GCH型液力耦合器备件国产化的绿改方案

苑志军++焦小义++周永强++王鲁荣

摘 要：GCH型液力耦合器为日本任塬株式会社生产，由于早期其性能和价格的优势，在我国火力发电机组电动给水泵中被普遍采用。但是其备件价格昂贵且供货周期长，又给发电厂设备安全、经济运行带来了很大的隐患。府谷电厂结合集团公司绿改政策，攻坚克难，大胆探索，成功将耦合器辅助油泵底阀进行了技术改造，国产化备件，优化了性能，延长设备的使用寿命，降低了生产成本，达到绿改标准。

关键词：液力耦合器；辅助油泵底阀；绿改

中图分类号：TH341 文献标识码：A

0.引言

某火力发电厂为600MW亚临界直接空冷机组，每台机组配备3台50%容量的电动给水泵，并使用日本任塬株式会社的GCH105A-55D型液力耦合器传动，至2008年两台机组相继投产以来，给水泵液力耦合器运行基本稳定，但是随着设备运行时间的增加，液力耦合器内部零部件的磨损老化程度也在日益加大，给机组安全、经济运行带来了很大的隐患。2016年3月25日，检修人员巡检发现，#1机组C电动给水泵在热备用状态时，液力耦合器辅助油泵有轻微倒转现象。随即在4月1日机组调峰检修中对液力耦合器进行了揭盖检查，发现液力耦合器辅助油泵底阀损坏，底阀为日本进口产品，供货周期为6个月。电厂立即组织技术力量进行现场测绘、计算，最终将底阀进行国产化改造，优化备件性能，延长设备的使用寿命，降低了生产成本，达到绿改目的。

1.设备简介

1.1 液力偶合器的工作原理

液力偶合器（增速齿轮可变速液力联轴节）的驱动轴上装有驱动叶轮，被驱动轴上装有被驱动叶轮，相互有同等数量的直线叶轮相对，通过流体从驱动轴向被驱动轴传送动力，是一种流体式传导装置。

转动原理是当转动驱动轴时，叶轮内的流体受到离心力被压向外侧流入叶轮内，这种运动能量使叶轮运动，叶轮的转动、叶轮内流体又受到离心力，同从叶轮内流入的流体形成对抗。当两叶轮间出现旋转差，由于双方的离心力的差的作用，叶轮线路内的流体回流，动力传送出来，一旦叶轮停止运动，线路内流速最强、传动转距也最大。另外如以同样旋转速度转动，没有回流，旋转力传动不出来，这样为了传送动力，需要出现后叶轮之间旋转差，也就是滑动，这个滑动在使用点（可变速型的输出轴最高转动速度百分之负荷）达到3%前后。当改变偶合器叶轮内油量时，传动特性发生变化。

用这种原理在一定速度型（一定油量型）上分阶段制造偶合器的叶轮，通过调整内部油量使其性能达到规格要求，可变速型（可变油量型）是通过在转动时从外面操作改变油量来改变特性，在很大范围内调整被动一侧的转动。

1.2 液力偶合器的构造

1.2.1 增速齿轮

增速齿轮是螺旋形，用镍铬铜制成，齿面渗碳淬火后用JISO及以上的高精度磨削加工而成，负荷大、耐磨性好。在高速一侧的小齿轮同轴连为一体，大齿轮热压在合金钢轴上。叶轮在增速齿轮一侧，倾斜垫片型推力轴承在其相反面，驱动叶轮和被驱动叶轮分别被套筒形轴支撑着，可经受高压负荷压力。

1.2.2 回转体

叶轮、叶轮壳体凸缘连接在小齿轮输出一侧，叶轮同叶轮轴凸缘结合，都是以套筒形轴支撑着。为支持偶合器产生的推力，把倾斜垫片型推力轴承放在偶合器的输入、输出一侧。驱动叶轮、被驱动叶轮、壳体都是用超声波检查过的高拉力合金钢锻造品制造，然后用NC机械进行加工，同轴一起又进行动平衡实验检查，并加了定位销，可进行准确传动。

1.2.3 戽斗式管

为把叶轮室内的油带出去，设计了戽斗式管。戽斗式管在外面用拉杆直连操作机，在叶轮箱内向半径方向移动，这样可任意改变叶轮室内的油层厚度，使输出一侧的转动速度连续发生变化，戽斗式管在叶轮中心最近位置时，油量最大，输出一侧的转动速度最大，随着戽斗式管向外周方向移动，盒里的油量逐渐减少，输出轴转动速度减慢。

1.2.4 壳体

壳体是用很坚硬的高级铸铁制成，在含轴心的水平面上形成上、下两个分块形，内装液力联轴节、齿轮旋转体、轴承及润滑主油泵，构造简单，便于拆卸和检查。轴穿过壳体的密封却是迷宫式密封，所以，空气防止油从壳体内流出来，同时也防止外面的脏东西进入，密封垫是铝制品，即使碰到轴上也不会损伤轴，下部壳体装有油箱。

1.2.5 润滑油泵及运转用油泵

大齿轮轴自由一端有锥齿轮和平行齒轮，润滑油泵及工作用泵，油量充足，不仅对机器各轴承及齿轮进行润滑，而且对电动机及给水泵的轴承均能完全润滑。另外，还装有单独的电动辅助油泵，以便保证初期润滑用油和特殊情况下供油。工作用油总使用装在同润滑用齿轮泵同一个轴上的离心泵。

1.2.6 油循环系统

（1）工作油系统

工作油泵从油槽内把油吸出，经过油管调节阀向叶轮室内供给开始工作时的润滑用油，然后利用戽斗式管前部产生的油流动压，经过冷油器再流入叶轮室内，形成循环闭路。

（2）润滑油系统

同输入一侧的大齿轮轴运动的主齿轮泵供给的润滑油，在冷油器中冷却后经双联转换式过滤器过滤，再向所有需要润滑的部位供润滑油。泵的出口装有溢流阀，经常保持供油压力，刚开始启动或主齿轮泵发生故障等造成油压下降时，可用另外的电动机驱动的辅助齿轮泵供给润滑油。

（3）底阀

工作油泵、润滑油泵、电动辅助油泵入口均设计安装有能保证其吸入口液面高度的底阀。底阀材质为铸铁，并装有吸入滤网。

2.原因分析

在对#1机组C电动给水泵液力耦合器进行解体检查中发现，辅助油泵底阀托盘断裂（图1）。

松开法兰螺栓，发现托盘及阀座密封面彻底断开（图2）。

原因分析：

直接原因：厂家设计材质不良，底阀阀体、阀座材质为铸铁，且厚度和强度较差；橡胶密封面为普通橡胶制成，长期在润滑油中运行，老化、龟裂、变形，导致密封面密封不严。

间接原因：耦合器辅助油泵长期运行，振动、冲刷及阀门在开关过程中阀芯对阀座的撞击，导致底阀托盘损坏。

3.解决方案

方案一：对耦合器辅助油泵底阀进行临时处理，补焊、用胶粘合将该台耦合器作为紧急备用，然后提报物资采购计划购买进口底阀备件，供货周期6～8个月，待备件到货后重新解体耦合器，更换底阀后试用。用原厂备件阀体材质不变，使用寿命3～5年，材料成本3万元，人工成本两万元，一个大修周期更换一次。

方案二：直接进行现场测绘，对底阀进行技术改造，要求使用#20钢锻作为原材料，加工（详见图纸尺寸）。底阀通径DN100压力PN1.0阀座密封面在托盘上直接加工，要求平面度0.02mm，阀芯密封面采用耐油橡胶板，阀柄销钉采用不锈钢制作，既保证其有足够的刚度，又保证其耐磨性能；底阀制作成后必须保证开关灵活，通流量足够。使用寿命20年，设计和制造工期共计7天，材料成本2.5万元，人工成本2万元，每两个大修周期更换一次密封件，成本50元，每4个大修周期建议更换，也可以根据底阀本身情况进行密封面的研磨，如图3所示。

通过对两套方案的材料、人工、使用寿命的对比，决定采用第二套方案较为合理。既达到了预期的强度和使用寿命的要求，又进行了重要备件国产化的改造。

结论

通过对液力耦合器辅助油泵底阀的技术改造，解决了辅助油泵倒转的问题，彻底消除了由于辅助油泵底阀损坏而造成油泵损坏的事故隐患。结合机组检修对#2机组3台电动给水泵液力耦合器辅助油泵底阀均进行了解体检查，发现底阀托盘不同程度地存在裂纹，进一步证明了厂家在设计、制造中存在的问题。

本次电动给水泵液力耦合器备件国产化改造项目，节约了生产成本，消除了设备隐患，达到了节能、降耗的绿改目标。

参考文献

[1]刘俊普，张信军，宋进军.精锻机备件国产化改造[J].河北冶金，2002（3）：49-51.