水利工程論文-太浦河泵站泵組齒輪箱潤(rùn)滑油系統(tǒng)選擇摘要：太浦河泵站為特低揚(yáng)程、大流量的泵站，電機(jī)和水泵采用齒輪減速箱傳動(dòng)方式。通過(guò)技術(shù)分析，確定了齒輪減速箱潤(rùn)滑油系統(tǒng)的方式，對(duì)系統(tǒng)最重要的稀油站設(shè)備提出明確的技術(shù)要求。關(guān)鍵詞：齒輪減速箱潤(rùn)滑油系統(tǒng)稀油站1泵組特點(diǎn)太浦河泵站的設(shè)計(jì)凈揚(yáng)程1.39m，單泵設(shè)計(jì)流量50m3/s，裝有6臺(tái)套斜15軸伸式水泵，葉輪直徑4.1m，轉(zhuǎn)速73r/min，異步電機(jī)功率1600kW。該水泵具有揚(yáng)程特低、單泵流量大、葉輪直徑大、轉(zhuǎn)速低的特點(diǎn)，水泵流道從進(jìn)口到出口有二個(gè)小轉(zhuǎn)彎，水泵軸線與水平面呈15夾角，出水流道的頂板距離較小。如水泵直接與電機(jī)連接，低速電機(jī)的直徑大，不僅價(jià)格貴，而且尺寸大不能直接布置在流道的頂板上，所以必須采用齒輪減速箱傳動(dòng)方式，以提高電機(jī)轉(zhuǎn)速、減小尺寸、方便布置。斜軸伸泵組總體布置見(jiàn)圖1。圖1斜軸伸泵組總體布置圖2齒輪減速箱的型式齒輪減速箱的型式有多種，從傳動(dòng)比要求、制造和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)等各方面分析比較后，本泵站采用二級(jí)傳動(dòng)的平行軸HG1210型圓柱齒輪減速箱。傳動(dòng)比i=13.7，電機(jī)轉(zhuǎn)速1000r/min，其輸入和輸出軸線與水平面成15傾斜布置，齒輪箱的輸入軸通過(guò)高速齒式聯(lián)軸器與電機(jī)相連，輸出軸通過(guò)低速齒式聯(lián)軸器與水泵相連。經(jīng)過(guò)國(guó)際投標(biāo)，該齒輪減速箱由杭州重型齒輪箱工業(yè)有限公司生產(chǎn)。3潤(rùn)滑油系統(tǒng)選擇3.1潤(rùn)滑方式的確定3.1.1潤(rùn)滑方式齒輪箱的潤(rùn)滑方式主要有油浴潤(rùn)滑、循環(huán)潤(rùn)滑以及離心潤(rùn)滑、油霧潤(rùn)滑等。1）油浴潤(rùn)滑也稱(chēng)為油盆（池）潤(rùn)滑，以齒輪箱作為油槽，齒輪浸在油中一定的深度，利用齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)下部油盆的油進(jìn)行接觸點(diǎn)的潤(rùn)滑，潤(rùn)滑油靠上下流動(dòng)自然冷卻。這種方式簡(jiǎn)單可靠，適用于速度不高的中小型齒輪箱。要使油從油盆帶到齒輪的嚙合點(diǎn)，須有一定的速度，所以齒輪的圓周速度要大于3m/s；但是齒輪的速度又不能太高，速度太高會(huì)使油甩離齒面而潤(rùn)滑不良，同時(shí)也會(huì)增加攪拌的功率損失。一般，對(duì)圓柱齒輪傳動(dòng)，圓周速度不超過(guò)1215m/s。采用油浴潤(rùn)滑的齒輪箱，要經(jīng)常檢查油位高度，油面過(guò)低不能帶動(dòng)足夠的油上下流動(dòng)，油面過(guò)高增加攪動(dòng)阻力，會(huì)使整個(gè)齒輪箱的運(yùn)行溫度升高。油溫升高，將加速潤(rùn)滑油的氧化變質(zhì)。對(duì)于傾斜150布置的齒輪箱，油盆的油位高度難以控制，不適宜采用此種方式。2）循環(huán)潤(rùn)滑又稱(chēng)強(qiáng)迫油外循環(huán)，油通過(guò)油泵壓送到齒輪箱，然后又流回油箱，如此不斷地循環(huán)，適用于圓周速度大于1215m/s、功率較大的圓柱齒輪傳動(dòng)。循環(huán)潤(rùn)滑主要有兩種型式，一種是齒輪箱外帶油泵、管路、冷卻盤(pán)管或風(fēng)扇等設(shè)備，進(jìn)行潤(rùn)滑油的外循環(huán)和冷卻；第二種是利用外部稀油站進(jìn)行強(qiáng)迫外循環(huán)，并通過(guò)稀油站上的冷卻器等附件進(jìn)行冷卻和過(guò)濾。3）離心潤(rùn)滑方式是在齒輪輪齒底鉆若干個(gè)小孔，利用齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)離心力作用，把油從小孔甩出，供給接觸的齒面，油在離心力作用下有連續(xù)沖洗冷卻的效果。離心潤(rùn)滑的功率損失和對(duì)振動(dòng)的緩沖效果，都比其它潤(rùn)滑方式好，但是在齒輪底鉆小孔加工制造上很麻煩，同時(shí)齒輪結(jié)構(gòu)也復(fù)雜，另外還需要一套供油設(shè)施，所以除轉(zhuǎn)速較高，又要確保安全運(yùn)行的重要大型齒輪外，一般不采用這種方法。4）油霧潤(rùn)滑方式是最近發(fā)展的一種新型高效潤(rùn)滑方式。油霧潤(rùn)滑裝置以壓縮空氣作為動(dòng)力，使油液霧化，產(chǎn)生一種像煙霧狀的、粒徑在2微米以下的干燥煙霧，然后經(jīng)管道、“凝縮嘴”，使油霧變成大的、濕潤(rùn)的油粒子，再輸送到潤(rùn)滑部位。其優(yōu)點(diǎn)是油霧隨壓縮空氣彌散，可以供油量少而獲得良好而均勻的潤(rùn)滑效果，并能通過(guò)高速、均勻的壓縮空氣帶走大量的熱量，降低工作溫度；缺點(diǎn)是在排出的壓縮空氣中，含有少量的懸浮油粒，對(duì)操作人員不利，污染環(huán)境，同時(shí)必須設(shè)一套壓縮空氣系統(tǒng)，系統(tǒng)很復(fù)雜。因此，本泵站不考慮采用該潤(rùn)滑方式。3.1.2潤(rùn)滑方法選擇根據(jù)齒輪箱設(shè)計(jì)要求，熱功率低于許用熱功率的一般采用油浴潤(rùn)滑、自然冷卻；當(dāng)熱功率較大時(shí)，須采用循環(huán)潤(rùn)滑、強(qiáng)制冷卻的方式。要確定潤(rùn)滑方法，首先計(jì)算齒輪箱的熱功率。齒輪箱的許用熱功率是指在環(huán)境溫度20、每小時(shí)100%連續(xù)運(yùn)行和功率利用率100%的條件下的熱功率。齒輪箱許用熱功率PG=PS/（1-）=K*S*t/（1-），式中K為傳熱系數(shù)，10.4W/（m2*）；S為齒輪箱散熱面積，太浦河泵站的齒輪減速箱為12m2；t為齒輪箱與環(huán)境溫度差，取25；為齒輪箱效率，二級(jí)齒輪箱傳動(dòng)96%；故計(jì)算的許用熱功率PG=78kW。齒輪箱計(jì)算熱功率PCt=P2KTKWKP，式中，P2為傳遞功率，太浦河泵站為1600kW；KT為環(huán)境溫度系數(shù)，約1.1；KW為運(yùn)轉(zhuǎn)周期系數(shù)，約1.0；KP為功率利用率系數(shù)，約1.0，故計(jì)算熱功率PCt=1760kW，遠(yuǎn)大于許用熱功率，所以油浴潤(rùn)滑、自然冷卻不能滿足散熱要求，必須采用循環(huán)潤(rùn)滑方式。第一種循環(huán)潤(rùn)滑方式，齒輪箱外的循環(huán)裝置所需的尺寸較大，并且如此布置泵房?jī)?nèi)顯得不美觀。如增加油的過(guò)濾，增加設(shè)備后所需的外形將更大，因此，不宜采用此種布置方式。第二種循環(huán)潤(rùn)滑方式，利用低位油箱接受回油、返回到稀油站后進(jìn)行冷卻、過(guò)濾，通過(guò)油泵加壓后到齒輪箱內(nèi)的噴油口，對(duì)所需的潤(rùn)滑冷卻點(diǎn)進(jìn)行噴油。3.2潤(rùn)滑油要求齒輪箱采用N220型中負(fù)荷極壓工業(yè)齒輪油潤(rùn)滑，供油壓力0.150.25Mpa、油量125L/min、溫度2543。根據(jù)設(shè)備運(yùn)行要求，當(dāng)供油壓力下降到0.15Mpa時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)；下降到0.10Mpa時(shí)，發(fā)出停機(jī)信號(hào)。供油溫度低于25時(shí)，對(duì)潤(rùn)滑油加熱；供油溫度高于45時(shí)，對(duì)潤(rùn)滑油進(jìn)行冷卻；供油溫度高于65時(shí)，發(fā)出停機(jī)信號(hào)。3.3稀油站設(shè)備選擇由于太浦河泵站的齒輪減速箱傳遞功率較大，需利用稀油站進(jìn)行強(qiáng)迫外循環(huán)，采用一臺(tái)泵組配一個(gè)稀油站和回油箱的單元潤(rùn)滑冷卻方式，整個(gè)泵站共設(shè)6臺(tái)稀油站、6臺(tái)回油箱。除齒輪減速箱外，單元潤(rùn)滑冷卻系統(tǒng)還供水泵的軸承用油（油量18l/min）。采用XHZ150P型極壓油稀油站，設(shè)計(jì)供油壓力0.4MPa，設(shè)計(jì)供油量150L/min，油箱有效容積4.0m3；回油箱為RHZ-160型，有效容積0.68m3，配有兩臺(tái)齒輪油泵，油壓0.4MPa，油量160L/min。稀油站設(shè)有加壓、過(guò)濾、冷卻、加熱等所需的設(shè)備。1）油泵：二臺(tái)互為備用的供油泵選用三螺桿油泵，該種油泵噪音低、運(yùn)行效率高，流量揚(yáng)程曲線平坦，適應(yīng)流量變化大、揚(yáng)程變幅小的場(chǎng)合。2）過(guò)濾：稀油站有多道過(guò)濾裝置，過(guò)濾精度可達(dá)80m，在稀油站的進(jìn)油口設(shè)有磁性過(guò)濾器，能吸附回油中的細(xì)小鐵磁物質(zhì)；油箱內(nèi)用不銹鋼金屬濾網(wǎng)分成二個(gè)區(qū)域，保證油泵吸口處的油質(zhì)；箱體上部的雙筒網(wǎng)式壓力油過(guò)濾器過(guò)濾精度高，并有二組互為備用的不銹鋼濾芯，方便更換。3）冷卻：冷卻器采用列管式油冷卻器，換熱管選用導(dǎo)熱性能好的紫銅材料，管內(nèi)壁是精加工的光滑面，外壁加工采用切削擠壓技術(shù)，是一種金屬切削和塑性成形相結(jié)合的無(wú)切屑復(fù)合工藝新技術(shù)，形成的表面每個(gè)肋片從頂端到中心的部分構(gòu)成V性粗鋸齒形狀，使之具有更高的凝液滴能力、熱阻小，具有更高的換熱系數(shù)。與光管相比，在相同的工作條件下，其表面積增加4倍以上，提高熱效率3040%。根據(jù)冷卻要求，兩組冷卻器串聯(lián)。4）其它：稀油站內(nèi)還設(shè)有電加熱器、油位顯示計(jì)、安全閥、進(jìn)人孔、空氣濾清器以及排油口等。4潤(rùn)滑系統(tǒng)的自動(dòng)化控制太浦河泵站的自動(dòng)化程度要求高，齒輪箱的潤(rùn)滑系統(tǒng)具有以下的自動(dòng)控制要求。（1）泵組自動(dòng)控制主泵啟動(dòng)前潤(rùn)滑油系統(tǒng)先運(yùn)行，達(dá)到正常壓力時(shí)主泵才啟動(dòng)。停主泵后，齒輪減速箱的潤(rùn)滑油系統(tǒng)才停止運(yùn)行。（2）潤(rùn)滑油系統(tǒng)的自動(dòng)控制在潤(rùn)滑油系統(tǒng)中，如果系統(tǒng)油壓下降到低于工作壓力的一定值時(shí)，備用油泵啟動(dòng)，并同時(shí)發(fā)出信號(hào)。待系統(tǒng)油壓正常后，備用泵停止工作。如備用泵啟動(dòng)后，系統(tǒng)油壓仍繼續(xù)下降至一定值時(shí)，發(fā)出低壓事故報(bào)警信號(hào)。潤(rùn)滑油系統(tǒng)的油量小于正常設(shè)定值時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。稀油站油泵出口配有安全閥，當(dāng)出口壓力高于一定數(shù)值的正常壓力時(shí)，安全閥開(kāi)啟；恢復(fù)正常壓力后，安全閥關(guān)閉。（3）油箱油位控制稀油站油箱內(nèi)的油位過(guò)高或過(guò)低時(shí)，液位信號(hào)器能發(fā)出報(bào)警信號(hào)。（4）油箱的加熱控制冬季運(yùn)行時(shí)，油溫低于允許溫度，須加熱油箱中的潤(rùn)滑油，以保持油的流動(dòng)性和良好的潤(rùn)滑性能。當(dāng)油溫升到正常值時(shí)，方可啟動(dòng)油泵；高于正常值后，自動(dòng)切斷加熱裝置。（5）冷卻水的自動(dòng)啟動(dòng)油過(guò)濾器的冷卻水進(jìn)水口設(shè)置電磁閥，當(dāng)油溫高于設(shè)定的數(shù)值時(shí)，自動(dòng)投入冷卻水；溫度繼續(xù)上升至規(guī)定的上限值，發(fā)出事故報(bào)警并聯(lián)動(dòng)停主泵；當(dāng)溫度低于設(shè)定的數(shù)值時(shí)，則切斷冷卻水；（6）過(guò)濾器自動(dòng)啟動(dòng)油過(guò)濾器設(shè)有兩個(gè)工作網(wǎng)筒，并在進(jìn)出口設(shè)有差壓傳感器，當(dāng)油過(guò)濾器的壓差大于一定值時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，可切換過(guò)濾器工作網(wǎng)筒，更換濾芯。5結(jié)束語(yǔ)太浦河泵站斜150軸伸泵，電機(jī)與流道頂板較近，必須采用電機(jī)與水泵減速傳動(dòng)方式。；兩級(jí)傳動(dòng)的平行軸齒輪減速箱是具有豐富設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行的產(chǎn)品，根據(jù)傳遞功率，選用強(qiáng)迫外循環(huán)的潤(rùn)滑油方式。由6臺(tái)泵組與稀油