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太浦河泵站泵组齿轮箱润滑油系统选择 % |- s$ ?! Q2 }
作者:上海勘测设计研究院 黄毅 倪燕玉 上传:yeguiren 来源:水利工程网 2005-06-08 00:00' z+ V' m1 y: z W, o
1 泵组特点
7 @+ g# E6 `- Y$ ?# R7 j太浦河泵站的设计净扬程1.39m,单泵设计流量50m3/s,装有6台套斜15°轴伸式水泵,叶轮直径4.1m,转速73r/min,异步电机功率1600kW。该水泵具有扬程特低、单泵流量大、叶轮直径大、转速低的特点,水泵流道从进口到出口有二个小转弯,水泵轴线与水平面呈15°夹角,出水流道的顶板距离较小。如水泵直接与电机连接,低速电机的直径大,不仅价格贵,而且尺寸大不能直接布置在流道的顶板上,所以必须采用齿轮减速箱传动方式,以提高电机转速、减小尺寸、方便布置。斜轴伸泵组总体布置见图1。: [5 z# f; `) X; m! ?/ s
2 齿轮减速箱的型式
+ J3 K& o2 E' E9 h2 H齿轮减速箱的型式有多种,从传动比要求、制造和运行经验等各方面分析比较后,本泵站采用二级传动的平行轴HG1210型圆柱齿轮减速箱。传动比i=13.7,电机转速1000r/min,其输入和输出轴线与水平面成15°倾斜布置,齿轮箱的输入轴通过高速齿式联轴器与电机相连,输出轴通过低速齿式联轴器与水泵相连。经过国际投标,该齿轮减速箱由杭州重型齿轮箱工业有限公司生产。) k0 M$ z. Y; j( D# C3 ~
3 润滑油系统选择# ] f( q6 l% `! x! K3 J2 p9 s
3.1润滑方式的确定
: y' j2 v& H! @, q, ^: w3.1.1 润滑方式
: D$ S% s E" s5 B. U6 E齿轮箱的润滑方式主要有油浴润滑、循环润滑以及离心润滑、油雾润滑等。
% m0 v/ V6 \' c+ i2 i: u d1)油浴润滑也称为油盆(池)润滑,以齿轮箱作为油槽,齿轮浸在油中一定的深度,利用齿轮转动带动下部油盆的油进行接触点的润滑,润滑油靠上下流动自然冷却。这种方式简单可靠,适用于速度不高的中小型齿轮箱。要使油从油盆带到齿轮的啮合点,须有一定的速度,所以齿轮的圆周速度要大于3m/s;但是齿轮的速度又不能太高,速度太高会使油甩离齿面而润滑不良,同时也会增加搅拌的功率损失。一般,对圆柱齿轮传动,圆周速度不超过12~15m/s。采用油浴润滑的齿轮箱,要经常检查油位高度,油面过低不能带动足够的油上下流动,油面过高增加搅动阻力,会使整个齿轮箱的运行温度升高。油温升高,将加速润滑油的氧化变质。对于倾斜150布置的齿轮箱,油盆的油位高度难以控制,不适宜采用此种方式。5 W9 r( R% c9 b' Q# W N5 l
2)循环润滑又称强迫油外循环,油通过油泵压送到齿轮箱,然后又流回油箱,如此不断地循环,适用于圆周速度大于12~15m/s、功率较大的圆柱齿轮传动。循环润滑主要有两种型式,一种是齿轮箱外带油泵、管路、冷却盘管或风扇等设备,进行润滑油的外循环和冷却;第二种是利用外部稀油站进行强迫外循环,并通过稀油站上的冷却器等附件进行冷却和过滤。
' k( i+ s: L3 p# j- ~# T3)离心润滑方式是在齿轮轮齿底钻若干个小孔,利用齿轮旋转时离心力作用,把油从小孔甩出,供给接触的齿面,油在离心力作用下有连续冲洗冷却的效果。离心润滑的功率损失和对振动的缓冲效果,都比其它润滑方式好,但是在齿轮底钻小孔加工制造上很麻烦,同时齿轮结构也复杂,另外还需要一套供油设施,所以除转速较高,又要确保安全运行的重要大型齿轮外,一般不采用这种方法。
: y0 j( H+ K5 E6 o4)油雾润滑方式是最近发展的一种新型高效润滑方式。油雾润滑装置以压缩空气作为动力,使油液雾化,产生一种像烟雾状的、粒径在2微米以下的干燥烟雾,然后经管道、“凝缩嘴”,使油雾变成大的、湿润的油粒子,再输送到润滑部位。其优点是油雾随压缩空气弥散,可以供油量少而获得良好而均匀的润滑效果,并能通过高速、均匀的压缩空气带走大量的热量,降低工作温度;缺点是在排出的压缩空气中,含有少量的悬浮油粒,对操作人员不利,污染环境,同时必须设一套压缩空气系统,系统很复杂。因此,本泵站不考虑采用该润滑方式。3 \# ^7 m, [9 C- U5 m
3.1.2 润滑方法选择
/ {* ]" P3 A5 d1 F根据齿轮箱设计要求,热功率低于许用热功率的一般采用油浴润滑、自然冷却;当热功率较大时,须采用循环润滑、强制冷却的方式。1 m$ q" P% Q# n+ ^- j5 N* K7 I
要确定润滑方法,首先计算齿轮箱的热功率。齿轮箱的许用热功率是指在环境温度20℃、每小时100%连续运行和功率利用率100%的条件下的热功率。7 t! x) s. h3 ^- s
齿轮箱许用热功率PG=PS/(1-η)=K*S*Δt/(1-η),式中K为传热系数,10.4W/(m2*℃);S为齿轮箱散热面积,太浦河泵站的齿轮减速箱为~12m2;Δt为齿轮箱与环境温度差,取25℃;η为齿轮箱效率,二级齿轮箱传动≥96%;故计算的许用热功率PG=78kW。
. n& `! p8 `/ M5 W齿轮箱计算热功率PCt=P2KTKWKP,式中,P2为传递功率,太浦河泵站为1600kW;KT为环境温度系数,约1.1;KW为运转周期系数,约1.0;KP为功率利用率系数,约1.0,故计算热功率PCt=1760kW,远大于许用热功率,所以油浴润滑、自然冷却不能满足散热要求,必须采用循环润滑方式。
5 W6 w8 r' q D2 G9 s第一种循环润滑方式,齿轮箱外的循环装置所需的尺寸较大,并且如此布置泵房内显得不美观。如增加油的过滤,增加设备后所需的外形将更大,因此,不宜采用此种布置方式。
9 O! |1 ? U: F* [. g" S8 t第二种循环润滑方式,利用低位油箱接受回油、返回到稀油站后进行冷却、过滤,通过油泵加压后到齿轮箱内的喷油口,对所需的润滑冷却点进行喷油。
1 b* P0 T1 [: _5 ^+ `- b* R; N' Y3.2 润滑油要求
3 y* ~- s, ^. \$ N# q齿轮箱采用N220型中负荷极压工业齿轮油润滑,供油压力0.15~0.25Mpa、油量125L/min、温度25~43℃。根据设备运行要求,当供油压力下降到0.15Mpa时,发出报警信号;下降到0.10Mpa时,发出停机信号。供油温度低于25℃时,对润滑油加热;供油温度高于45℃时,对润滑油进行冷却;供油温度高于65℃时,发出停机信号。
- l; [& C8 ]: c" d, F3.3 稀油站设备选择: w$ f' o& w/ j& r
由于太浦河泵站的齿轮减速箱传递功率较大,需利用稀油站进行强迫外循环,采用一台泵组配一个稀油站和回油箱的单元润滑冷却方式,整个泵站共设6台稀油站、6台回油箱。除齿轮减速箱外,单元润滑冷却系统还供水泵的轴承用油(油量18 l/min)。2 a- Z, k" v6 c
采用XHZ—150P型极压油稀油站,设计供油压力0.4MPa,设计供油量≥150L/min,油箱有效容积4.0m3;回油箱为RHZ-160型,有效容积0.68m3,配有两台齿轮油泵,油压0.4MPa,油量160L/min。) d. p o- E& Z1 j
稀油站设有加压、过滤、冷却、加热等所需的设备。) |* D& R9 Q. o2 _6 i
1) 油泵:二台互为备用的供油泵选用三螺杆油泵,该种油泵噪音低、运行效率高,流量扬程曲线平坦,适应流量变化大、扬程变幅小的场合。& z: F f) _8 q$ x, d* s" g7 S
2) 过滤:稀油站有多道过滤装置,过滤精度可达80μm,在稀油站的进油口设有磁性过滤器,能吸附回油中的细小铁磁物质;油箱内用不锈钢金属滤网分成二个区域,保证油泵吸口处的油质;箱体上部的双筒网式压力油过滤器过滤精度高,并有二组互为备用的不锈钢滤芯,方便更换。
J; U; q6 |$ a5 T$ b3) 冷却:冷却器采用列管式油冷却器,换热管选用导热性能好的紫铜材料,管内壁是精加工的光滑面,外壁加工采用切削——挤压技术,是一种金属切削和塑性成形相结合的无切屑复合工艺新技术,形成的表面每个肋片从顶端到中心的部分构成V性粗锯齿形状,使之具有更高的凝液滴能力、热阻小,具有更高的换热系数。与光管相比,在相同的工作条件下,其表面积增加4倍以上,提高热效率30~40%。根据冷却要求,两组冷却器串联。0 ^1 I7 k3 B/ F! n+ X& r
4)其它:稀油站内还设有电加热器、油位显示计、安全阀、进人孔、空气滤清器以及排油口等。
U- _, T) J) g5 f0 @" y4 润滑系统的自动化控制* a( S/ i) y/ A+ o ^- a" s
太浦河泵站的自动化程度要求高,齿轮箱的润滑系统具有以下的自动控制要求。
$ [+ t+ x0 q# A8 X; Q1 ~0 K, H) k(1)泵组自动控制
# l- ]# o6 X' C5 r4 d$ A$ e主泵启动前润滑油系统先运行,达到正常压力时主泵才启动。停主泵后,齿轮减速箱的润滑油系统才停止运行。5 w! `! @6 s' Q* p: E1 |" v* g
(2)润滑油系统的自动控制
0 s- u# |8 ?7 F2 E1 M在润滑油系统中,如果系统油压下降到低于工作压力的一定值时,备用油泵启动,并同时发出信号。待系统油压正常后,备用泵停止工作。如备用泵启动后,系统油压仍继续下降至一定值时,发出低压事故报警信号。2 x) q! w* X. C2 O8 P ~
润滑油系统的油量小于正常设定值时,发出报警信号。
# o1 ]# C: j$ m% k. _: o稀油站油泵出口配有安全阀,当出口压力高于一定数值的正常压力时,安全阀开启;恢复正常压力后,安全阀关闭。 }1 C& {& t4 v* A
(3)油箱油位控制
) Q1 F# J$ C& i% }5 {稀油站油箱内的油位过高或过低时,液位信号器能发出报警信号。
) d R, h( b5 ~(4)油箱的加热控制
7 X' A. x! R3 [( C/ ]- _冬季运行时,油温低于允许温度,须加热油箱中的润滑油,以保持油的流动性和良好的润滑性能。当油温升到正常值时,方可启动油泵;高于正常值后,自动切断加热装置。
1 J% O1 X. ?" @0 T+ z5 a8 L$ s4 R(5)冷却水的自动启动
+ b6 B7 B" Z Y+ v% V油过滤器的冷却水进水口设置电磁阀,当油温高于设定的数值时,自动投入冷却水;温度继续上升至规定的上限值,发出事故报警并联动停主泵;当温度低于设定的数值时,则切断冷却水; / x; m' Y3 E9 c" x
(6)过滤器自动启动0 K6 }! j% S7 ]! h5 E4 Z, [
油过滤器设有两个工作网筒,并在进出口设有差压传感器,当油过滤器的压差大于一定值时,发出报警信号,可切换过滤器工作网筒,更换滤芯。
6 E7 Y% N# c" j+ U5 结束语
6 T/ T% |' [* B4 C( _太浦河泵站斜150轴伸泵,电机与流道顶板较近,必须采用电机与水泵减速传动方式。;两级传动的平行轴齿轮减速箱是具有丰富设计、制造和运行的产品,根据传递功率,选用强迫外循环的润滑油方式。由6台泵组与稀油站、回油箱组成单元循环系统是安全可靠的。稀油站具有冷却、过滤、加热、外循环的多种功能,保证了润滑油的循环和净化,整个系统的自动化程度高,管理方便,是强迫油循环系统的一个重要设备。5 ~4 n9 F% g0 _/ |5 n( a P6 E, D5 u
以往大型、低速的水泵采用与电机直接传动的方式,不仅电机的尺寸大,而且低速异步电机功率因素和效率都低,采用齿轮箱传动方式,可以提高异步电机的转速,减小其尺寸,提高其功率因素和效率,在技术经济方面都很有意义。 |
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