龙滩水电站2×6m3拌和楼IHI搅拌机液压站改造

1、龙滩水电站26m3拌和楼IHI搅拌机液压站改造葛 军（中国水利水电第七工程局六分局龙滩项目部)摘要：本文重点介绍了龙滩水电站右岸308混凝土生产系统26m3拌和楼IHI搅拌机液压站改造情况，改造原因的分析、改造方案的实施以及改造后取得的效果方面进行了阐述。关键词： 26m3拌和楼 ； IHI搅拌机液压站； 震动和噪音改造1 搅拌机液压站存在的问题龙滩水电站右岸308.5系统两座拌和楼于2004年元月开始试生产，刚生产我们就发现该型号搅拌机液压站的噪音和振动都非常大。其噪音即使在楼外50米的地方都能听见，人如果在搅拌机跟前根本就听不清楚说话声，即使在上一层控制室内的操作人员都难以忍受。经过金城江

2、技术监督局测量，该搅拌机液压站的噪音高达105dB，远超过国家允许标准。与噪音相伴的振动更是剧烈，人站在跟前会感到脚振得发麻。操作人员在这样的环境下工作一段时间后先后出现了烦躁、失眠、头晕等症状。运行一段时间后，4台搅拌机的高压液压硬管焊缝先后出现裂纹漏油故障，仅仅3个月时间就达26次之多（1号楼17次、2号楼9次）。为此，IHI公司专门做了如下改进：（1）改部分高压钢管为高压软管，改变原主要管路硬连接的状态；（2）改原来焊接的三通改为阀块，增加多管相交连接的强度；（3）为液压站增加橡胶垫，给管道增加固定卡箍，以降低振动。从IHI公司提出该改进方法时我们就表示反对，认为这只是一种治标不治本的方

3、法，事实证明确实如此。改进后，只是液压硬管焊缝出现裂纹漏油的现象少了，但液压站的噪音和振动仍然未变，因此我们决定从根本上解决问题。2 原因分析由图1可知IHI公司HyDAM6000D型6m3液压强制式搅拌机的液压站由2台132kW电机分别带动2台K5V200DT型液压油泵组成，总功率为264kW，而3#拌和楼使用的同为6m3的德国BHS机械强制式搅拌机的总功率为300kW。通过这一对比，再结合液压站高噪音、高振动的现象，我们怀疑IHI搅拌机的功率偏小，属小马拉大车的状况，因此进行了如下计算：由公式 N= PSQ/ 推出 PSN/ Q式中 N：电机输出功率PS：液压泵的输出压力Q：液压泵的输出流

4、量：液压泵的总效率（最高为0.87）而 Q= rq式中： r：液压泵转速（即电机转速） q：液压泵每转的流量由铭牌可知：电机额定转速 r1450r/min；液压泵每转额定流量 q200ml/r20010-6m3/r当2台K5V200DT型液压泵全流量工作时电机功率为132kW，取液压泵的总效率最高值0.87，根据公式可得液压泵在全流量下能达到的最高压力为：PSN/ Q1321030.87/（2145020010-6/60） 11.88MPa但是，实际使用过程中液压站系统的峰值压力可达21MPa，远超过液压泵的全流量最高压力，很容易就可以判断电机及液压泵的输出功率偏小，这是因为K5V200DT型

5、液压油泵为控制式变量泵，并附加最高压力限制和恒功率限制，以保护电机不过载。这种液压泵的具体工作过程是：当液压泵在全流量下液压系统压力达到11.88MPa时，液压泵就开始按恒功率曲线工作，即输出流量随压力的增高成反比减小，而当液压系统压力从峰值下降，液压泵的流量就会随压力的降低而增大。这样，进液压马达的液压油流量随之变化，搅拌轴的转速也就跟着改变。由于搅拌机在生产时搅拌臂在搅拌机中的位置不同，同时因其搅拌的混凝土转动惯量较大，搅拌轴的负荷会发生起伏变化，反映到液压马达组件的负荷发生变化，再导致液压泵的负荷发生变化，虽然液压马达组件和液压泵对负荷变化的响应很快，但仍需要一定时间，且它们的响应速度不

6、匹配，很可能液压泵刚对负荷的增大而响应，搅拌轴的负荷却已减小，这样，一旦液压泵的功率达到了预设的恒功率曲线，液压泵的先导机构就达不到一个确定的平衡点，而处于不定的调节状态，以满足搅拌轴负荷的不断变化，这一点从液压站的先导油压表的指针在搅拌机生产时一直处于高频波动状态就能证明。由此证明，液压泵的变量系统的这种高频压力变化产生的振荡对液压管路产生了疲劳破坏，同时也将大大降低液压泵、液压马达的寿命。可以断定，强烈的噪音和振动的根源来自液压泵超负荷的工作。IHI公司在作液压管路改进的同时也对液压系统进行了第二次调整，将搅拌机中速输出转速从原设计的22r/min下调到了17r/min，高速的输出转速调到

7、和原中速的一样，我们在打开比例压力控制阀的电气控制箱后就发现，设定器上的高速和中速的调节旋钮指向基本一样。这说明IHI公司已经意识到电机液压泵组的功率偏小的问题，因此采用了降低原设备的工艺参数的办法来减小高频压力振荡和噪声的问题，但这样却付出了降低生产效率或降低混凝土的搅拌质量的代价，而且液压站的噪音和振荡并没有明显的减轻。3 改造方案的确定由于K5V200DT液压泵本身在额定工况下的使用寿命仅为7000小时，以每天生产15h计算仅可使用500天，而在这种恶劣工况下运行了半年后，这种泵的使用寿命还有多少很难断定。因此，要降低液压站的噪音和振动，延长液压泵和电机的使用寿命就必须降低它们的负荷，所

8、以我们决定采取在原液压站旁新增2台电机液压泵组以分担原液压站电机液压泵组负荷的改造方案。31 搅拌机实际所需最大功率计算根据实际使用工况，搅拌机在高速和低速下因属进料和出料工况其负载相对较小，而在中速（设计为22r/min）正常搅拌时负载最大，其峰值压力可达21MPa，那么由液压马达在搅拌机中速时所需的流量和压力即可推算出搅拌机所需最大功率。搅拌机由2台MX750液压马达驱动一个减速比为1：6的行星减速器，减速器再通过减速比为1：4.15（13/54）的链传动驱动搅拌轴。则通过总减速比和液压马达排量即可算出液压马达所需输入流量Q马达：Q马达= 2qn/v273724.922/0.92877.7

9、 l/min式中： q：MX750液压马达排量737ml/r ：总减速比64.1524.9 n：搅拌轴转速22r/minv：MX750液压容积效率0.92由于液压马达输入流量等于液压泵输出流量，则搅拌机所需最大功率N为：N需PQ泵/PQ马达/21106877.710-3/（0.8760） 353.1kW式中：液压泵的总效率（最高为0.87） 32 搅拌机实际所需最大功率及流量与原设计的差值计算原设计1台搅拌机电机功率为2132264kW，则N差为：N差N需N设353.126489.1 kW在运行最大压力下液压泵的实际输出流量Q实为： Q实N/ P21320.8710-3/2110.94 l/s

10、656.4 l/min与所需流量差Q差为： Q差Q需Q实877.7656.4221.3 l/min33 新增电机泵组的选定原搅拌机液压站由2台电机泵组组成，因此新增电机泵组也由2台组成与原泵组对应，考虑到负荷及流量需留一定余量以避免液压站满负荷运行而降低使用寿命，由N差89.1 kW确定新增单台电机功率为75kW，2台电机共150kW，选用三相异步电机，转速n1480r/min则新增油泵排量q至少为： qQ差/2n221.3/（21480）74.8 ml/r通过筛选，我们决定选择德国著名液压元器件供应商REXROTH（力乐士）生产的A11VO130型变量泵，该泵排量为130 ml/r，额定压力

11、35MPa，采用恒功率和压力复合控制方式。另在其中1台变量泵后面串联1台A10VO28DR小排量变量泵作为控制泵以提供启动油和为比例压力阀提供压力油源。34 确定控制流程为实现新增电机泵组与原电机泵组共同正常运行，我们确定控制流程如图1。图2 液压系统改造的流程图4 改造方案的实施41 元器件的选购主要液压元件如电液变量泵和比例压力阀如前所说采用世界著名的德国REXROTH（力乐士）产品，液压辅件放大器和蓄能器也采用REXROTH产品，其他液压辅件如高、低压过滤器、管夹采用黎明液压产品，合流阀块、电机底座及电气柜采取定制的方法。由于进口件采购周期长，所以从开始订货到货全部到齐共用了3个月时间。

12、42 改造施工改造施工分楼外和楼内两部分，其中楼外部分就是因容量增加新敷设新增容量动力电缆；楼内部分就是对新增电机泵组的布置，各种液压管路的走向和连接，与原液压站的连接，电气系统的安装等。准备工作就绪后1#拌和楼改造施工从2005年9月20日正式开始，至10月10日基本完毕。有了1#拌和楼的改造施工经验，2#拌和楼从10月20日开始仅用10天基本施工完毕。43 系统调试调试主要分三步进行，第一步调试新增电机泵组的单独运行，设定比例压力阀出口最大压力为4.5MPa，手调比例压力阀放大器的输入信号至最大以观测搅拌轴的转速是否在10r/min左右；第二步单独调试原液压站电机泵组，根据其电机功率占总功

13、率比例调低其输出流量；第三步将新增泵组和原泵组联动运行调试，将放大器输入信号切换到自动状态，空载运行搅拌机，不断切换高、中、低三种转速，同时微调设定器上三种运转速度的调节旋钮，将三种转速分别调到27.5r/min、22r/min、8r/min。这样通过调整参数使新增电机泵组最大输出功率到65kW，原电机泵组的最大输出功率至112kW，每台搅拌机的最大输出功率可达354kW。经计算，改造后的液压系统在中速下的相关数据见表1。表1 改造后的液压系统在中速下的相关数据 中速状态下搅拌轴输出转速（r/min）液压系统最大压力（MPa）液压泵输出流量（l/min）电机最大输出功率（kW）单独启动新增电机泵组821319.2128.4单独启动原电机泵7同时启动四台电机泵组2221877.7353.1 5 结论本次改造后，搅拌机液压站运行时的巨大振动下降明显，噪音有所降低，由于中速转速由原日本人设定的17r/min调高到了22r/min，搅拌出的混凝土外观质量明显好于以前，因此可适当缩短搅拌时间，加上预留的电机功率和液压泵流量储备，还可以进一步提高中速转速，从而提高搅拌机的生产强度，满足大坝砼浇筑高强度的需要