自動(dòng)保壓式液控蝶閥在龍頭橋水電站的應(yīng)用

王振杰，李海濤，席 靖

(黑龍江省龍頭橋水庫(kù)管理處，黑龍江寶清155600)

龍頭橋水電站是一座結(jié)合灌溉用水發(fā)電的現(xiàn)代化水電站，總裝機(jī)2×1.25 MW，年設(shè)計(jì)發(fā)電406萬(wàn)kW·h。電站兩臺(tái)水輪機(jī)進(jìn)口均采用KD741X—Vk型自動(dòng)保壓式液控蝶閥，投入運(yùn)行9 a來(lái)，運(yùn)行狀況一直良好，保證了電站安全、穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行。

1 蝶閥主要性能特點(diǎn)

KD741X—Vk型水輪機(jī)進(jìn)水自動(dòng)保壓式液控蝶閥開(kāi)啟采用液壓驅(qū)動(dòng)，油壓可達(dá)16 MPa，減少了接力器的體積。在開(kāi)啟過(guò)程中，同時(shí)將一重錘舉起，利用舉起的重錘蓄能關(guān)閉，取消蓄能罐，開(kāi)啟后鎖定自動(dòng)投入，液壓系統(tǒng)自動(dòng)保壓，重錘不下掉，蝶板不抖動(dòng)。關(guān)閉時(shí)不需動(dòng)力油源，自動(dòng)解除鎖定銷(xiāo)、按預(yù)定的時(shí)間和角度分快、慢關(guān)二階段關(guān)閉或按給定的時(shí)間一階段關(guān)閉，簡(jiǎn)單可靠，大大簡(jiǎn)化了液壓系統(tǒng)。蝶閥采用雙偏心閥板，水平安裝的閥軸在管道中心線(xiàn)上抬高一定距離，使閥板下半部迎水面積大于上半部，能利用動(dòng)水力的作用幫助閥門(mén)關(guān)閉以減小重錘的重量，將結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小的油壓裝置、蝴蝶閥控制柜、電氣自動(dòng)控制箱、接力器、控制油管緊湊的與閥門(mén)集聚在一起，不需另外配置。該閥能實(shí)現(xiàn)就地控制、遠(yuǎn)方控制及聯(lián)動(dòng)控制，可滿(mǎn)足“無(wú)人值班、少人值守”的要求，是一種理想的新型管路控制設(shè)備。主要作用有以下幾點(diǎn):

1)水輪機(jī)發(fā)生事故且導(dǎo)葉不能關(guān)閉時(shí)，動(dòng)水關(guān)閉閥門(mén)，緊急關(guān)閉截?cái)嗨鳎乐顾啓C(jī)發(fā)生飛逸，確保機(jī)組安全。

2)機(jī)組停機(jī)備用時(shí)，關(guān)閉閥門(mén)，截?cái)嗨鳎乐顾啓C(jī)導(dǎo)葉長(zhǎng)期漏水，既減少水能損失又可防止在導(dǎo)葉端面和立面處產(chǎn)生間隙空氣蝕。

3)機(jī)組停機(jī)檢修時(shí)，靜水關(guān)閉閥門(mén)，截?cái)嗨鳌?/p>

2 控制原理

2.1 機(jī)械系統(tǒng)

蝶閥的機(jī)械系統(tǒng)主要由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、閥體、蝶板、閥軸、軸封部件、閥軸定位部件和鎖定油缸等部件組成。

該閥做成雙偏心形式，一偏心是將閥軸與閥體密封中心偏移一定距離，使互不干涉;二偏心是閥板中心上抬管道中心線(xiàn)一定距離，使在關(guān)閥過(guò)程中，下半部迎水面積大于上半部，幫助閥門(mén)的關(guān)閉，減小重錘重量。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由固定在閥軸上的連接頭、重錘、內(nèi)外墻板和夾在兩墻板中間用于驅(qū)動(dòng)閥軸回轉(zhuǎn)的擺動(dòng)油缸組成。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)閥軸帶動(dòng)蝶板在90°范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，由蝶板上實(shí)芯橡膠密封圈與閥體上的不銹鋼密封座接觸形成密封。擺動(dòng)油缸在蝶閥開(kāi)啟過(guò)程中做工作油缸，在蝶閥關(guān)閉過(guò)程中做液力控制器，用以控制快、慢關(guān)時(shí)間和角度。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用液壓傳動(dòng)和控制，開(kāi)閥力矩大，并使開(kāi)、關(guān)閥程序調(diào)定易于實(shí)現(xiàn)，采用舉起的重錘提供關(guān)閥動(dòng)力，并裝有自動(dòng)保壓彈簧蓄能裝置，進(jìn)行自動(dòng)保壓，并提供關(guān)閉時(shí)解除鎖定銷(xiāo)的動(dòng)力，確保蝶閥運(yùn)行安全可靠。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的所有動(dòng)作均由蝶閥電控箱和液壓控制箱控制。在閥門(mén)全開(kāi)后，鎖定油缸中鎖定銷(xiāo)自動(dòng)彈出，鎖死重錘桿和蝶板，保證蝶板在全開(kāi)后不抖動(dòng)。擺動(dòng)油缸、鎖定油缸與液壓控制箱之間采用高壓膠管軟連接。

通過(guò)軸封部件與閥軸形成密封，確保管道中的介質(zhì)不外漏，閥軸的位置通過(guò)閥軸定位部件調(diào)定，保證閥軸及蝶板位置固定，軸向不竄動(dòng)。

2.2 液壓控制系統(tǒng)

蝶閥的液壓控制系統(tǒng)主要包括油泵、油泵電機(jī)、溢流閥、手動(dòng)閥、電磁閥等各種控制閥組成，或稱(chēng)液壓站、液壓控制箱。各閥之間的控制與配合動(dòng)作見(jiàn)液壓原理圖1。

圖1 液壓原理圖

2.2.1 開(kāi)閥過(guò)程

液控蝶閥接收到開(kāi)閥信號(hào)后，油泵電機(jī)啟動(dòng)，同時(shí)鎖定電磁閥得電打開(kāi)，電磁閥1失電關(guān)閉，電磁閥2得電關(guān)閉。此時(shí)經(jīng)油泵加壓的液壓油一部分經(jīng)濾網(wǎng)、油泵、調(diào)速閥、高壓膠管2和鎖定電磁閥流向鎖定油缸，拔出鎖定銷(xiāo)，解除機(jī)械鎖定;另一部分經(jīng)濾網(wǎng)、油泵、調(diào)速閥、高壓膠管1和單向閥進(jìn)入擺動(dòng)油缸，推動(dòng)油缸活塞移動(dòng)，油缸活塞帶動(dòng)與之相連接的連接頭使重錘升起，并同時(shí)帶動(dòng)閥軸使蝶板打開(kāi);沒(méi)經(jīng)過(guò)調(diào)速閥的多余液壓油經(jīng)溢流閥流回油箱。開(kāi)閥時(shí)間由調(diào)速閥調(diào)定。

液控蝶閥全開(kāi)后，電磁閥2失電打開(kāi)、鎖定電磁閥失電關(guān)閉，鎖定油缸中的液壓油經(jīng)高壓膠管2、電磁閥2流回油箱，鎖定銷(xiāo)伸出，機(jī)械鎖定投入，油泵電機(jī)繼續(xù)啟動(dòng)向蓄能裝置充油，直到蓄能裝置中液壓油壓力達(dá)到額定值撞動(dòng)停油泵電機(jī)行程開(kāi)關(guān)動(dòng)作使油泵電機(jī)停止。至此，開(kāi)閥完畢。

2.2.2 正常關(guān)閥過(guò)程

當(dāng)液控蝶閥接到關(guān)閥信號(hào)后，油泵電機(jī)啟動(dòng)，鎖定電磁閥得電打開(kāi)、電磁閥2得電關(guān)閉，鎖定銷(xiāo)退出，機(jī)械鎖定解除并發(fā)出信號(hào)。之后電磁閥1得電打開(kāi)，在重錘及動(dòng)水的共同作用下，擺動(dòng)油缸內(nèi)的壓力油經(jīng)快慢關(guān)角度調(diào)節(jié)閥及快關(guān)時(shí)間調(diào)節(jié)閥、慢關(guān)時(shí)間調(diào)節(jié)閥、高壓膠管1和電磁閥1流回油箱，利用重錘力矩和加在偏心閥板的動(dòng)水力矩帶動(dòng)蝶板關(guān)閉實(shí)現(xiàn)關(guān)閥。關(guān)閥程序，包括快關(guān)時(shí)間、慢關(guān)時(shí)間和快慢關(guān)轉(zhuǎn)換角度由擺動(dòng)油缸上的快關(guān)時(shí)間調(diào)節(jié)閥，慢關(guān)時(shí)間調(diào)節(jié)閥快慢關(guān)角度調(diào)節(jié)閥來(lái)調(diào)定。

2.2.3 事故關(guān)閥過(guò)程

當(dāng)發(fā)生突然事故時(shí)，液控蝶閥接受到關(guān)閥信號(hào)后，鎖定電磁得電打開(kāi)、電磁閥2得電關(guān)閉，蓄能裝置中的液壓油經(jīng)鎖定電磁閥進(jìn)入鎖定油缸，鎖定銷(xiāo)退出，機(jī)械鎖定解除并發(fā)出信號(hào)。之后電磁閥1得電打開(kāi)，在重錘和動(dòng)水的共同作用下，擺動(dòng)油缸同的壓力油經(jīng)快慢關(guān)角度調(diào)節(jié)閥及快關(guān)時(shí)間調(diào)節(jié)閥、慢關(guān)時(shí)間調(diào)節(jié)閥、高壓膠管1和電磁閥1流回油箱，利用重錘力矩和動(dòng)水力矩帶致力蝶板關(guān)閉實(shí)現(xiàn)關(guān)閥。關(guān)閥程序與正常關(guān)閥時(shí)預(yù)先整定的關(guān)閥程序相同。

2.2.4 系統(tǒng)自動(dòng)保壓

為保證液控蝶閥液壓系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定地工作，系統(tǒng)液壓油壓力遠(yuǎn)高于重錘舉起所需的液壓油壓力及拔出鎖定銷(xiāo)所需的液壓油壓力，使重錘不至因液壓油壓力過(guò)低而下降或事故關(guān)閥時(shí)鎖事實(shí)上銷(xiāo)不能退出，因此在系統(tǒng)油路中并聯(lián)一個(gè)彈簧式蓄能裝置。一般情況下，蓄能裝置油壓力為液壓系統(tǒng)保壓壓力，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)微量?jī)?nèi)泄漏時(shí)，蓄能裝置就向系統(tǒng)補(bǔ)油，當(dāng)液壓油壓力下降到額定下限值(仍高于重錘舉起所需油壓力和拔出鎖定銷(xiāo)所需的油壓力)，蓄能裝置上補(bǔ)油行程開(kāi)關(guān)動(dòng)作，油泵電機(jī)啟動(dòng)將蓄能裝置充油至上限值時(shí)，蓄能裝置上停油泵電機(jī)的行程開(kāi)關(guān)動(dòng)作，使油泵電機(jī)停止，從而完成自動(dòng)補(bǔ)油，使整個(gè)液壓系統(tǒng)保持在安全工作油壓下。

2.2.5 手動(dòng)操作

當(dāng)進(jìn)行檢修或無(wú)控制電源或無(wú)動(dòng)力電源時(shí)，手動(dòng)拔出鎖定銷(xiāo)，搖動(dòng)手搖泵，即可開(kāi)啟液控蝶閥;手動(dòng)拔出鎖定銷(xiāo)，打開(kāi)手動(dòng)閥，液控蝶閥即可按預(yù)先整定好的程序關(guān)閥。

3 一般故障及處理方法

3.1 蝶閥主密封泄漏

可以檢查蝶板密封面及密封膠圈有無(wú)磨損，若膠圈磨損，則先松開(kāi)密封壓板上的緊定螺釘，再逐步擰緊壓板上壓緊螺釘，使蝶閥橡膠密封圈脹出一定的量，再擰緊緊定螺釘，注意不要使橡膠密封圈脹出太多，致使剪壞。若密封圈損壞已失效則需更換新密封圈。

3.2 閥軸軸封泄漏

可能故障原因有填料未擰緊或軸封損壞已失效，可以適當(dāng)調(diào)整填料壓蓋螺栓或更換新軸封。

3.3 油泵電機(jī)頻繁啟動(dòng)補(bǔ)油，液壓系統(tǒng)內(nèi)泄漏嚴(yán)重

1)手動(dòng)閥未關(guān)緊或電磁閥1泄漏嚴(yán)重。應(yīng)當(dāng)液壓系統(tǒng)無(wú)壓力時(shí)擰緊手動(dòng)閥，若無(wú)效則更換電磁閥主閥芯O形橡膠密封圈。

2)主要原因液壓油變質(zhì)，沉淀物或液壓油內(nèi)雜物較多造成，可多開(kāi)關(guān)閥幾次用壓力油將雜物沖回油箱，或拆開(kāi)電磁閥清洗密封面，并更換O型密封圈。若檢驗(yàn)液壓油變質(zhì)，則應(yīng)更換液壓油。

3)液壓系統(tǒng)其他元件有泄漏，應(yīng)找出泄漏點(diǎn)，更換密封圈。

3.4 油泵電機(jī)過(guò)載或啟動(dòng)后不停機(jī)，主要是由于溢流閥調(diào)定壓力變動(dòng)引起。調(diào)定壓力偏高則油泵電機(jī)過(guò)載;過(guò)低則蓄能裝置上行程撞塊不能撞動(dòng)自動(dòng)補(bǔ)油行程開(kāi)關(guān)，使油泵電機(jī)不停機(jī)，應(yīng)重新調(diào)定液壓系統(tǒng)最高壓力

3.5 重錘不能升起或液壓系統(tǒng)無(wú)壓力，產(chǎn)生此類(lèi)故障的原因可能會(huì)有以下幾種情況:

1)油泵電機(jī)轉(zhuǎn)向不對(duì)，正對(duì)電機(jī)葉片看，應(yīng)順時(shí)針轉(zhuǎn)。

2)三相電源電壓不平衡或電壓不夠，檢查三相交流電源。

3)調(diào)速閥未打開(kāi)，應(yīng)轉(zhuǎn)到全開(kāi)位置再試。

4)電磁閥1及電磁閥2未關(guān)閉或有故障，應(yīng)檢查電磁閥1及電磁閥2電源及其閥內(nèi)是否有雜物，O形密封圈是否損壞等。

5)手動(dòng)閥未關(guān)緊，應(yīng)關(guān)緊手動(dòng)閥。

6)溢流閥有故障使壓力油流走，應(yīng)更換或重新調(diào)整溢流閥;

7)油箱內(nèi)的液壓油油量不夠或液壓油已變質(zhì)，應(yīng)添加相同牌號(hào)的液壓油或更換液壓油。

3.6 蝶閥全開(kāi)后油泵電機(jī)不停機(jī)

1)自動(dòng)停油泵的行程開(kāi)關(guān)在閥門(mén)全開(kāi)時(shí)沒(méi)動(dòng)作，應(yīng)檢查并調(diào)整自動(dòng)停油泵電機(jī)的行開(kāi)關(guān)。

2)液壓系統(tǒng)油壓太低不能使自動(dòng)停油泵電機(jī)的行程開(kāi)關(guān)動(dòng)作，應(yīng)重新調(diào)定系統(tǒng)油壓。

3.7 蓄能器不能自動(dòng)補(bǔ)油，可能原因是補(bǔ)油行程開(kāi)關(guān)位置不對(duì)，應(yīng)重新標(biāo)定補(bǔ)油行程開(kāi)關(guān)

3.8 油泵電機(jī)過(guò)載，可能故障原因?yàn)橐缌鏖y調(diào)定壓力過(guò)高，應(yīng)重新調(diào)定液壓系統(tǒng)最高壓力

3.9 油泵電機(jī)燒壞，可能原因?yàn)殚y上電控箱內(nèi)熱保護(hù)繼電器調(diào)整不對(duì)，應(yīng)重新調(diào)整或更換熱保護(hù)繼電器

3.10 手搖泵不能動(dòng)作，可能原因是手搖泵內(nèi)混有空氣，應(yīng)在液壓系統(tǒng)無(wú)壓力時(shí)搖動(dòng)手搖泵，將泵內(nèi)空氣排出，即可正常工作。

4 結(jié)語(yǔ)

在實(shí)際運(yùn)行中，我們發(fā)現(xiàn)因蝸殼層環(huán)境潮濕而對(duì)控制柜及電氣自動(dòng)控制箱內(nèi)的設(shè)備造成了損害，我們通過(guò)對(duì)蝶閥控制柜、電氣自動(dòng)控制箱的改造，將其移至水輪機(jī)層，解決了上述問(wèn)題，從而更加確保電站水輪發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，多年來(lái)從未因蝶閥故障而造成機(jī)組的解列停機(jī)。實(shí)踐證明，KD741X—Vk型水輪機(jī)進(jìn)水自動(dòng)保壓式液控蝶閥在龍頭橋水電的應(yīng)用是成功的。

［1］ 希斯威系列KD741X—Vk型水輪機(jī)進(jìn)水自動(dòng)保壓式液控蝶閥產(chǎn)品使用說(shuō)明書(shū).長(zhǎng)沙市閥門(mén)廠(chǎng)，2002.

［2］ 施伯紅.三偏心蝶閥在低壓汽輪機(jī)上的使用［J］.華東電力，2003(07):22－24.

［3］ 朱丹書(shū).大口徑蒸汽蝶閥的設(shè)計(jì)［J］.東方電氣評(píng)論，1997 (03):190－196.