太浦河泵站泵组齿轮箱润滑油系统选择

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太浦河泵站泵组齿轮箱润滑油系统选择      
, S% {0 v) U' ?. q& n                      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
         1        泵组特点
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。

http://www.shuigong.com/d/file/papers/exp/2005-11-10/404dd5a1083af0c708d3e8d8d08efdf6.gif

图1   斜轴伸泵组总体布置图

2        齿轮减速箱的型式
" h4 Y% ^* q, y) c; H1 t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。
3        润滑油系统选择
3.1润滑方式的确定
3.1.1 润滑方式
4 q# z$ e( _# e* r  j/ t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。
/ m7 \: ^1 m* K; ?0 P' N8 O% a1）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。
: U( z* U+ S" L/ b2）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。
+ _: i2 l# B) Z& \" s* S' v% u. o3 U3）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。
4）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。
3.1.2 润滑方法选择
8 j& Q" L; s( t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。
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。
/ Z' j1 s* x( e- @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。
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。
* b+ b: l7 ~/ A, H$ Y+ K$ n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。
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。
3.2   润滑油要求
; ~- q- w% ^( q: D8 H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。
3.3   稀油站设备选择
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）。
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。
9 O/ k# R5 `2 v' c2 Q, j稀油站设有加压、过滤、冷却、加热等所需的设备。
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。
0 M; k. H6 d; Z3 a3 H2）  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。
3）  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。
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。
  ?- W9 U6 a, Z2 w* S4        润滑系统的自动化控制
. H; B4 v: ?& |7 q8 u2 |) `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。
（1）泵组自动控制
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。
2 ]( o* `, F. G" [, I+ |（2）润滑油系统的自动控制
' T( m# z; n( N, ?, ]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。
5 m# \- E% c3 }/ t0 F- N9 p润滑油系统的油量小于正常设定值时，发出报警信号。
2 f+ O/ H- r3 a8 e% L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。
2 x0 t5 s; e2 M% z4 K" A5 k. j（3）油箱油位控制
, k8 L& ]& X# d& V8 p2 U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。
  ^; t4 n4 m+ G; J( E（4）油箱的加热控制
. `+ F/ e9 O: L9 d* q  d6 G8 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。
8 O! d+ S( W0 s. J8 ^# q（5）冷却水的自动启动
1 Y. d$ G5 R  Q1 j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；
（6）过滤器自动启动
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。
7 X, d9 c" ]2 Z+ \% S5 c) ^) v5        结束语
' v- x9 M. m* u9 K# Z, A! y1 R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。
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。