蝴蝶閥開關過程存在的問題分析

王明臣，李勇智，畢連義

（松遼委察爾森水庫管理局宏灃水力發電廠，內蒙古烏蘭浩特 137400）

1 概況

宏灃水力發電廠位于內蒙古興安盟境內，是以灌溉為主季節性發電的一座電站，總裝機容量為12 800 kW。電站位于烏蘭浩特西北32 km的洮兒河上，電站近區負荷少而且分散，因此當在發電季節里大部分電能需要送入系統，而當不發電時，又需要系統反送電能。根據本電站的基本參數和國內定型產品的情況，選用兩種型號的水輪發電機組。

1）1，2 號機組。水輪機 HL A501—LJ—140 型，額定出力3 380 kW，額定轉速300 r/min，設計水頭27 m，最大水頭32 m，最小水頭14 m，設計流量14.5 m3/s。發電機TS325/36—20，額定出力3 200 kW。飛逸轉速670 r/min。

2）3，4 號機組。水輪機 HL240—LJ—I80 型，額定出力3 470 kW，額定轉速187.5 r/min，設計水頭22 m，最大水頭28 m，最小水頭14 m，設計流量18.8 m3/s。發電機TSL330/60－32，額定出力3 200 kW，飛逸轉速465 r/min。

1，2號機壓力洞長37.83 m，洞徑3.1 m。采用鋼筋混凝土襯砌。在樁號0十105.5處分岔，分岔后洞徑為2.00 m，至廠房前漸變為1.75 m進入廠房，分岔后均采用鋼筋混凝土明管，承受填土壓力，內襯厚度l2 mm鋼板，承受內水壓力。 3，4號機壓力管徑3.1 m，為鋼筋混凝土管，出洞后管徑變為2.5 m，采用鋼筋混凝土明管，內襯鋼板。考慮機組的檢修與安全運行，1，2號機組前分裝一臺φ1.75 m的油壓操作蝴蝶閥。3，4號機前在調壓井內裝設一扇事故平板閘門。

2 蝴蝶閥的作用和結構

蝴蝶閥關閉時，活門的圓周與閥體接觸，封閉水流通路；當開啟時，活門與水流方向平行，水流繞活門兩側流過。蝴蝶閥與其他型式進水閥比較，具有結構簡單、尺寸小、重量輕、造價低、操作方便等優點，其缺點是活門影響水流流態，水力損失大。在蝴蝶閥的組成部件中，液壓環形接力器是操作活門的主要部件，其工作性能的好壞將直接影響到水輪發電機組的安全穩定運行。

3 開關動作原理

蝴蝶閥活門的開、關完全靠液壓環形接力器的轉動來完成。蝴蝶閥液壓環形接力器工作的動力主要來自油壓系統，油壓操作系統由兩臺壓油泵、油閥、液壓閥和四通滑閥以及輸油管路等組成。液壓環形接力器由蝴蝶閥主軸、環形缸體、活塞、作用支臂、分半鍵、分腔隔板和進排油孔組成。蝴蝶閥活門與主軸為一個整體，主軸通過分半鍵與作用支臂相連。液壓環形接力器在壓力油的作用下，活塞以蝴蝶閥主軸為旋轉中心，沿環形缸體運動，再通過與活塞連接的作用支臂推動蝶閥主軸轉動，主軸帶動活門旋轉，從而達到開、關蝶閥的目的。

蝴蝶閥的開、關過程之所以選擇液壓環形接力器來操作，是因為液壓環形接力器具有突出的優點：在做定軸旋轉傳動中，可克服直缸式接力器傳動起始區和極限區作用力臂變短，而使作用力分散的缺點。但是，環形接力器缸體與蝶閥主軸的相對位置，也就是環形缸體的中心與蝶閥主軸的同心度、缸體環形中心平面與蝶閥主軸軸線的垂直度，是制造加工和安裝過程中很難保證的。

4 開關過程中存在的問題及處理措施

宏灃水力發電廠1，2號機蝴蝶閥閥徑為1.75 m，依靠2臺液壓環形接力器操作。由于液壓環形接力器活塞和作用支臂之間是剛性連接，活塞和缸體之間設有密封，密封的主要作用就是防止油腔的壓力油泄漏。當操作時，液壓環形接力器活塞在壓力油的作用下在缸體內轉動，從而帶動主軸旋轉達到活門開、關的目的。宏灃電廠1，2號機蝴

根據水電站運行和檢修的需要，在水輪機的引水系統中，通常在水輪機引水管道上或蝸殼前裝設有相應的閘門或閥門，并將裝置在水輪機蝸殼前的閥門稱為進水閥，而蝴蝶閥就是比較常用的一種進水閥。蝴蝶閥主要由液壓環形接力器、旁通閥、圓筒形的閥體和在其中間繞軸轉動的活門以及其他部件組成。在液壓環形接力器的作用下，當蝶閥于1989年12月份投入生產，在使用過程中液壓環形接力器在操作蝴蝶閥活門時經常出現一些問題，使活門的開、關一直不能正常進行，開或關一次，少則幾分鐘，多則十幾分鐘，有時根本打不開或關不上，這樣嚴重威脅著機組的安全穩定運行。經檢查發現主要原因是由于活塞與環形缸體偏磨嚴重，而偏磨點的直徑對應處間隙較大。這不但給活塞運動造成很大阻力，同時在間隙處泄去大量油壓，主軸和活門受力不足導致發生蝴蝶閥開、關受阻現象。分析其原因，主要就是因為環形缸體與蝴蝶閥主軸的相對位置誤差過大導致活塞嚴重受損造成的。

在對蝴蝶閥液壓環形接力器進行改造過程中，主要是把作用支臂與活塞的連接形式，由硬性連接改為彈性連接，使活塞在沿環形缸體運動中，能夠自動產生徑向位移，既能帶動作用支臂，以不受其剛性的限制，又能使制造和安裝中的不同心超差量得到自動調節，改善了液壓環形接力器的工作性能，取得了滿意的效果。

由于受到加工的限制，主要對活塞上的止推盤進行了加工。將止推盤與作用支臂的軸、孔配合，由原來的過渡配合改為動配合，保證止推盤的徑向位移量大于或等于2 mm，仍利用作用支臂軸端的6個M16螺孔，加大止推盤與作用支臂連接；螺栓2的φ20處與孔φ30的配合間隙應小于2.5 mm,軸向間隙0.05～0.1 mm,以保證活塞徑向移動時既不受阻,又能使軸向位移受到控制,密封蓋板1與密封膠墊3由螺釘與止推盤壓緊組成密封裝置。

5 結語

蝴蝶閥液壓環形接力器活塞經過加工處理后,經手動運行試驗,在空載狀態下，蝴蝶閥開、關一次只需15 s；在靜水狀態下,蝴蝶閥開、關一次需要18～25 s，大大縮短了開、關時間，而且蝴蝶閥開、關過程平穩自如，液壓環形接器也沒有漏油現象。自動化系統形成后，在導水機構失控的情況下，能快速可靠的關閉蝶閥，為機組的安全、穩定運行創造了良好條件。