李家峽水電站調速系統壓油裝置“三閥”改造

趙洪慧 鄒文華

摘要：文章論述了壓油裝置“三閥”改造后，減少了設備所占空間、連接管路及漏點，增加了設備的運行可靠性和美觀性；安全閥開啟時間和卸載閥卸載時間調整方便簡潔；設備維護和檢修量減少了三分之二，保證了機組的安全穩定運行。

關鍵詞：“三閥”改造；壓油裝置；水電站調速系統

中圖分類號：TV734 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）35-0068-03

1 概述

李家峽水電站機組壓油裝置是給調速系統提供壓力油源及控制油源的主設備，壓油裝置各部件運行的好壞，直接影響調速系統的速動性和可靠性。壓油裝置主要由集油箱、螺桿式壓力油泵、安全閥、止回閥、卸載閥、壓力油槽及其相關管路閥門組成，為分體式布置，占用空間較大。卸載閥設計卸載時間為5～10秒，安全閥設計開啟壓力為4.08～4.16MPa、全開不超過4.60MPa，要求逆止閥動作靈活，該裝置對油質要求高。電站將安全閥、止回閥、卸載閥統稱為壓油裝置“三閥”。

2 運行設備現狀不足

機組投產8年來，通過對調速系統壓油裝置“三閥”維護和檢修時的認真觀察和詳細分析，從中發現了很多不足之處，主要表現在以下五個方面：

（1）安全閥均存在活塞磨損嚴重、彈簧變形、限位螺釘斷裂、節流孔堵塞等現象，因此造成活塞發卡，安全閥整定值時常發生變化，壓油泵一啟動安全閥就開啟排壓，壓力油槽無法建壓，時效性很差，整定壓力易變，導致“安全閥不安全”，成為油壓系統的事故隱患；每次檢修和消缺時需要研磨活塞或者更換活塞、更換彈簧及限位螺釘等。

（2）止回閥均存在活塞密封不嚴、彈簧變形、導向螺釘松動及斷裂情況，造成關閉不嚴密，致使壓油泵反轉，壓力油槽壓力下降較快，壓油泵頻繁啟動。需要經常分解止回閥，研磨、更換處理。

（3）卸載閥均存在活塞磨損嚴重，彈簧變形，活塞發卡，節流孔堵塞，致使卸載時間過長及不能卸載的現象發生，每次檢修和消缺時需要研磨活塞或者更換活塞、更換彈簧。

（4）壓油裝置“三閥”由于各閥分開安裝，連接管路較多，時常發生滲漏油現象，如現場安裝圖1所示。

（5）“三閥”對油質的要求較高。

為解決以上問題，在機組檢修中需對其“三閥”進行改造，以保證機組的安全穩定運行。

圖1

3 改造前選型對比

3.1 原設備的結構特性

3.1.1 安全閥工作原理。壓力油泵啟動輸油進入安全閥活塞下腔，同時另一路油通過活塞上的節流孔進入活塞上部的小活塞下腔，小活塞上部為調整安全閥動作值的彈簧及調整螺釘，當壓力油泵出口壓力不斷上升，大于安全閥動作壓力時，小活塞下腔壓力油克服上部彈簧壓力致使小活塞向上移動，從而帶動活塞向上移動，打開排油窗口排油，保證壓力油泵及壓力油槽不過載，確保設備安全運行。

3.1.2 卸載閥工作原理。壓力油泵啟動輸油進入卸載閥活塞下腔，此時因活塞上腔無壓力油，壓力油泵輸出的壓力油克服彈簧阻力使活塞上移排油，同時另一路油通過卸載閥殼體上的節流塞孔進入活塞上腔，活塞上部面積大于下部面積，壓力油泵在不斷輸出壓力油時，活塞上部壓力不斷上升，當大于活塞下腔壓力時，上部活塞在壓力油的作用下克服下部彈簧壓力致使下部活塞向下移動，關閉排油窗口，使壓力油泵向系統進行輸油。卸載閥的卸載時間長短是通過節流塞孔徑大小控制活塞上腔壓力升高快慢來實現的。

3.1.3 止回閥工作原理。壓力油泵輸出油壓大于系統油壓時，向系統輸入壓力油，當壓力油泵停止時，在系統壓力的作用下，活塞關閉，防止壓力油泵反轉。

3.1.4 原設備布置示意圖見圖2：

圖2

3.2 新閥組的結構特性

3.2.1 組合閥塊工作原理：本閥采用插裝式結構，由兩組插裝單元及先導控制回路組成，工作原理圖見圖3：

圖3

油口P為進油，接壓力油泵出口，P1為出口，接系統工作回路，T口為回油口，接油箱。液控閥YV為順序控制用先導閥，其控制油源引自P口，調節其偏置彈簧的預緊力即可控制其動作時的控制壓力設定值。壓力油泵啟動初期，原動機轉速尚低，流量不大，P口處未建立壓力，液控閥YV處于原始位置，此時溢流插裝單元CV1的控制腔X1內油液經YV回油箱，CV1處于開啟狀態。而P1口處，由于負載的作用具有一定的反向壓力，故單向插裝單元CV2處于關閉狀態。在此狀態下，液壓泵輸出的全部流量經CV1卸荷，P口處的壓力由CV1閥的開啟度及壓力油泵流量等因素決定，CV1閥的開啟度可用更換其閥芯上部的限程調整墊圈的方法進行調節。

隨著原動機的加速，壓力油泵的輸出流量不斷增加，P口壓力也隨之升高，到原動機接近穩定狀態時，壓力油泵輸出流量接近最大，P口處壓力為最大卸載壓力，應稍高于液控閥YV的設定動作壓力值（可調節YV的偏置彈簧預壓緊力與之相適應），于是YV閥動作，切換CV1的控制油路，使X1腔與P口相通，CV1在控制壓力及彈簧力的作用下關閉，關閉速度由液阻螺塞Rx調整，于是P口建立起壓力，克服P1口處的負載反壓，將CV2閥開啟，壓力油泵即向系統供油，進入正常工作狀態。

進入正常工作狀態后，CV1閥便處于溢流閥工況，開啟壓力由先導閥PV調整，故本型閥實際上是啟動閥與溢流閥的復合閥，使系統簡化、結構緊湊。

3.2.2 現場安裝后圖見圖4：

圖4

3.2.3 改造后設備布置示意圖見圖5：

圖5

4 具體實施過程

4.1 原壓油裝置“三閥”部分拆除

排除壓力油槽內壓力及操作油。

排除集油箱內操作油。

拆除1#、2#、3#壓力油泵出口止回閥、安全閥、卸載閥及相關連接管路。

封堵安全閥和卸載閥拆除后集油箱上平面的排油孔。

4.2 新壓油裝置“三閥”安裝

將集安全閥、卸載閥、止回閥于一體的組合式閥組在油壓裝置集油箱上進行布置定位，在各組合閥排油孔對應連接集油箱處開孔并打磨光滑，將組合閥放至集油箱上并將組合閥底座與集油箱焊接牢固。

配制各組合閥進出油管路和五通管（將原五通管割短降低高度后配焊法蘭），且所有管路焊縫進行X射線一級探傷合格。

壓油裝置“三閥”、管路閥門及集油箱全部清掃干凈后進行回裝，各連接法蘭螺栓對稱、均勻把緊。

4.3 安裝后“三閥”調整試驗

集油箱充油，壓力油槽充油、充壓，檢查各部管路閥門連接無滲漏。

啟動螺桿壓力油泵，將卸載閥卸載時間調整在規定值范圍內。

啟動螺桿壓力油泵，將安全閥開啟時間調整在規定值范圍內。

停止螺桿壓力油泵，檢查螺桿壓力油泵反轉時間在規定時間內，說明止回閥嚴密性較好。

通過重復啟動螺桿壓力油泵，檢查卸載動作正常，安全閥動作正常，止回閥關閉嚴密，組合閥塊運行良好。

5 改造前后效果對比

壓油裝置“三閥”改造后通過兩年的實際運行情況看，檢修和維護量明顯減小，主要表現在如表1所示：

表1

檢查對比項目 改造前 改造后

“三閥”設備所占空間 較大 較小

壓油裝置發生滲漏率 平均8次/年 平均1次/年

“三閥”缺陷發生率 平均18次/年 平均1次/年

安全閥發生故障 平均10次/年 平均0次/年

卸載閥發生故障 平均8次/年 平均0次/年

止回閥發生故障 平均3次/年 平均0次/年

安全閥活塞、彈簧更換 平均5次/年 平均0次/年

安全閥定值調整 平均5次/年 平均1次/年

卸載閥定值調整 平均5次/年 平均1次/年

“三閥”檢修 平均1次/年 3年1次

6 結語

通過此次壓油裝置“三閥”改造，完成后油泵的卸載和溢流僅靠一個主閥件與相應的先導閥的組合來實現，即一個插裝閥可承擔卸載及溢流兩種控制功能；插裝式閥組是將安全閥、卸載閥、止回閥合為一個整體，減少了設備所占空間、連接管路及漏點，增加了設備的可靠性和美觀性；安全閥開啟時間和卸載閥卸載時間調整簡潔方便；人員檢修和維護量減少了三分之二，確保機組的安全穩定運行，為以后同類機組設計選型改造提供了一定的參考。

參考文獻

[1] 李家峽水電站壓油裝置安裝布置圖.1993.

[2] 組合閥塊使用說明書[S].2005.

作者簡介：趙洪慧（1974—），男，青海湟中人，黃河電力檢修工程有限公司水輪機處副處長，高級技師；鄒文華（1975—），女，青海樂都人，黃河電力檢修工程有限公司綜合產業項目部助理工程師。