筒閥同步裝置在漫灣水電站中的應(yīng)用

奚云江

摘 要 漫灣水電站是國內(nèi)首家安裝筒閥的電站，文章主要闡述了漫灣水電站一期、二期機(jī)組筒閥同步裝置的工作原理，以及兩種筒形閥同步裝置的應(yīng)用情況和優(yōu)缺點(diǎn)對比，為采用同類筒形閥的水電站起到介紹和借鑒作用。

關(guān)鍵詞 漫灣水電站；筒閥；鏈條同步；電液同步；改造；對比

中圖分類號：TV732 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）16-0121-02

漫灣水電站位于云南省云縣與景東縣交界處的瀾滄江中游河段，其中一期有5臺機(jī)組，單機(jī)容量25萬千瓦。二期有1臺機(jī)組，單機(jī)容量30萬千瓦。#8機(jī)單機(jī)容量12萬千瓦?？傃b機(jī)容量為167萬千瓦。擔(dān)負(fù)著云南電網(wǎng)的調(diào)頻、調(diào)峰等任務(wù)。一期水輪發(fā)電機(jī)組由四川東方電機(jī)股份有限公司制造，為立軸金屬蝸殼混流式。漫灣水電站是我國最早安裝了筒閥的水力發(fā)電站（筒閥的全稱為筒型閥組）。筒閥是一種新型高效的水力關(guān)斷閥，它設(shè)置在頂蓋上，位置于固定導(dǎo)葉和活動導(dǎo)葉之間。筒閥的作用和其他水輪機(jī)的主閥是一樣的，就是在水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)生事故或故障時能夠迅速截?cái)鄩毫︿摴艿乃鲝亩鴾p少事故的擴(kuò)大和和發(fā)生，筒閥的另一個作用是在水輪發(fā)電機(jī)組正常停機(jī)時減少或完全切斷機(jī)組的漏水量。漫灣電站一期水輪機(jī)（2#、3#、4#、5#、6#機(jī)）筒閥采用的是鏈條同步裝置，漫灣電站二期水輪機(jī)（1#機(jī)）筒閥采用的是電液同步裝置。

1 筒閥介紹

筒閥是水電廠水輪機(jī)進(jìn)水閥的一種，最初由法國Neyrpic公司主要考慮減小壩內(nèi)廠房寬度為Monteynard水電站研制，并于1962年正式投產(chǎn)。隨后加拿大水電站La GrandeⅡ于1979年也成功地應(yīng)用了該項(xiàng)技術(shù)，使其步入了成熟期。此后，筒形閥技術(shù)不斷改進(jìn)完善，其優(yōu)越性的體現(xiàn)讓人們?nèi)找嬲J(rèn)識這一種新型的水輪機(jī)進(jìn)水閥。

我國水電廠首次使用筒形閥是在漫灣水電廠。為減少導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的空蝕和泥沙對水輪機(jī)的磨損，延長水輪機(jī)大修周期，以及機(jī)組在開機(jī)運(yùn)行時進(jìn)水閥不造成水力損失，漫灣水電廠一期機(jī)組在主機(jī)招標(biāo)的技術(shù)條件中要求水輪機(jī)裝設(shè)筒形閥。東方電機(jī)廠在中標(biāo)后于1986年引進(jìn)加拿達(dá)多米寧公司的水輪機(jī)筒形閥技術(shù)為漫灣水電廠一期機(jī)組制造5臺筒形閥，5臺筒形閥于1993年到1995年先后投入運(yùn)行，開創(chuàng)了我國水電廠使用筒形閥的先例。如今，漫灣水電廠一期機(jī)組的筒形閥全部投運(yùn)已19年了，期間也出現(xiàn)過一些問題，但經(jīng)過多次的技術(shù)改造之后，各臺機(jī)組的筒形閥都處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。

2 筒閥及其輔助設(shè)備

1）閥體。一期筒形閥閥體內(nèi)徑7234 mm，外徑7450 mm，厚度108 mm，高1450 mm，重28 t，由20 g鍋爐鋼制成。筒體裝置在固定導(dǎo)葉與活動導(dǎo)葉之間，在固定導(dǎo)葉上焊接有導(dǎo)向板，導(dǎo)向板與筒體的間隙值為0.6 mm-0.8 mm之間，主要用來防止閥體在動作過程中因受力不均勻而偏離中心使其接力器活塞桿拆斷，即能夠保證筒體在垂直方向運(yùn)動。閥體閥腔是由水輪機(jī)的頂蓋、底環(huán)和座環(huán)的結(jié)合處組成。筒體的上密封是由水輪機(jī)頂蓋底部外緣處的環(huán)形橡皮板和壓板組成，下密封是由裝設(shè)在水輪機(jī)底環(huán)外緣的環(huán)形橡皮筋條和壓板組成。閥門開啟時，閥體被提高到頂蓋的空腔中，對水流不形成任何阻力；閥門關(guān)閉后，在閥體的自重的作用下，上、下檐與密封條壓緊達(dá)到止水目的。

2）操作、同步機(jī)構(gòu)與行程指示裝置。操作機(jī)構(gòu)是均勻布置在頂蓋上面的6只接缸接力器，內(nèi)徑為320 mm，行程為1375 mm，操作油壓為4.0 MPa。接力器通過長螺桿與閥體連接，缸體下端蓋的下方裝有油封，支撐座與活塞桿接觸的位置裝有水封，為了防止內(nèi)部串油，活塞上還裝有三道密封，上、下兩道密封為銅環(huán)剛性密封，中間的密封為橡膠密封。在接力器上、下腔油孔前加裝的節(jié)流片用來防止在短時間內(nèi)壓力油大量進(jìn)入接力器的內(nèi)部對活塞造成破壞性的沖擊。缸體內(nèi)部裝有傳遞效率高達(dá)88.4%的滾動絲桿副，當(dāng)接力器活塞桿帶動閥體動作的同時，絲桿副將接力器的直線運(yùn)動轉(zhuǎn)換為同步鏈輪的回轉(zhuǎn)運(yùn)動，帶動同步鏈條動作。

同步機(jī)構(gòu)采用的機(jī)械同步裝置，由裝在絲桿副頂端的雙層同步鏈輪和6圈保持有一定拉緊力的鏈條構(gòu)成。6圈鏈條把6組鏈輪彼此串聯(lián)起來，當(dāng)鏈輪動作時，通過鏈條的傳遞可以達(dá)到相互制約和相互帶動的效果，從而使6只接力器的同步動作。行程指示裝置是在某一個接力器鏈輪上多裝了一層鏈輪，通過一圈鏈條與指示器的鏈輪串聯(lián)，指示器的鏈輪與T42×6的梯形絲桿同軸連接，即接力器鏈輪轉(zhuǎn)動時梯形絲桿也同步旋轉(zhuǎn)。梯形絲桿的上下端套裝有固定滾珠軸承，使絲桿能夠靈活的旋轉(zhuǎn)且不能軸向移動，因絲桿上還裝有帶指針的螺帽，指針卡于一個固定的小軸上，故在絲桿轉(zhuǎn)動的時指針會沿著小軸上、下移動，從而在刻度盤上面反映出筒閥的開、關(guān)位置及動作過程中相對開度的百分?jǐn)?shù)。

3）油壓裝置。油壓裝置的型號為YZ-6-4，主要由壓力油罐、回油箱、油泵和連接管路組成；壓力油罐由廠內(nèi)高壓氣罐補(bǔ)氣，油泵補(bǔ)油，回油收集排油。經(jīng)多年的運(yùn)行，壓油設(shè)備的參數(shù)相對于設(shè)計(jì)值已進(jìn)行了新的整定，在目前的運(yùn)行當(dāng)中，設(shè)定壓力油罐內(nèi)額定油壓為4.0 MPa，油壓過高為4.2 MPa，安全閥動作壓力為4.4 MPa，正常油位約為600 mm，低油位約為560 mm，高油位約為920 mm。當(dāng)罐內(nèi)氣壓低于3.7 MPa時，自動系統(tǒng)會根據(jù)罐內(nèi)油位值的變化對罐內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)氣或充油，直到油壓達(dá)到4.0 MPa停止。5臺筒閥的配置方式是2號機(jī)單獨(dú)用1套油壓裝置，3、4號機(jī)共用一套，5、6號機(jī)共用一套，并與各自的調(diào)速器油壓設(shè)備并聯(lián)，當(dāng)筒閥的油壓設(shè)備出現(xiàn)事故或檢修時可將其運(yùn)行切換至調(diào)速器油壓設(shè)備，但在這種情況下的運(yùn)行時間不益過長，以免影響調(diào)速器的運(yùn)行。另外，一臺油壓裝置在給定時間內(nèi)僅有操作一臺筒閥的容量，即共用油壓裝置的2臺筒形閥不能同時進(jìn)行操作。

3 漫灣電廠對筒形閥控制閥組的改造

漫灣電站一期機(jī)組筒形閥的應(yīng)用是我國最先采用筒形閥的項(xiàng)目，如今一期水輪機(jī)筒形閥已運(yùn)行了二十一年，期間發(fā)生了筒形閥在機(jī)組運(yùn)行中筒體下滑的現(xiàn)象。基于當(dāng)時技術(shù)，液壓控制部件采用滑閥結(jié)構(gòu)形式。而滑閥結(jié)構(gòu)形式的控制閥組在長期運(yùn)行后，活塞與閥體間間隙增大，閥體內(nèi)泄量會增大，這樣在筒形閥處于全開狀態(tài)的運(yùn)行當(dāng)中就有可能會再次出現(xiàn)閥體下落的現(xiàn)象出現(xiàn)。而在實(shí)際的生產(chǎn)運(yùn)行當(dāng)中若出現(xiàn)閥體下滑時，又不可能采用長期給控制閥組的電磁線圈通電的方式來保持筒形閥接力器處于充油保壓狀態(tài)。因此，為了提高機(jī)組的安全運(yùn)行的可行性，在去年在一期機(jī)組的檢修過程中，對4號機(jī)組加裝機(jī)械過速保護(hù)裝置和改造筒形閥的控制閥組（本人參與改造endprint

工作）。

1）RGC-050新型控制閥組。此次改造中筒形閥控制閥組采用的型號為RGC-050新型控制閥組，它只用于同步方式為機(jī)械同步的筒形閥。這種控制閥組由二通插裝閥，一個開啟筒形閥的電液換向閥，一個關(guān)閉筒形閥的電磁換向閥，一個慢開啟筒形的專用電液換向閥（雙線圈），開啟、關(guān)閉時間調(diào)節(jié)裝置，設(shè)有4個測壓接頭和外接法蘭及1個管接頭等液壓元件和閥塊組成。所有液壓元器件集中安裝在一個閥塊上，組成了一個筒閥液壓控制閥組。閥組上還配有安裝支架，用于閥組的安裝固定。

RGC-050控制閥設(shè)有6個外接油口。接口標(biāo)定為：A0接筒形閥接力器開啟腔；B0接筒形閥接力器關(guān)閉腔；P0接系統(tǒng)壓力油源；T0接回油箱；T1接集油裝置（即漏油箱）；X0為外控油口，接機(jī)械液壓過速保護(hù)裝置的機(jī)動換向閥，接收機(jī)械液壓過速保護(hù)裝置的液壓控制信號。

通過操作筒形閥液壓控制閥組上的電液換向閥YV01、YV02、YV03，可完成筒形閥開啟、關(guān)閉操作。除此此外，筒形閥液壓控制閥組上，還設(shè)有微型的測壓接頭，可以用于現(xiàn)場調(diào)試時監(jiān)測壓力油源、接力器開腔、接力器關(guān)腔、外控液壓信號等關(guān)鍵位置的壓力變化。保壓控制的專用電液換向閥YV03（雙線圈）具有雙重控制功能，一是在筒形閥全開狀態(tài)下給接力器下腔充油保壓，二是用于分段開啟。

2）RGC-050型壓控制閥組的新功能。①可以由機(jī)械液壓過速保護(hù)裝置的機(jī)動換向閥液壓控制信號來控制筒形閥保護(hù)關(guān)閉，即使電器系統(tǒng)失靈，也可在機(jī)組過速時有效保護(hù)機(jī)組安全。②筒形閥控制柜內(nèi)所有電液閥都短時通電工作，不必?fù)?dān)心電磁線圈會燒毀。③系統(tǒng)油路設(shè)計(jì)上，具有液壓鎖錠，可有效防止筒形閥下滑，也可將筒形閥鎖錠在任何開度位置。④系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)上，是用插裝閥插裝而成，可做到系統(tǒng)無內(nèi)泄。

4 漫灣電站筒閥在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題及解決方法

1）一期水輪機(jī)筒閥在開啟和關(guān)閉過程中卡塞。將筒閥機(jī)構(gòu)中的調(diào)心滾子軸承和浮動軸承改造成為單列止推球軸承和導(dǎo)軸承。漫灣電廠的工程技術(shù)技術(shù)人員經(jīng)過六年的時間基本完成了筒閥的技術(shù)革新和改造工作，改造之后的筒閥在運(yùn)行中故障率有了明顯降低，已經(jīng)沒有出現(xiàn)過鏈條拉斷和止推軸承燒損情況，較好的解決了筒閥上下運(yùn)動過程中卡塞的問題。

2）筒閥同步鏈條張力過載信號頻繁。通過和設(shè)計(jì)制造廠家工程技術(shù)人員多次論證，取消了筒閥同步鏈條張力過載信號，經(jīng)過長期運(yùn)行情況來分析，沒有對筒閥的工況造成不利影響。

3）筒閥運(yùn)動力距過載信號頻繁。通過和設(shè)計(jì)制造廠家工程技術(shù)人員多次論證并分析原因?yàn)橥查y碟簧的壓縮量發(fā)生變化引起筒閥運(yùn)動力距過載信號頻繁。漫灣水電站在檢修期吊出筒閥后對碟簧的內(nèi)外邊沿進(jìn)行一定尺寸加工車平整，以防止推力板被碟簧邊壓出溝痕而造成力距過載信號頻繁。

4）筒閥接力器活塞與筒體連接螺桿拉斷情況。利用檢修期將筒閥吊出機(jī)坑并進(jìn)行了處理，更換了新的連接螺桿，更換后筒閥工作正常。

5）一期水輪機(jī)筒閥不能全關(guān)。分析原因后對筒閥進(jìn)行了處理，首先是通過給接力器上腔保持油壓的工作狀態(tài)，人為的迫使筒閥保持全關(guān)的工作狀態(tài)；其次是更改了PLC上設(shè)定的控制邏輯程序。設(shè)計(jì)制造廠家設(shè)定筒閥全關(guān)時誤差在2 mm之內(nèi)即認(rèn)為筒閥已經(jīng)是全關(guān)了，新的PLC控制邏輯程序設(shè)定筒閥全關(guān)狀態(tài)為0 mm，目前筒閥全關(guān)閉問題已經(jīng)徹底解決。

6）二期水輪機(jī)筒閥操作油含水量超標(biāo)，機(jī)組投運(yùn)后，發(fā)現(xiàn)在操作透平油中有水霧現(xiàn)象，經(jīng)過對透平油取樣化驗(yàn)，透平油中的水含量最多時為1600 mg/L。

經(jīng)過分析后認(rèn)為二期水輪機(jī)筒閥的接力器缸油封和水封設(shè)計(jì)上是一體式構(gòu)造，經(jīng)過一段時間的運(yùn)行后水封逐漸老化失效，壓力水通過老化的油封進(jìn)入到壓力油系統(tǒng)內(nèi)部。漫灣電廠利用檢修期對二期水輪機(jī)筒閥的堵頭位置加裝了一排水孔，解決了壓力水進(jìn)入壓力油系統(tǒng)的問題。

5 漫灣電站一期筒閥和二期筒閥同步裝置的優(yōu)缺點(diǎn)對比

1）一期筒閥不在設(shè)計(jì)和制造上都不具備筒體失步后自糾錯的功能，筒閥在運(yùn)行過程中一旦發(fā)生失步，只能停機(jī)才能對筒閥進(jìn)行處理；二期筒閥在設(shè)計(jì)和制造上都具備有失步后自糾錯的功能，電液同步裝置的設(shè)計(jì)增加了筒閥運(yùn)行的安全可靠性。

2）一期水輪機(jī)筒閥同步裝置設(shè)計(jì)簡單安全可靠，但是筒閥在運(yùn)行過程中噪聲比較大；二期水輪機(jī)筒閥同步裝置設(shè)計(jì)控制精度比較高、筒閥運(yùn)行時噪聲比較小，在運(yùn)行和維護(hù)方面比一期水輪機(jī)筒閥方便，二期水輪機(jī)筒閥在設(shè)計(jì)上可以達(dá)到和實(shí)現(xiàn)免維護(hù)功能。

3）一期水輪機(jī)筒閥在設(shè)計(jì)和制造上不能實(shí)現(xiàn)事故低油壓下靠筒閥體自身重關(guān)閉的功能；但二期水輪機(jī)筒閥在設(shè)計(jì)和制造上能夠?qū)崿F(xiàn)靠筒閥自重關(guān)閉的功能。

4）一期水輪機(jī)筒閥在運(yùn)行中只能單獨(dú)實(shí)現(xiàn)恒速啟閉功能；二期水輪機(jī)筒閥在設(shè)計(jì)制造上能達(dá)到變速調(diào)節(jié)的功能，二期水輪機(jī)筒閥的設(shè)計(jì)減少了筒閥啟閉時對頂部頂蓋和底部低環(huán)的沖擊，并且可按實(shí)際工況人為的設(shè)定啟閉時間。

5）一期水輪機(jī)筒閥控制方式比較簡單，液壓執(zhí)行元件僅為一只電液換向閥；二期水輪機(jī)筒閥控制采用了電氣與機(jī)械液壓調(diào)節(jié)相結(jié)合的方式，這種控制方式能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能。

6）經(jīng)過長期一些分析，一期水輪機(jī)筒閥的接力器活塞與筒體聯(lián)接不合理，在運(yùn)行中一旦出現(xiàn)連接螺桿拉斷的情況就必須將筒閥整體吊出機(jī)坑進(jìn)行處理，檢修周期比較長，檢修量大且難度比較大。二期水輪機(jī)筒閥接力器活塞與筒體聯(lián)接結(jié)構(gòu)采用預(yù)埋入式螺栓，這種聯(lián)接方式比較先進(jìn)，可以實(shí)現(xiàn)頂蓋不吊出機(jī)坑的情況下對筒體進(jìn)行檢修。

6 結(jié)束語

水輪機(jī)的主閥種類很多，有球閥，蝴蝶閥和閘閥等，相比之下，筒閥具有占地面積小，重量輕、關(guān)閉水流速度快等優(yōu)點(diǎn)，筒閥是中低水頭、中大型水輪發(fā)電機(jī)組主閥的首先。筒型閥作為水輪發(fā)電機(jī)組的一種新型高效的進(jìn)水控制閥門，在使用廠家和生產(chǎn)設(shè)計(jì)廠家的共同努力下，經(jīng)過不斷的技術(shù)改進(jìn)和創(chuàng)新，目前同步技術(shù)已逐漸完善成熟?，F(xiàn)有的筒閥鏈條同步方式在制造和使用技術(shù)上已經(jīng)很成熟了，后期出現(xiàn)的電液同步裝置在設(shè)計(jì)和制造上又彌補(bǔ)了鏈條同步裝置的不足之處，電液同步裝置優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行可靠、檢修維護(hù)方便、能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方控制和失步后自動糾錯等諸多功能，并且能在事故低油壓下靠自重關(guān)閉功能等等。雖然電液同步裝置在現(xiàn)階段應(yīng)用仍有不完善和成熟的地方，相信經(jīng)過不斷的改良和逐漸革新，筒型閥電液同步裝置將會是今后筒閥同步裝置的的首先和主流。

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