系統(tǒng)被注滿且清洗后，打開(kāi)DN50手動(dòng)流量控制閥9.1，關(guān)閉DN50碟閥4.1和4.7。打開(kāi)排氣閥11.1，在排氣閥11.1處通氮?dú)鈦?lái)增壓，將整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)壓力置于1.25倍正常設(shè)計(jì)壓力，保壓20分鐘沒(méi)有泄露，關(guān)閉氮?dú)庠鰤?，將循環(huán)系統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)到系統(tǒng)設(shè)定的壓力。

6 閉式水冷系統(tǒng)的維護(hù)

水冷傳動(dòng)齒輪箱水冷系統(tǒng)應(yīng)至少每年維護(hù)一次。當(dāng)通過(guò)水冷傳動(dòng)齒輪箱冷卻蛇形管的正常測(cè)量壓降，比調(diào)試期間的壓降提高了25%，意味管路有堵塞現(xiàn)象，必須進(jìn)行一次管道清掃維護(hù)處理。

在高爐休風(fēng)期間不能停止水冷系統(tǒng)，只有在維修冷卻系統(tǒng)時(shí)才可以停止水冷系統(tǒng)。

7 結(jié)語(yǔ)

XZ-IV齒輪箱水冷系統(tǒng)采用閉式加壓冷卻，冷卻水和氮?dú)夥蛛x，冷卻水不被污染且不需要定期維護(hù)，具有冷卻水流量大、冷卻效果好、維護(hù)方便、運(yùn)行成本低的特點(diǎn)。